Viskozimeter je instrument, ki se uporablja za merjenje viskoznosti tekočin in pretočnih lastnosti tekočin. Pogovorimo se o različnih vrstah viskozimetrov, njihovih notranjih značilnostih in dejavnikih, ki vplivajo na izvajanje natančnih in ponovljivih meritev viskoznosti.
V tribologiji in raziskavah mazanja se viskoznost pogosto imenuje najpomembnejša lastnost baznega olja. Zakaj je viskoznost tako pomembna pri mazanju strojev? Po eni strani lahko prenizka viskoznost povzroči medfazni stik med notranjimi komponentami med gibanjem, kar povzroči obrabo.
Po drugi strani pa previsoka viskoznost prisili stroj, da se bolj potrudi, da premaga notranji upor maziva proti pretoku. Zato je pomembno razumeti ne samo viskoznost baznega olja, ampak tudi, kako se lahko spremeni zaradi nihanj delovnih ali okoljskih pogojev.
Viskozimeter in reometer
Viskoznost je merilo upora tekočine proti toku (strižna napetost) pri določeni temperaturi. Vse tekočine ne ohranijo konstantne viskoznosti, saj se pogoji pretoka spreminjajo. Tekočine, katerih viskoznost se spreminja s pogoji toka, imenujemo ne-newtonske tekočine. Viskoznost teh vrst tekočin se meri z reometrom. Viskozimeter meri viskoznost Newtonove tekočine.
Kinematika in absolutna viskoznost
Med različnimi metodami viskozimetra obstajata dva različna načina za izražanje viskoznosti: kinematična viskoznost in absolutna viskoznost. Glavna razlika med obema je, da se kinematična viskoznost meri z opazovanjem upora tekočine proti toku pod vplivom gravitacije, medtem ko se absolutna viskoznost meri z opazovanjem upora tekočine proti toku pod vplivom zunanjih in nadzorovanih sil, bodisi s Kapilare so tudi gibanje tekočine po telesu.
Kinematična viskoznost se meri v centistokih (cSt), absolutna viskoznost pa v centipoazih (cP). Za primerjavo se absolutna viskoznost običajno pretvori v kinematično viskoznost tako, da se deli s specifično težo (SG) tekočine.
cSt=cP/SG ali recipročna vrednost enačbe: cP=cSt x SG
Preskusna metoda viskoznosti
Uveljavljenih je bilo več metod testiranja viskoznosti, od katerih ima vsaka svoje prednosti. Sledi seznam najpogosteje uporabljenih tehnik za testiranje viskoznosti baznega olja.
Testiranje s kapilarnim (steklenim) viskozimetrom
Primarna naprava, ki se uporablja pri testiranju s kapilarnim viskozimetrom, je steklena cev v obliki črke "U", zaradi česar ima običajno ime U-cev. Postopek z U-cevjo zahteva potopitev cevi v kopel z nadzorovano temperaturo (običajno 40 ali 100 stopinj Celzija) in natančno odčitavanje (v sekundah) časa, ki je potreben za pretok določene količine tekočine v cevi. Cev se odstrani iz cevi s sesanjem ali gravitacijo. En marker do drugega markerja.
Ta izmerjeni čas se nato pomnoži s konstanto (povezano z določeno cevjo), da se izračuna absolutna viskoznost (sesanje) ali kinematična viskoznost (gravitacija).
Preskus z rotacijskim viskozimetrom
Ključna značilnost rotacijskega viskozimetra vključuje vrtljivo napravo, imenovano vreteno, ki je potopljena v preskusno tekočino. Navor na vrteči se gredi se nato uporabi za merjenje upora tekočine proti pretoku.
Rotacijski viskozimeter izračuna absolutno viskoznost tekočine, ker ta meritev ne vključuje gravitacije, ampak je funkcija strižne napetosti v tekočini. Običajna različica tega viskozimetra se imenuje Brookfieldov viskozimeter.
Stabingerjev viskozimeter je spremenjena različica rotacijskega viskozimetra. Uporablja izboljšano neodvisno lebdeče vreteno, ki ga krmili elektromagnetna sila za ustvarjanje vrtenja v tekočini. To je ugodno, ker odpravlja težko nalogo upoštevanja trenja ležaja dodatnega motorja z glavno gredjo.
Preskušanje viskozimetra padajoče krogle in padajočega bata
Manj običajne alternative za merjenje viskoznosti vključujejo viskozimetre s padajočo kroglico in padajočim batom. Pri teh preskusih se kroglica ali bat spusti v tekočino in meri se čas med eno označeno točko in drugo označeno točko. Za izračun viskoznosti iz Stokesovega zakona je treba poznati znano končno hitrost, dimenzije in gostoto krogle ali bata.
Druge metode testiranja
V določenih situacijah, ki niso običajne pri testiranju viskoznosti olja, se lahko uporabi metoda z mehurčki. Ta test običajno vključuje merjenje časa, ki je potreben, da se mehurček dvigne na določeno razdaljo. Ta meritveni čas lahko nato sorazmerno povežemo z viskoznostjo tekočine. Druga različica vključuje merjenje odpornosti sonde na vibracije.
Vrste viskozimetrov
Čeprav obstaja več metod za določanje viskoznosti, se večina viskozimetrov komercialno prodaja, da najbolje ustrezajo predvideni uporabi. Spodaj je seznam teh kategorij viskozimetrov.
Prenosni viskozimeter
Kot že ime pove, so prenosni viskozimetri primerni za uporabo povsod, kjer laboratorijsko okolje ni praktično. V mnogih aplikacijah na terenu in na terenu morajo viskozimetri zagotoviti hitre, približne odčitke viskoznosti, pogosto zato, da upravičijo nadaljnjo analizo.
Viskozimeter z majhnim poljem
Za natančnejše odčitke viskoznosti so viskozimetri z majhnim poljem primerni za laboratorijske nastavitve, vendar so cenovno dostopni. Takšni viskozimetri vključujejo vrsto U-cevke ali Brookfieldov viskozimeter.
Viskozimeter s popolno storitvijo
Da bi dosegli najvišjo natančnost pri testiranju viskoznosti, je treba uporabiti viskozimeter s polno zmogljivostjo. Te naprave so pogosto sposobne samodejno testirati kinematično in absolutno viskoznost v širokem temperaturnem območju ter zagotoviti izračune gostote in specifične teže. Pogost izziv, s katerim se soočajo laboratoriji za analizo olja, ki zahtevajo večkratne teste na vzorcih, je zmožnost izvajanja teh testov s čim manj vzorci.
Nekateri bolj izpopolnjeni viskozimetri s polno storitvijo lahko izvajajo natančne meritve z volumni vzorcev, manjšimi od 0,1 ml, s ponovljivostjo v 0,1 %. V velikih laboratorijih, ki testirajo na stotine vzorcev na dan, je to nujna prednost viskozimetra s polno storitvijo.
Spletni/Spletni viskozimeter
Medtem ko se večina testov viskoznosti olja izvede po pridobitvi zaprtega vzorca, lahko nekateri viskozimetri zagotovijo neprekinjene odčitke viskoznosti v aktivnih pretočnih linijah. To se običajno izvaja s senzorji ali pretvorniki neposredno v liniji (del cevovoda) ali v liniji (obvodni tok ali senzor). Opravi se meritev viskoznosti, ki se nato kot elektronski signal pošlje v računalnik ali drugo nadzorno napravo.
Dejavniki, ki vplivajo na merjenje viskoznosti
Čeprav se zdi, da je viskoznost tekočine enostavno analizirati, je lahko natančno merjenje takšnih tekočin težka naloga. Da bi bila meritev veljavna, je treba poznati več dejavnikov in jih ohranjati nespremenjene, vključno z:
temperatura
Kar zadeva pomembnost, je razmerje med temperaturo in viskoznostjo podobno razmerju med viskoznostjo in baznim oljem. Edina odgovornost kopeli za nadzor temperature je zagotoviti, da se celoten poskus merjenja viskoznosti vzdržuje pri natančni temperaturi (običajno 40 ali 100 stopinj Celzija) in znotraj 0,02 stopinje Celzija. Nadzor kopeli do te mere je lahko izziv, zato bolj izpopolnjeni viskozimetri vključujejo sistem kopeli z nadzorovano temperaturo kot del enote.
viskozimetrsko steklo
Natančnost kapilarnega viskozimetra ni odvisna le od temperature, ampak tudi od natančnega notranjega premera cevi. Iz tega razloga so te steklene cevi izdelane iz popolnoma žarjenega borosilikatnega stekla z nizko ekspanzijo in pogosto opremljene s konstanto viskozimetra, ki je povezana s cevjo kot korekcijskim faktorjem. Običajna praksa je, da se konstante viskozimetra vsako leto ponovno umerijo glede na temperature, pri katerih se bo uporabljal, da zagotovite čim manj napak.
Velikost viskozimetra
Velikosti viskozimetrov se razlikujejo zaradi širokega razpona viskoznosti, ki jih je mogoče testirati. Priporočljivo je, da viskozimeter potrebuje vsaj 200 sekund (za ročne meritve s štoparico), da preskusno tekočino prenese od ene označene točke do druge, da se izognete človeški napaki.
Sperite med meritvami
Drug pomemben dejavnik pri testiranju viskozimetra je kakovost izpiranja v cevi med meritvami. Običajno se za stopnje čiščenja, izpiranja in sušenja uporabljajo različna topila brez ostankov. V laboratorijih, ki neprekinjeno izvajajo vzorce na viskozimetrih z velikim volumnom, vgrajen čistilni sistem zagotavlja učinkovitost čiščenja. Kljub temu je potreben vizualni pregled, da se ugotovi, ali je potreben drugi cikel izpiranja, zlasti pri rabljenem olju.
Drugi pomembni dejavniki, ki lahko vplivajo na meritve viskoznosti, vključujejo metodo in natančnost naprave za merjenje časa, pravilno ravnanje z vzorcem ter poglobljeno in stalno kontrolo kakovosti.
Z leti se je merjenje viskoznosti razvilo z različnimi stili in metodami. Po zaslugi ASTM in Mednarodne organizacije za standardizacijo (ISO) so bile razvite tudi metode testiranja viskozimetra, postopki, kalibracija, čiščenje in drugi dejavniki, ki zagotavljajo natančnost in doslednost med različnimi viskozimetri.
Navsezadnje je viskoznost najpomembnejša fizikalna lastnost baznega olja in prizadevanja za merjenje viskoznosti s previdnimi metodami in strogimi standardi lahko pomenijo zanesljivejše mazanje stroja in končno daljšo življenjsko dobo stroja.
