Et viskosimeter er et instrument som brukes til å måle viskositeten til væsker og flyteegenskapene til væsker. La oss diskutere de ulike typene viskosimeter, deres indre egenskaper og faktorene som er med på å utføre nøyaktige og repeterbare viskositetsmålinger.
I tribologi- og smøreforskning blir viskositet ofte referert til som den viktigste egenskapen til en baseolje. Hvorfor er viskositet så viktig i maskinsmøring? På den ene siden kan en for lav viskositet forårsake grensesnittkontakt mellom interne komponenter under bevegelse, noe som resulterer i slitasje.
På den annen side tvinger for høy viskositet maskinen til å jobbe hardere for å overvinne smøremidlets indre motstand mot flyt. Derfor er det viktig å forstå ikke bare viskositeten til basisoljen, men også hvordan den kan endre seg på grunn av svingninger i drifts- eller miljøforhold.
Viskosimeter og reometer
Viskositet er et mål på en væskes motstand mot strømning (skjærspenning) ved en gitt temperatur. Ikke alle væsker opprettholder en konstant viskositet ettersom strømningsforholdene endres. Væsker hvis viskositet endres med strømningsforhold kalles ikke-newtonske væsker. Viskositeten til disse typer væsker måles med et reometer. Et viskosimeter måler viskositeten til en newtonsk væske.
Kinematikk og absolutt viskositet
Blant de ulike viskosimetermetodene er det to forskjellige måter å uttrykke viskositet på: kinematisk viskositet og absolutt viskositet. Hovedforskjellen mellom de to er at kinematisk viskositet måles ved å observere motstanden til en væske til å strømme under påvirkning av tyngdekraften, mens absolutt viskositet måles ved å observere motstanden til en væske til å strømme under påvirkning av eksterne og kontrollerte krefter, enten ved Kapillærer er også bevegelsen av væske gjennom kroppen.
Kinematisk viskositet måles i centistokes (cSt), men absolutt viskositet måles i centipoise (cP). For sammenligningsformål blir absolutt viskositet vanligvis konvertert til kinematisk viskositet ved å dele den med væskens egenvekt (SG).
cSt=cP/SG eller den resiproke av ligningen: cP=cSt x SG
Viskositetstestmetode
Det er etablert flere viskositetstestmetoder, hver med sine egne fordeler. Følgende er en liste over de mest brukte teknikkene for testing av baseoljeviskositet.
Kapillær (glass) viskosimetertesting
Den primære enheten som brukes i kapillærviskosimetertesting er et "U"-formet glassrør, som gir det dets ofte assosierte navn, U-rør. U-rørprosedyren krever å senke røret i et temperaturkontrollert bad (vanligvis 40 eller 100 grader Celsius) og ta nøyaktige avlesninger (i sekunder) av tiden som kreves for en fast mengde væske å strømme inne i røret. Røret fjernes fra røret ved sug eller gravitasjon. En markør til en annen markør.
Denne målte tiden multipliseres deretter med en konstant (relatert til det spesifikke røret) for å beregne absolutt viskositet (suging) eller kinematisk viskositet (tyngdekraft).
Rotasjonsviskosimetertest
Nøkkelfunksjonen til et rotasjonsviskosimeter involverer en roterende enhet, kalt en spindel, som er nedsenket i testvæsken. Dreiemomentet på den roterende akselen brukes deretter til å måle væskens motstand mot strømning.
Et rotasjonsviskosimeter beregner den absolutte viskositeten til en væske fordi denne målingen ikke involverer gravitasjon, men er en funksjon av skjærspenning i væsken. En vanlig variant av dette viskosimeteret kalles et Brookfield viskosimeter.
Stabinger viskosimeteret er en modifisert versjon av rotasjonsviskosimeteret. Den bruker en forbedret uavhengig flytende spindel, som styres av elektromagnetisk kraft for å generere rotasjon i væsken. Dette er fordelaktig fordi det eliminerer den vanskelige oppgaven med å ta hensyn til lagerfriksjonen til tilleggsmotoren med hovedakselen.
Testing av fallende ball og fallende stempel viskosimeter
Mindre vanlige alternativer for måling av viskositet inkluderer fallende kule og fallende stempelviskosimeter. I disse testene slippes en kule eller et stempel ned i en væske og tiden mellom ett markert punkt og et annet markert punkt måles. For å beregne viskositet fra Stokes lov, må den kjente endehastigheten, dimensjonene og tettheten til kulen eller stempelet være kjent.
Andre testmetoder
I visse situasjoner som ikke er vanlig i oljeviskositetstesting, kan boblemetoden brukes. Denne testen innebærer vanligvis å måle tiden det tar for en boble å stige en bestemt avstand. Denne måletiden kan deretter relateres proporsjonalt med væskens viskositet. En annen variant innebærer å måle sondens motstand mot vibrasjoner.
Typer viskosimeter
Selv om det finnes flere metoder for å bestemme viskositet, selges de fleste viskosimetere kommersielt for å passe best til deres tiltenkte bruk. Nedenfor er en liste over disse viskosimeterkategoriene.
Bærbart viskosimeter
Som navnet antyder, er bærbare viskosimeter egnet for bruk hvor som helst der et laboratoriemiljø er upraktisk. I mange felt- og feltapplikasjoner må viskosimeter gi raske, omtrentlige viskositetsavlesninger, ofte for å berettige ytterligere analyse.
Lite felt viskosimeter
For mer nøyaktige viskositetsavlesninger er små feltviskosimeter egnet for laboratorieinnstillinger, men er rimelige. Slike viskosimeter inkluderer U-rør-varianten eller Brookfield-viskosimeteret.
Full service viskosimeter
For å oppnå høyest nøyaktighet i viskositetstesting, må et full-service viskosimeter brukes. Disse enhetene er ofte i stand til automatisk å teste kinematisk og absolutt viskositet over et bredt temperaturområde og gi tetthet og egenvektsberegninger. En vanlig utfordring for oljeanalyselaboratorier som krever flere tester på prøver, er muligheten til å utføre disse testene med så få prøver som mulig.
Noen av de mer sofistikerte fullservice viskosimetrene kan gjøre nøyaktige målinger med prøvevolumer mindre enn 0,1 ml, med repeterbarhet innenfor 0,1 %. I store laboratorier som tester hundrevis av prøver per dag, er dette en nødvendig fordel med et fullservice viskosimeter.
Online/online viskosimeter
Mens de fleste oljeviskositetstester utføres etter å ha oppnådd en innesluttet prøve, kan noen viskositetsmålere gi kontinuerlige viskositetsavlesninger i aktive strømningslinjer. Dette gjøres vanligvis med sensorer eller transdusere enten direkte på linje (en del av rørledningen) eller på linje (bypass flow eller sensor). En viskositetsmåling tas og sendes deretter som et elektronisk signal til en datamaskin eller annen overvåkingsenhet.
Faktorer som påvirker viskositetsmåling
Selv om viskositeten til en væske virker lett å analysere, kan det være en vanskelig oppgave å gjøre nøyaktige målinger av slike væsker. For at en måling skal være gyldig, må flere faktorer være kjent og holdes konstant, inkludert:
temperatur
Når det gjelder viktighet, er forholdet mellom temperatur og viskositet som forholdet mellom viskositet og baseolje. Temperaturkontrollbadets eneste ansvar er å sørge for at hele viskositetsmålingseksperimentet holdes ved en nøyaktig temperatur (vanligvis 40 eller 100 grader Celsius) og innenfor 0,02 grader Celsius. Å kontrollere badekaret i denne grad kan være utfordrende, og det er grunnen til at mer sofistikerte viskosimeter inkluderer et temperaturkontrollert badekarsystem som en del av enheten.
viskosimeter glass
Nøyaktigheten til et kapillærviskosimeter avhenger ikke bare av temperaturen, men også av den nøyaktige innvendige diameteren til røret. Av denne grunn er disse glassrørene laget av fullstendig utglødd lavekspansjonsborosilikatglass og kommer ofte med en viskosimeterkonstant knyttet til røret som en korreksjonsfaktor. Det er vanlig praksis å rekalibrere viskosimeterets konstanter årlig basert på temperaturene det skal brukes ved, for å sikre minst mulig feil.
Viskosimeter størrelse
Viskosimeterstørrelser varierer på grunn av det brede spekteret av viskositeter som kan testes. Det anbefales at viskosimeteret bruker minst 200 sekunder (for manuelle målinger med stoppeklokke) for å føre testvæsken fra et merket punkt til et annet for å unngå menneskelige feil.
Skyll mellom målingene
En annen viktig testfaktor for viskosimeter er kvaliteten på spyling i røret mellom målingene. Vanligvis brukes en rekke restfrie løsemidler til rengjøring, skylling og tørketrinn. I laboratorier som kjører prøver kontinuerlig på høyvolumsviskosimeter, sikrer et innebygd rensesystem renseeffektivitet. Likevel er det nødvendig med en visuell inspeksjon for å avgjøre om en ny skyllesyklus er nødvendig, spesielt med brukt olje.
Andre viktige faktorer som kan påvirke viskositetsmålinger inkluderer metoden og nøyaktigheten til tidsinnretningen, riktig prøvehåndtering og grundig og kontinuerlig kvalitetskontroll.
Gjennom årene har viskositetsmåling utviklet seg med ulike stiler og metoder. Til æren av ASTM og International Organization for Standardization (ISO), har viskosimetertestmetoder, prosedyrer, kalibrering, rengjøring og andre faktorer også blitt utviklet for å sikre nøyaktighet og konsistens mellom forskjellige viskosimeter.
Tross alt er viskositet den viktigste fysiske egenskapen til en baseolje, og forsøk på å måle viskositet gjennom forsiktige metoder og strenge standarder kan tilsvare mer pålitelig maskinsmøring og til slutt lengre levetid for maskinen.
