Een viscometer is een instrument dat wordt gebruikt om de viscositeit van vloeistoffen en de stromingseigenschappen van vloeistoffen te meten. Laten we de verschillende soorten viscometers bespreken, hun interne kenmerken en de factoren die een rol spelen bij het uitvoeren van nauwkeurige en herhaalbare viscositeitsmetingen.
In tribologie- en smeeronderzoek wordt viscositeit vaak de belangrijkste eigenschap van een basisolie genoemd. Waarom is viscositeit zo belangrijk bij de smering van machines? Aan de ene kant kan een te lage viscositeit tijdens beweging contact tussen interne componenten veroorzaken, met slijtage tot gevolg.
Aan de andere kant dwingt een te hoge viscositeit de machine harder te werken om de interne stromingsweerstand van het smeermiddel te overwinnen. Daarom is het belangrijk om niet alleen de viscositeit van de basisolie te begrijpen, maar ook hoe deze kan veranderen als gevolg van schommelingen in de bedrijfs- of omgevingsomstandigheden.
Viscometer en reometer
Viscositeit is een maatstaf voor de weerstand van een vloeistof tegen stroming (schuifspanning) bij een bepaalde temperatuur. Niet alle vloeistoffen behouden een constante viscositeit als de stromingsomstandigheden veranderen. Vloeistoffen waarvan de viscositeit verandert met de stromingsomstandigheden, worden niet-Newtoniaanse vloeistoffen genoemd. De viscositeit van dit soort vloeistoffen wordt gemeten door een reometer. Een viscometer meet de viscositeit van een Newtonse vloeistof.
Kinematica en absolute viscositeit
Onder de verschillende viscometermethoden zijn er twee verschillende manieren om de viscositeit uit te drukken: kinematische viscositeit en absolute viscositeit. Het belangrijkste verschil tussen de twee is dat de kinematische viscositeit wordt gemeten door de weerstand van een vloeistof tegen stroming onder invloed van de zwaartekracht te observeren, terwijl de absolute viscositeit wordt gemeten door de weerstand van een vloeistof tegen stroming onder invloed van externe en gecontroleerde krachten te observeren. ofwel door haarvaten is ook de beweging van vloeistof door het lichaam.
Kinematische viscositeit wordt gemeten in centistokes (cSt), maar de absolute viscositeit wordt gemeten in centipoise (cP). Ter vergelijking wordt de absolute viscositeit gewoonlijk omgezet in kinematische viscositeit door deze te delen door het soortelijk gewicht (SG) van de vloeistof.
cSt=cP/SG of het omgekeerde van de vergelijking: cP=cSt x SG
Viscositeitstestmethode
Er zijn verschillende viscositeitstestmethoden ontwikkeld, elk met zijn eigen voordelen. Hieronder volgt een lijst met de meest gebruikte technieken voor het testen van de viscositeit van basisolie.
Capillaire (glazen) viscositeitsmeter testen
Het belangrijkste apparaat dat wordt gebruikt bij het testen van capillaire viscometers is een "U"-vormige glazen buis, waaraan het de vaak geassocieerde naam U-buis geeft. Bij de U-buisprocedure wordt de buis ondergedompeld in een bad met temperatuurregeling (meestal 40 of 100 graden Celsius) en worden nauwkeurige metingen (in seconden) uitgevoerd van de tijd die nodig is voordat een vaste hoeveelheid vloeistof door de buis stroomt. De buis wordt door zuiging of zwaartekracht uit de buis verwijderd. De ene markering naar de andere markering.
Deze gemeten tijd wordt vervolgens vermenigvuldigd met een constante (gerelateerd aan de specifieke buis) om de absolute viscositeit (zuiging) of kinematische viscositeit (zwaartekracht) te berekenen.
Rotatie-viscometertest
Het belangrijkste kenmerk van een roterende viscometer is een roterend apparaat, een spindel genoemd, dat is ondergedompeld in de testvloeistof. Het koppel op de roterende as wordt vervolgens gebruikt om de weerstand van de vloeistof tegen stroming te meten.
Een roterende viscometer berekent de absolute viscositeit van een vloeistof, omdat bij deze meting geen sprake is van zwaartekracht, maar afhankelijk is van de schuifspanning in de vloeistof. Een veel voorkomende variant van deze viscometer wordt een Brookfield-viscometer genoemd.
De Stabinger viscometer is een aangepaste versie van de roterende viscometer. Het maakt gebruik van een verbeterde onafhankelijke zwevende spil, die wordt bestuurd door elektromagnetische kracht om rotatie in de vloeistof te genereren. Dit is voordelig omdat hierdoor de moeilijke taak wordt geëlimineerd om rekening te houden met de lagerwrijving van de extra motor met de hoofdas.
Testen van de viscositeitsmeter met vallende kogel en vallende zuiger
Minder gebruikelijke alternatieven voor het meten van de viscositeit zijn onder meer viscometers met vallende kogels en vallende zuigers. Bij deze tests wordt een kogel of zuiger in een vloeistof gedropt en wordt de tijd tussen het ene gemarkeerde punt en het tweede gemarkeerde punt gemeten. Om de viscositeit op basis van de wet van Stokes te berekenen, moeten de bekende eindsnelheid, afmetingen en dichtheid van de kogel of zuiger bekend zijn.
Andere testmethoden
In bepaalde situaties die niet vaak voorkomen bij het testen van de olieviscositeit, kan de bellenmethode worden gebruikt. Deze test omvat meestal het meten van de tijd die een bel nodig heeft om een bepaalde afstand te stijgen. Deze meettijd kan dan proportioneel gerelateerd worden aan de viscositeit van de vloeistof. Een andere variatie betreft het meten van de weerstand van de sonde tegen trillingen.
Soorten viscometers
Hoewel er verschillende methoden zijn om de viscositeit te bepalen, worden de meeste viscometers in de handel verkocht, zodat ze het beste passen bij het beoogde gebruik. Hieronder vindt u een lijst met deze viscometercategorieën.
Draagbare viscometer
Zoals de naam al doet vermoeden, zijn draagbare viscometers geschikt voor gebruik overal waar een laboratoriumomgeving onpraktisch is. In veel veld- en veldtoepassingen moeten viscometers snelle, benaderende viscositeitsmetingen leveren, vaak om verdere analyse te rechtvaardigen.
Viscosimeter met klein veld
Voor nauwkeurigere viscositeitsmetingen zijn kleine veldviscometers geschikt voor laboratoriumomgevingen, maar ze zijn betaalbaar. Dergelijke viscometers omvatten de U-buisvariëteit of de Brookfield-viscometer.
Volledige service viscometer
Om de hoogste nauwkeurigheid bij het testen van de viscositeit te verkrijgen, moet een full-service viscometer worden gebruikt. Deze apparaten zijn vaak in staat om automatisch de kinematische en absolute viscositeit te testen over een breed temperatuurbereik en berekeningen voor dichtheid en soortelijk gewicht te maken. Een veel voorkomende uitdaging voor olieanalyselaboratoria die meerdere tests op monsters vereisen, is de mogelijkheid om deze tests met zo weinig mogelijk monsters uit te voeren.
Sommige van de meer geavanceerde full-service viscometers kunnen nauwkeurige metingen uitvoeren met monstervolumes van minder dan 0,1 ml, met een herhaalbaarheid binnen 0,1%. In grote laboratoria die honderden monsters per dag testen, is dit een noodzakelijk voordeel van een full-service viscometer.
Online/online viscometer
Hoewel de meeste olieviscositeitstests worden uitgevoerd nadat een ingesloten monster is verkregen, kunnen sommige viscometers continue viscositeitsmetingen leveren in actieve stroomlijnen. Dit gebeurt meestal met sensoren of transducers, hetzij direct in lijn (deel van de pijpleiding) of in lijn (bypassstroming of sensor). Er wordt een viscositeitsmeting uitgevoerd en vervolgens als elektronisch signaal naar een computer of ander controleapparaat gestuurd.
Factoren die de viscositeitsmeting beïnvloeden
Hoewel de viscositeit van een vloeistof gemakkelijk te analyseren lijkt, kan het uitvoeren van nauwkeurige metingen van dergelijke vloeistoffen een moeilijke taak zijn. Om een meting geldig te laten zijn, moeten verschillende factoren bekend zijn en constant gehouden worden, waaronder:
temperatuur
In termen van belang is de verhouding tussen temperatuur en viscositeit vergelijkbaar met de verhouding tussen viscositeit en basisolie. De enige verantwoordelijkheid van het temperatuurcontrolebad is ervoor te zorgen dat het hele viscositeitsmeetexperiment op een nauwkeurige temperatuur wordt gehouden (meestal 40 of 100 graden Celsius) en binnen 0,02 graden Celsius. Het in deze mate regelen van het bad kan een uitdaging zijn. Daarom bevatten meer geavanceerde viscometers een temperatuurgecontroleerd badsysteem als onderdeel van de unit.
viscometer glas
De nauwkeurigheid van een capillaire viscometer hangt niet alleen af van de temperatuur, maar ook van de precieze binnendiameter van de buis. Om deze reden zijn deze glazen buizen gemaakt van volledig uitgegloeid borosilicaatglas met lage uitzetting en worden ze vaak geleverd met een viscometerconstante die bij de buis hoort als correctiefactor. Het is gebruikelijk om de constanten van de viscometer jaarlijks opnieuw te kalibreren op basis van de temperaturen waarbij deze zal worden gebruikt, om zo min mogelijk fouten te garanderen.
Viscometer maat
De afmetingen van de viscositeitsmeters variëren vanwege het brede scala aan viscositeiten dat kan worden getest. Het wordt aanbevolen dat de viscometer minstens 200 seconden nodig heeft (voor handmatige metingen met een stopwatch) om de testvloeistof van het ene gemarkeerde punt naar het andere te laten stromen om menselijke fouten te voorkomen.
Spoel tussen metingen
Een andere belangrijke testfactor voor de viscometer is de kwaliteit van het spoelen in de buis tussen metingen. Meestal wordt voor de reinigings-, spoel- en droogfasen een verscheidenheid aan residuvrije oplosmiddelen gebruikt. In laboratoria waar continu monsters worden uitgevoerd op viscometers met een hoog volume, zorgt een ingebouwd reinigingssysteem voor een efficiënte reiniging. Toch is een visuele inspectie noodzakelijk om te bepalen of een tweede spoelcyclus noodzakelijk is, vooral bij gebruikte olie.
Andere belangrijke factoren die de viscositeitsmetingen kunnen beïnvloeden zijn onder meer de methode en nauwkeurigheid van het timingapparaat, de juiste monsterbehandeling en diepgaande en voortdurende kwaliteitscontrole.
Door de jaren heen is de viscositeitsmeting geëvolueerd met verschillende stijlen en methoden. Met dank aan ASTM en de Internationale Organisatie voor Standaardisatie (ISO) zijn ook testmethoden, procedures, kalibratie, reiniging en andere factoren voor viscometers ontwikkeld om nauwkeurigheid en consistentie tussen verschillende viscometers te garanderen.
Viscositeit is immers de belangrijkste fysieke eigenschap van een basisolie, en pogingen om de viscositeit te meten via zorgvuldige methoden en strikte normen kunnen neerkomen op een betrouwbaardere machinesmering en uiteindelijk een langere levensduur van de machine.
