Μέτρημακινηματικό ιξώδες(ν), που ορίζεται ως δυναμικό ιξώδες (μ) διαιρούμενο με πυκνότητα υγρού (ρ) (ν=μ / ρ), συνήθως περιλαμβάνει το χρονοδιάγραμμα της ροής ενός υγρού υπό βαρύτητα μέσω ενός βαθμονομημένου τριχοειδούς σωλήνα. Η πιο συνηθισμένη και τυποποιημένη χρήση μεθόδωνΓυαλί τριχοειδή ιξομέτρων. Ακολουθεί μια ανάλυση της διαδικασίας και των μεθόδων κλειδιών:
Πρωτογενής μέθοδος: τριχοειδή ιξομετρία (μέθοδος χρονομετρημένης ροής)
Αρχή:Ο χρόνος που χρειάζεται για έναν σταθερό όγκο υγρού να ρέει μέσω ενός βαθμονομημένου τριχοειδούς σωλήνα κάτω από τη βαρύτητα είναι άμεσα ανάλογος με το κινηματικό του ιξώδες.
Βασικά πρότυπα:ASTM D445, ISO 3104, IP 71.
Συσκευή:
Βισκομέτρου:Ένας ακριβής κατασκευασμένος γυάλινος σωλήνας με τριχοειδές τμήμα και συγκεκριμένους βολβούς δεξαμενής. Οι συνήθεις τύποι περιλαμβάνουν:
Ostwald Viscometer:Απλός σχεδιασμός, καλός για διαφανή υγρά.
Ubbelohde viscometer (αιωρούμενο επίπεδο):Έχει μια επιπλέον δεξαμενή ("Bulb C") που εξασφαλίζει ότι ο επικεφαλής του υγρού είναι ανεξάρτητη από τον όγκο που φορτίζεται, καθιστώντας το ιδανικό για ακριβή εργασία και ευκολότερο καθαρισμό. Ο πιο συνηθισμένος τύπος για τα σύγχρονα εργαστήρια.
Cannon-Fenske ρουτίνα/αδιαφανή:Τροποποιημένο για αδιαφανή υγρά όπου ο μηνίσκος είναι δύσκολο να δει.
Fitzsimons Viscometer:Σχεδιασμένο για πολύ ιξώδη υγρά.
Λουτρό σταθερής θερμοκρασίας:Ένα εξαιρετικά σταθερό λουτρό (συνήθως εντός ± 0,01 βαθμού ή καλύτερου) γεμάτο με διαφανές υγρό (νερό, λάδι ή σιλικόνη) που περιβάλλει το ιξωδόμετρο. Ο έλεγχος θερμοκρασίας είναιΚΡΙΣΙΜΟΣ(Κοινή Temps: 25 βαθμοί, 40 βαθμοί, 100 βαθμοί).
Θερμόμετρο:Υψηλής ακρίβειας, βαθμονομημένο θερμόμετρο.
Μετρών την ώραν:Χρονοδιακόπτης υψηλής ακρίβειας (ακρίβεια ± 0,1 δευτερόλεπτα ή καλύτερος).
Εξοπλισμός καθαρισμού και ξήρανσης:Διαλύτες, φούρνοι ξήρανσης, γραμμές κενού.
Διαδικασία:
Καθαρό και ξηρό:Καθαρίστε καλά και στεγνώστε το ιξωδόμετρο χρησιμοποιώντας κατάλληλους διαλύτες και μεθόδους (ξήρανση φούρνου, κενό).
Χρέωση:Εισαγάγετε τον ακριβή όγκο του δείγματος υγρού στη δεξαμενή ιξωδρότρου (συνήθως μέσω πιπέτας σε βολβό Α για Ubbelohde).
Ισορροπώ:Τοποθετήστε το ιξωδόμετρο κατακόρυφα στο λουτρό σταθερής θερμοκρασίας. Αφήστε επαρκή χρόνο (συχνά 30+ λεπτά) για να φτάσει το δείγμα στην ακριβή θερμοκρασία λουτρού.
Μετρήστε το χρόνο ροής:
Για το Ubbelohde: Εφαρμόστε αναρρόφηση (ή πίεση) για να τραβήξετε το δείγμα μέχρι το άνω σήμα χρονισμού σε λάμπα Β. Απελευθέρωση/πίεση απελευθέρωσης.
Αφήστε το δείγμα να ρέει ελεύθερα πίσω από το τριχοειδές υπό βαρύτητα.
Ξεκινήστε το χρονοδιακόπτη ακριβώς καθώς ο μηνίσκος περνάει το άνω χρονικό σήμα.
Σταματήστε το χρονοδιακόπτη ακριβώς καθώς ο μηνίσκος περνάει το χαμηλότερο σήμα χρονισμού.
Καταγράψτε το χρόνο ροής (t) σε δευτερόλεπτα. Επαναλάβετε αρκετές φορές (π.χ. 4 διαδρομές) Η εξασφάλιση ότι τα αποτελέσματα είναι επαναλαμβανόμενα στο πλαίσιο των προδιαγραφών (π.χ. το ASTM απαιτεί διαδοχικές διαδρομές εντός 0,1% σχετικών).
Υπολογίστε το κινηματικό ιξώδες:
ν = C * t
ν=κινηματικό ιξώδες (mm²/s ή CST, όπου 1 CST=1 mm2/s)
C=σταθερά ιξομέτρου (σταθερά βαθμονόμησης, μονάδες mm²/s²)
T=Μέσος χρόνος ροής (δευτερόλεπτα)
Σημαντικοί παράγοντες και εκτιμήσεις:
Θερμοκρασία:Το ιξώδες εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία. Ο ακριβής και σταθερός έλεγχος θερμοκρασίας δεν είναι διαπραγματεύσιμος.
Σταραχή βαθμονόμησης Viscometer (C):Κάθε ιξωδόμετρο βαθμονομείται μοναδικά χρησιμοποιώντας υγρά γνωστού ιξώδους (τυπικά έλαια αναφοράς ανιχνεύσιμα σε NIST ή παρόμοια εθνικά εργαστήρια). Το C καθορίζεται από: C=_standard / t_standard. Η βαθμονόμηση πρέπει να γίνεται με την ίδια θερμοκρασία και χρησιμοποιώντας την ίδια διαδικασία με τη μέτρηση του δείγματος.
Καθαριότητα:Οποιοδήποτε υπόλειμμα ή μόλυνση στο τριχοειδές επηρεάζει δραστικά τον χρόνο ροής.
Κατακόρυφη ευθυγράμμιση:Το ιξωδόμετρο πρέπει να είναι απόλυτα κάθετο.
Σημάδια χρονισμού:Ο μηνίσκος πρέπει να διαβαστεί με ακρίβεια στα σημάδια.
Κινηματική περιοχή:Διαφορετικοί τύποι ιξωδοτήτρων και τριχοειδή μεγέθη καλύπτουν διαφορετικές περιοχές ιξώδους. Επιλέξτε το κατάλληλο ιξωδόμετρο, οπότε ο χρόνος ροής εμπίπτει στο βέλτιστο εύρος (συνήθως 200-1000 δευτερόλεπτα, αν και τα πρότυπα συχνά επιτρέπουν 150-1000s).
Φυσαλίδες:Οι φυσαλίδες αέρα που παγιδεύονται στο τριχοειδές ή στους βολβούς θα προκαλέσουν σημαντικά σφάλματα.
Εναλλακτικές/σχετικές μεθόδους:
Μετατροπή από δυναμικό ιξώδες:
Μετρήστε το δυναμικό ιξώδες (μ) χρησιμοποιώντας μια μέθοδο όπως ένα περιστροφικό ιξωδόμετρο (π.χ. Brookfield) που εφαρμόζει διατμητική τάση.
Μετρήστε την πυκνότητα υγρού (ρ) χρησιμοποιώντας ένα pycnometer ή μετρητή ψηφιακής πυκνότητας.
Υπολογίστε το κινηματικό ιξώδες: ν=μ / ρ.
Αυτοματοποιημένα οισιτισμένα:Τα σύγχρονα όργανα αυτοματοποιούν την τριχοειδή μέθοδο. Ελέγχουν με ακρίβεια τη θερμοκρασία, ανιχνεύουν τον μηνίσκο (συχνά οπτικά), χρόνο της ροής, υπολογίζουν το ιξώδες και μπορεί να καθαρίσουν ακόμη και το ιξωδόμετρο μεταξύ των δειγμάτων. Ακολουθούν την ίδια θεμελιώδη αρχή, αλλά προσφέρουν υψηλή απόδοση και μειωμένο σφάλμα του χειριστή.
Πτώση σφαίρας Viscometer:Μετράει το χρόνο που χρειάζεται για μια σφαίρα γνωστής πυκνότητας και διαμέτρου να πέσει μια σταθερή απόσταση μέσω του υγρού σε ένα σωλήνα κάτω από τη βαρύτητα. Κυρίως μετρά το δυναμικό ιξώδες (μέσω του νόμου του Stokes), αλλά το κινηματικό ιξώδες μπορεί να υπολογιστεί εάν είναι γνωστή η πυκνότητα. Λιγότερο κοινό για την τυπική μέτρηση κινηματικού ιξώδους σε σύγκριση με τις τριχοειδείς μεθόδους.
Συνοπτικά:
Οπρότυπη, πρωτογενή μέθοδοςΓια τη μέτρηση του κινηματικού ιξώδους περιλαμβάνει τη χρήση αβαθμονομημένο γυαλί τριχοειδές ιξωδόμετρο(όπως ένα ubbelohde) βυθισμένο σε έναπολύ σταθερό λουτρό σταθερής θερμοκρασίας, μετρώντας με ακρίβεια τοφοράΧρειάζεται ένας σταθερός όγκος του υγρού να ρέει μεταξύ δύο σημείων κάτω από τη βαρύτητα, και πολλαπλασιάζοντας αυτή τη φορά από το ιξωδόμετροσταθερή βαθμονόμηση. Η αυστηρή τήρηση των διαδικασιών που περιγράφονται στα πρότυπα (ASTM D445, ISO 3104) και η σχολαστική προσοχή στην καθαριότητα, τον έλεγχο της θερμοκρασίας και την ακρίβεια του χρονισμού είναι απαραίτητες για αξιόπιστα αποτελέσματα.