A viszkoziméter a folyadékok viszkozitásának és a folyadékok áramlási tulajdonságainak mérésére szolgáló műszer. Beszéljük meg a viszkoziméterek különféle típusait, belső jellemzőit, valamint azokat a tényezőket, amelyek a pontos és megismételhető viszkozitásmérés végrehajtásához szükségesek.
A tribológiai és kenési kutatásokban a viszkozitást gyakran az alapolaj legfontosabb tulajdonságaként emlegetik. Miért olyan fontos a viszkozitás a gépek kenésében? Egyrészt a túl alacsony viszkozitás interfész érintkezést okozhat a belső alkatrészek között mozgás közben, ami kopáshoz vezethet.
Másrészt a túl magas viszkozitás keményebb munkára kényszeríti a gépet, hogy leküzdje a kenőanyag belső áramlási ellenállását. Ezért fontos megérteni nemcsak az alapolaj viszkozitását, hanem azt is, hogyan változhat az üzemi vagy környezeti feltételek ingadozása miatt.
Viszkoziméter és reométer
A viszkozitás a folyadék áramlással szembeni ellenállásának mértéke (nyírófeszültség) adott hőmérsékleten. Nem minden folyadék tart fenn állandó viszkozitást az áramlási feltételek változásával. Azokat a folyadékokat, amelyek viszkozitása az áramlási feltételek függvényében változik, nem newtoni folyadékoknak nevezzük. Az ilyen típusú folyadékok viszkozitását reométerrel mérik. A viszkoziméter a newtoni folyadék viszkozitását méri.
Kinematika és abszolút viszkozitás
A különféle viszkoziméteres módszerek között a viszkozitás kifejezésének két módja van: a kinematikus viszkozitás és az abszolút viszkozitás. A fő különbség a kettő között az, hogy a kinematikai viszkozitást úgy mérik, hogy megfigyelik a folyadéknak a gravitáció hatására fennálló áramlási ellenállását, míg az abszolút viszkozitást a folyadék áramlási ellenállásának megfigyelésével, külső és szabályozott erők hatására. vagy a kapillárisokon keresztül a folyadék testen keresztüli mozgása is.
A kinematikai viszkozitást centistokes-ban (cSt), az abszolút viszkozitást centipoise-ban (cP) mérik. Összehasonlítás céljából az abszolút viszkozitást általában úgy alakítják át kinematikai viszkozitássá, hogy elosztják a folyadék fajsúlyával (SG).
cSt=cP/SG vagy az egyenlet reciproka: cP=cSt x SG
Viszkozitás vizsgálati módszer
Számos viszkozitásvizsgálati módszert dolgoztak ki, mindegyiknek megvannak a maga előnyei. Az alábbiakban felsoroljuk az alapolaj viszkozitásának vizsgálatára leggyakrabban használt technikákat.
Kapilláris (üveg) viszkoziméter vizsgálata
A kapilláris viszkoziméter tesztelésében használt elsődleges eszköz egy "U" alakú üvegcső, amely a szokásos elnevezését, az U-tube adja. Az U-csöves eljárás megköveteli, hogy a csövet szabályozott hőmérsékletű (általában 40 vagy 100 Celsius fokos) fürdőbe merítsék, és pontosan leolvassák (másodpercben) azt az időt, amely szükséges ahhoz, hogy meghatározott mennyiségű folyadék áramoljon a csövön belül. A csövet szívással vagy gravitációval távolítják el a csőből. Egyik marker a másik markerhez.
Ezt a mért időt ezután megszorozzák egy (az adott csőre vonatkozó) állandóval, hogy kiszámítsák az abszolút viszkozitást (szívás) vagy a kinematikai viszkozitást (gravitáció).
Rotációs viszkoziméter teszt
A forgó viszkoziméter kulcsfontosságú jellemzője egy forgó eszköz, az úgynevezett orsó, amelyet a vizsgálófolyadékba merítenek. A forgó tengely nyomatékát ezután a folyadék áramlási ellenállásának mérésére használják.
A rotációs viszkoziméter kiszámítja a folyadék abszolút viszkozitását, mivel ez a mérés nem a gravitációt foglalja magában, hanem a folyadékon belüli nyírófeszültség függvénye. Ennek a viszkoziméternek egy általános változatát Brookfield viszkoziméternek nevezik.
A Stabinger viszkoziméter a rotációs viszkoziméter módosított változata. Egy továbbfejlesztett független lebegő orsót használ, amelyet elektromágneses erő vezérel, hogy forgást generáljon a folyadékban. Ez azért előnyös, mert kiküszöböli azt a nehéz feladatot, hogy figyelembe vegyük a kiegészítő motor csapágysúrlódását a főtengellyel.
Eső golyó és zuhanó dugattyús viszkoziméter vizsgálata
A viszkozitás mérésének kevésbé elterjedt alternatívái közé tartoznak a leeső golyós és a leeső dugattyús viszkoziméterek. Ezekben a tesztekben egy golyót vagy dugattyút cseppennek a folyadékba, és megmérik az egyik megjelölt pont és a második megjelölt pont közötti időt. A Stokes-törvény alapján a viszkozitás kiszámításához ismerni kell a golyó vagy a dugattyú ismert végsebességét, méreteit és sűrűségét.
Egyéb vizsgálati módszerek
Bizonyos helyzetekben, amelyek az olajviszkozitás-vizsgálat során általában nem láthatók, a buborékos módszer használható. Ez a teszt általában magában foglalja azt az időt, amely alatt a buborék egy adott távolságot felemelkedik. Ez a mérési idő azután arányosan viszonyítható a folyadék viszkozitásához. Egy másik változat a szonda rezgéssel szembeni ellenállásának mérése.
A viszkoziméterek típusai
Bár számos módszer létezik a viszkozitás meghatározására, a legtöbb viszkozimétert a kereskedelemben értékesítik, hogy a legjobban megfeleljenek a tervezett felhasználásnak. Az alábbiakban felsoroljuk ezeket a viszkoziméter-kategóriákat.
Hordozható viszkoziméter
Ahogy a neve is sugallja, a hordozható viszkoziméterek bárhol használhatók, ahol a laboratóriumi környezet nem praktikus. Számos helyszíni és helyszíni alkalmazásban a viszkozimétereknek gyors, hozzávetőleges viszkozitási leolvasást kell biztosítaniuk, gyakran további elemzések indokolásához.
Kis mezős viszkoziméter
A pontosabb viszkozitás-leolvasás érdekében a kisméretű viszkoziméterek alkalmasak laboratóriumi beállításokra, de megfizethetőek. Ilyen viszkoziméterek közé tartozik az U-tube típusú vagy a Brookfield viszkoziméter.
Teljes körű viszkoziméter
A viszkozitásvizsgálat legnagyobb pontosságának eléréséhez teljes körű szolgáltatást nyújtó viszkozimétert kell használni. Ezek az eszközök gyakran képesek a kinematikai és abszolút viszkozitás automatikus tesztelésére széles hőmérsékleti tartományban, valamint sűrűség- és fajsúlyszámítást végeznek. A többszörös mintavizsgálatot igénylő olajelemző laboratóriumok közös kihívása az, hogy ezeket a vizsgálatokat a lehető legkevesebb mintával tudják elvégezni.
A kifinomultabb, teljes körű szolgáltatást nyújtó viszkoziméterek némelyike 0,1 ml-nél kisebb mintamennyiséggel is képes pontos méréseket végezni, az ismételhetőség pedig 0,1%-on belül van. A napi több száz mintát vizsgáló nagy laboratóriumokban ez a teljes körű szolgáltatást nyújtó viszkoziméter szükséges előnye.
Online/Online viszkoziméter
Míg a legtöbb olajviszkozitási tesztet egy zárt minta beszerzése után végzik el, egyes viszkoziméterek folyamatos viszkozitás-leolvasást biztosítanak az aktív áramlási vezetékekben. Ez általában érzékelőkkel vagy jelátalakítókkal történik, vagy közvetlenül a vezetékben (a csővezeték része), vagy vonalban (bypass áramlás vagy érzékelő). A rendszer viszkozitásmérést végez, majd elektronikus jelként elküldi egy számítógépre vagy más felügyeleti eszközre.
A viszkozitás mérését befolyásoló tényezők
Bár egy folyadék viszkozitását könnyű elemezni, az ilyen folyadékok pontos mérése nehéz feladat lehet. Ahhoz, hogy a mérés érvényes legyen, számos tényezőt ismerni és állandónak kell tartani, többek között:
hőfok
Ami a fontosságot illeti, a hőmérséklet és a viszkozitás aránya olyan, mint a viszkozitás és az alapolaj aránya. A hőmérséklet-szabályozó fürdő kizárólagos felelőssége annak biztosítása, hogy a teljes viszkozitásmérési kísérlet pontos hőmérsékleten (általában 40 vagy 100 Celsius fokon) és 0,02 Celsius fokon belül maradjon. A fürdő ilyen mértékű szabályozása kihívást jelenthet, ezért a kifinomultabb viszkoziméterek hőmérséklet-szabályozott fürdőrendszert tartalmaznak az egység részeként.
viszkoziméteres üveg
A kapilláris viszkoziméter pontossága nemcsak a hőmérséklettől függ, hanem a cső pontos belső átmérőjétől is. Emiatt ezek az üvegcsövek teljesen lágyított, kis tágulású boroszilikát üvegből készülnek, és gyakran a csőhöz tartozó viszkoziméter-állandót alkalmazzák korrekciós tényezőként. Általános gyakorlat, hogy a viszkoziméter állandóit évente újrakalibrálják a használati hőmérséklet alapján, hogy a lehető legkisebb hiba legyen.
A viszkoziméter mérete
A viszkoziméterek mérete a vizsgálható viszkozitások széles skálája miatt változik. Javasoljuk, hogy a viszkoziméter legalább 200 másodpercet vesz igénybe (kézi méréseknél stopperórával), hogy a tesztfolyadékot egyik megjelölt pontból a másikba továbbítsa, hogy elkerülje az emberi hibákat.
A mérések között öblítse le
Egy másik fontos viszkoziméter-tesztelési tényező a mérések közötti csövön belüli öblítés minősége. Jellemzően a tisztítási, öblítési és szárítási szakaszokhoz különféle maradékmentes oldószereket használnak. Azokban a laboratóriumokban, ahol a mintákat folyamatosan futtatják nagy térfogatú viszkozimétereken, beépített tisztítórendszer biztosítja a tisztítás hatékonyságát. Mindazonáltal szemrevételezéses ellenőrzés szükséges annak megállapításához, hogy szükség van-e egy második öblítési ciklusra, különösen a használt olaj esetében.
A viszkozitásméréseket befolyásoló további fontos tényezők közé tartozik az időzítő eszköz módszere és pontossága, a megfelelő mintakezelés, valamint a mélyreható és folyamatos minőségellenőrzés.
Az évek során a viszkozitásmérés különféle stílusokkal és módszerekkel fejlődött. Az ASTM és a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (ISO) elismerésére a viszkoziméterek vizsgálati módszereit, eljárásait, kalibrálását, tisztítását és egyéb tényezőket is kidolgoztak a különböző viszkoziméterek pontosságának és konzisztenciájának biztosítására.
Végül is a viszkozitás az alapolaj legfontosabb fizikai tulajdonsága, és a viszkozitás körültekintő módszerekkel és szigorú szabványokkal történő mérésére tett erőfeszítések megbízhatóbb gépkenést és végső soron hosszabb gépélettartamot jelenthetnek.
