Preskoči na glavni sadržaj
+41 52 511 3200 (SUI)     + 1 713 364 5427 (SAD)     
Mjerenja

Procjena efektivne brzine smicanja inline procesnog viskozimetra SRV i mjerača gustoće SRD

Uvod

Rheonics Senzori Type-SR ugrađeni su instrumenti za mjerenje viskoznosti i gustoće tekućine u stvarnom vremenu, kao i temperature i derivata iz tih vrijednosti. Rheonics nudi procesni viskozimetar SRV za mjerenje viskoznosti i linijski mjerač gustoće SRD za vrijednosti gustoće i viskoznosti tekućine. Obje senzorske sonde su kompaktne, lagane i hermetički zatvorene, što ih čini prikladnima za sve industrijske procese koji uključuju tekućine.

I SRV i SRD senzori temelje se na tehnologiji uravnoteženog torzijskog rezonatora (BTR). Oba senzora mjere i izlaze mjerenja viskoznosti tekućine s kojom su u kontaktu. Za Newtonove tekućine dobivate istu viskoznost bez obzira na instrument koji se koristi. Međutim, za ne-Newtonske tekućine to nije slučaj i različiti instrumenti mjere različite vrijednosti viskoznosti – to često nije zbog nepreciznosti samog instrumenta, već zbog ovisnosti o smicanju viskoznosti i činjenice da različiti instrumenti vrše mjerenja na različitim brzine smicanja.

Ne-Newtonove tekućine su tekućine koje ne pokazuju linearni odnos između smičnih naprezanja i brzine smicanja. To znači da se viskoznost nenewtonske tekućine može mijenjati ovisno o brzini smicanja kojoj je izložena. Većina tekućina s kojima se susrećemo u svakodnevnom životu iu industrijskim procesima nisu Newtonove prirode.

Zbog ove ovisnosti o smicanju viskoznosti za ne-Newtonove tekućine, i kako bi se omogućila određena usporedba između različitih viskozimetara (često između procesnih viskozimetara kao što je SRV i laboratorijskih instrumenata kao što je rotacijski viskozimetar ili reometar), poželjno je razumjeti efektivnu brzinu smicanja pri kojoj SRV ili SRD vrši mjerenja. Analiza u nastavku spominje SRV, ali jednako vrijedi i za SRD.

Nesigurnosti u procjeni efektivne brzine smicanja postoje i za SRV i za SRD pa bi se procjene trebale koristiti kao smjernica umjesto definirane vrijednosti.

1. Kako radi procesni viskozimetar SRV ili mjerač gustoće SRD?

Senzorski element SRV senzora sastoji se od šipke i mase pričvršćene na njen kraj, ova šipka i vrh su kružni i cilindrični. Drugi kraj je povezan s tijelom koje sadrži pretvarače za pobudu i senzor.

Senzor vibrira u torziji, torzijski rezonatori su stabilniji i bolje izolirani od svog mehaničkog okruženja. Torzijski rezonatori koji su cilindrični vibriraju paralelno s vlastitim površinama. Na njih utječu sile smicanja i stoga su primarno osjetljive na disipativne sile (viskozno prigušenje), a ne na učinke opterećenja mase (koji se također često nazivaju inercijskim prigušenjem).

Struktura SRV sonde i shema interakcije brzine fluida
SR Viskoznost smične tekućine torzionog rezonatora

2. Zašto je brzina smicanja relevantna za procesni viskozimetar?

Viskoznost nenewtonske tekućine može se mijenjati ovisno o brzini smicanja kojoj je izložena. To znači da se jedna vrijednost viskoznosti ne može povezati s ovom vrstom tekućina u svim stanjima (npr. statično, teče različitim brzinama). 

Laboratorijski viskozimetri često omogućuju korisnicima promjenu brzine smicanja ili brzine rotacije pri kojoj se mjeri viskoznost. Rheonics SRV i SRD imaju brzinu smicanja obično puno veću od onih za laboratorijske instrumente i korisnici je ne mogu promijeniti.

Moguće je imati kvalitativnu ideju o rasponu smicanja koji se očekuje za SRV senzore viskoznosti, a izračuni su prikazani u ovom članku. Ovo pomaže kvalificirati (i donekle kvantificirati) uvjete u kojima se mjeri viskoznost i povezati očitanja s drugim instrumentima.

Međutim, stvarne korelacije između smicanja mjerenja viskoznosti tipa SR i drugih laboratorijskih instrumenata uglavnom su empirijske i možda neće zadovoljiti kvalitativnu procjenu. Procijenjena brzina smicanja možda neće točno odgovarati vrijednosti viskoznosti iz reometra. Uzmite u obzir to Rheonics senzori su uređaji za kontrolu procesa više od samog senzora viskoznosti s naglaskom na izuzetno visoku ponovljivost i ponovljivost mjerenja s neusporedivom rezolucijom (često 10-100 puta većom od laboratorijskih instrumenata).

Razlika između očitanja viskoznosti je pogoršana činjenicom da SRV i SRD mjere pri konstantnoj amplitudi brzine smicanja, dok laboratorijski instrument mjeri brzinu smicanja koja je konstantna tijekom vremena. Ova dodatna vremenska ovisnost o brzini smicanja također može pridonijeti razlici u viskoznosti pri danoj brzini smicanja za ne-Newtonove tekućine.

3. Procjena brzine smicanja viskozimetra oscilatornog procesa

Postoje dva parametra koja su najvažnija za procjenu smicanja, a to su amplituda brzine i debljina graničnog sloja. Potrebno je izračunati sljedeće parametre.
Smično naprezanje dano je sa:

Jednadžba 1: Smični napon.

Za Newtonov fluid, η je materijalna konstanta karakteristika fluida, ∂v/∂x je brzina smicanja u fluidu. Primjenom Navier-Stokesovih jednadžbi, rješavanjem pod periodičkim, jednoosnim uvjetima, rješenje za amplitudu brzine je:

Jednadžba 2: Amplituda brzine

Za Newtonov fluid, η je materijalna konstanta karakteristika fluida, ∂v/∂x je brzina smicanja u fluidu. Primjenom Navier-Stokesovih jednadžbi, rješavanjem pod periodičkim, jednoosnim uvjetima, rješenje za amplitudu brzine je:

  • x: udaljenosti od zida senzora
  • V: amplituda brzine na površini senzora, R je radijus vrha
  • δ: je debljina graničnog sloja
  • i: je kvadratni korijen iz -1

Korištenje električnih romobila ističe debljina graničnog sloja može se pronaći jednadžbom:

Jednadžba 2: Debljina graničnog sloja

  • η: dinamička viskoznost
  • ω: kutna frekvencija
  • ρ: gustoća tekućine

S obzirom na to da pri x=2δ brzina pada na 13 % vrijednosti na površini senzora. Brzina smicanja γ=∂v(0)/∂x na površini senzora (x=0) slijedi:

Jednadžba 4: Brzina smicanja

Gdje je amplituda brzine V(R) (5) dana sa:

 Jednadžba 5: Amplituda brzine

  • R: Udaljenost od vibracijske osi do površine senzora
  • φ: Kutna amplituda vibracija.

Vrh iz SRV-a izvodi sinusoidnu rotacijsku vibraciju φ oko svoje osi simetrije.

 Jednadžba 5: Sinusoidna rotacijska vibracija

Za SRV, brzina V(R) je približno 50 mm/s, a frekvencija je 7500 Hz → ω=2π x 7500

Parametar V(R) ne ovisi o viskoznosti, već o debljini graničnog sloja tekućine δ povećava se. Sljedeći grafikon pokazuje ponašanje brzine smicanja u odnosu na viskoznost i pokazuje varijacije brzine smicanja s viskoznošću i gustoćom tekućine koja se ispituje.

Primjena procjene brzine smicanja procesnog viskozimetra u industrijskim procesima

Efektivna brzina smicanja oscilatornog viskozimetra je brzina smicanja koju tekućina doživljava tijekom mjerenja. Važno je procijeniti efektivnu brzinu smicanja oscilatornog viskozimetra kako bi se usporedili rezultati dobiveni iz različitih viskozimetara i dizajnirali industrijski procesi koji uključuju ne-Newtonove tekućine.

Vibracijski procesni viskozimetri kao što su SRV i SRD naširoko se koriste za mjerenje inline viskoznosti ne-Newtonovih tekućina u stvarnom vremenu u raznim industrijama, uključujući preradu hrane, kozmetiku i farmaciju.

Neki primjeri ne-Newtonovih tekućina koje se obično mjere viskozimetrima s vibracijskim procesom prikazani su lijevo.

Ne-Newtonova primjena Rheonics

Procesi kao što su miješanje, premazivanje, raspršivanje nameću tekućinu veliko smicanje. Kako bi razumjeli ponašanje tekućine u tim procesima i kontrolirali dosljednost proizvodnje, senzori poput SRV i SRD omogućuju procesnim inženjerima praćenje viskoznosti tekućine pri brzinama smicanja kojima njihova tekućina prolazi tijekom rada dajući im izravne podatke za optimizaciju parametara procesa. Ovo nije moguće korištenjem laboratorijskih viskozimetara koji često mjere pri niskom smicanju koje nije reprezentativno za stvarne radne uvjete.

Tehnologija senzora, princip rada i primjena

viskozimetara

mjerači gustoće

Traži