เฮ้! ในฐานะซัพพลายเออร์เครื่องวัดความหนืด ฉันมักถูกถามเกี่ยวกับวิธีการวัดความหนืดของของเหลวภายใต้ความเค้นเฉือนที่แตกต่างกันโดยใช้เครื่องวัดความหนืด เป็นหัวข้อที่สำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อาหาร เครื่องสำอาง และยา ซึ่งคุณสมบัติการไหลของของเหลวสามารถส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ในบล็อกนี้ ฉันจะแนะนำคุณตลอดกระบวนการทีละขั้นตอน และแบ่งปันเคล็ดลับและคำแนะนำไปพร้อมกัน
ความหนืดและแรงเฉือนคืออะไร?
ก่อนที่เราจะเจาะลึกถึงกระบวนการตรวจวัด เรามาดูกันก่อนว่าความหนืดและความเค้นเฉือนคืออะไร ความหนืดคือการวัดความต้านทานต่อการไหลของของไหล ลองคิดว่ามันเป็นของเหลวที่ "หนา" หรือ "บาง" เช่น น้ำผึ้งมีความหนืดสูงเพราะไหลช้า ส่วนน้ำมีความหนืดต่ำและไหลง่าย
ในทางกลับกัน แรงเฉือนคือแรงต่อหน่วยพื้นที่ที่ทำให้ของไหลเสียรูปหรือไหล เมื่อคุณคนของเหลว คุณกำลังใช้แรงเฉือนกับของเหลว ความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเฉือนกับอัตราการเปลี่ยนรูป (อัตราเฉือน) ที่เกิดขึ้นคือสิ่งที่กำหนดความหนืดของของเหลว
เหตุใดจึงต้องวัดความหนืดภายใต้ความเค้นเฉือนที่ต่างกัน
ของเหลวหลายชนิด โดยเฉพาะของเหลวที่ไม่ใช่ของนิวตัน มีความหนืดที่เปลี่ยนแปลงไปขึ้นอยู่กับความเค้นเฉือนที่ใช้ ของเหลวที่ไม่ใช่นิวตันสามารถจำแนกได้เป็นหลายประเภท เช่น แรงเฉือน - ทำให้ผอมบาง (ความหนืดลดลงตามความเค้นเฉือนที่เพิ่มขึ้น) แรงเฉือน - ความหนา (ความหนืดเพิ่มขึ้นตามความเค้นเฉือนที่เพิ่มขึ้น) และความยืดหยุ่นหนืด (แสดงทั้งคุณสมบัติยืดหยุ่นและความหนืด)
การวัดความหนืดภายใต้แรงเฉือนที่แตกต่างกันช่วยให้เราเข้าใจว่าของเหลวจะมีพฤติกรรมอย่างไรในสถานการณ์จริงที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการผลิตที่มีการสูบของเหลวผ่านท่อหรือผสมในถัง ความเค้นเฉือนอาจแตกต่างกันไป เมื่อทราบความหนืดที่แรงเฉือนต่างๆ เราจึงสามารถเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการและรับประกันคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่สอดคล้องกัน
การเลือก Viscometer ที่เหมาะสม
เครื่องวัดความหนืดมีหลายประเภท แต่สำหรับการวัดความหนืดภายใต้ความเค้นเฉือนที่แตกต่างกันเครื่องวัดความหนืดแบบหมุนมักเป็นทางเลือกที่ดีที่สุด เครื่องวัดความหนืดแบบหมุนทำงานโดยการหมุนแกนหมุนหรือแกนหมุนในของเหลวและวัดแรงบิดที่จำเป็นเพื่อรักษาการหมุน แรงบิดสัมพันธ์กับความเค้นเฉือน และความเร็วในการหมุนสัมพันธ์กับอัตราเฉือน
เมื่อเลือกเครื่องวัดความหนืดแบบหมุน ให้พิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ช่วงความหนืดที่คุณต้องการวัด ความแม่นยำที่ต้องการ และประเภทของตัวอย่างที่คุณจะทดสอบ เครื่องวัดความหนืดบางรุ่นยังมาพร้อมกับคุณสมบัติเพิ่มเติม เช่น การควบคุมอุณหภูมิ ซึ่งอาจมีความสำคัญเนื่องจากความหนืดจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่สูง
การตั้งค่า Viscometer
เมื่อคุณเลือกเครื่องวัดความหนืดที่ถูกต้องแล้ว ก็ถึงเวลาตั้งค่า ต่อไปนี้เป็นขั้นตอนทั่วไป:
- การสอบเทียบ: ก่อนที่จะใช้เครื่องวัดความหนืด จำเป็นต้องปรับเทียบก่อน เพื่อให้แน่ใจว่าการวัดมีความแม่นยำ เครื่องวัดความหนืดส่วนใหญ่มาพร้อมกับของเหลวสอบเทียบที่ทราบความหนืด ปฏิบัติตามคำแนะนำของผู้ผลิตเพื่อทำการสอบเทียบ
- เลือกแกนหมุน: การเลือกสปินเดิลขึ้นอยู่กับความหนืดของของเหลวและช่วงความเค้นเฉือนที่คุณต้องการใช้ สำหรับของเหลวที่มีความหนืดสูง อาจจำเป็นต้องใช้สปินเดิลที่ใหญ่กว่า ในขณะที่สำหรับของเหลวที่มีความหนืดต่ำ สปินเดิลที่เล็กกว่าก็เพียงพอแล้ว
- เตรียมตัวอย่าง: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวอย่างเป็นเนื้อเดียวกันและอยู่ในอุณหภูมิที่ต้องการ หากจำเป็น ให้ใช้อ่างควบคุมอุณหภูมิเพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่ในระหว่างการวัด
- ติดตั้งแกนหมุน: ติดตั้งสปินเดิลที่เลือกไว้อย่างระมัดระวังบนเครื่องวัดความหนืด ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้จัดตำแหน่งอย่างเหมาะสมและปลอดภัย
การวัดความหนืดภายใต้ความเค้นเฉือนต่างๆ
เมื่อตั้งค่าเครื่องวัดความหนืดแล้ว คุณสามารถเริ่มวัดความหนืดภายใต้ความเค้นเฉือนต่างๆ ได้ มีวิธีดังนี้:
- กำหนดเงื่อนไขเริ่มต้น: ตั้งค่าความเร็วในการหมุนเริ่มต้นของสปินเดิล ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดอัตราเฉือนเริ่มต้นและความเค้นเฉือน เริ่มต้นด้วยความเร็วต่ำแล้วค่อยๆ เพิ่มขึ้นเป็นขั้นๆ
- ทำการวัด: เมื่อสปินเดิลถึงการหมุนในสถานะคงที่แล้ว ให้ทำการวัดความหนืด เครื่องวัดความหนืดส่วนใหญ่จะแสดงค่าความหนืดบนหน้าจอโดยตรง บันทึกค่าความหนืดพร้อมกับความเร็วการหมุนที่สอดคล้องกัน (อัตราแรงเฉือน) และความเค้นเฉือนที่คำนวณได้
- เปลี่ยนความเครียดเฉือน: เพิ่มความเร็วในการหมุนของสปินเดิลเพื่อให้เกิดความเค้นเฉือนที่สูงขึ้น รอให้ระบบเข้าสู่สถานะคงตัวใหม่ก่อนที่จะทำการวัดอีกครั้ง ทำซ้ำขั้นตอนนี้ด้วยความเร็วรอบต่างๆ เพื่อให้ได้ค่าความหนืดในช่วงความเค้นเฉือนที่แตกต่างกัน
การวิเคราะห์ผลลัพธ์
หลังจากทำการวัดแล้วก็ถึงเวลาวิเคราะห์ผลลัพธ์ พล็อตกราฟความหนืดเทียบกับความเค้นเฉือนหรืออัตราเฉือน กราฟนี้เรียกว่ากราฟการไหล สามารถให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับพฤติกรรมของของไหลได้
- ของไหลของนิวตัน: สำหรับของไหลแบบนิวตัน ความหนืดจะคงที่โดยไม่คำนึงถึงความเค้นเฉือน เส้นโค้งการไหลจะเป็นเส้นแนวนอน
- แรงเฉือน - ของเหลวทำให้ผอมบาง: ในกรณีของไหลเฉือน - ทำให้ผอมบาง ความหนืดจะลดลงเมื่อความเค้นเฉือนเพิ่มขึ้น เส้นโค้งการไหลจะแสดงความชันลง
- แรงเฉือน - ของเหลวข้น: ของเหลวที่ทำให้เกิดความหนาขึ้นจะมีความหนืดเพิ่มขึ้นพร้อมกับความเค้นเฉือนที่เพิ่มขึ้น เส้นโค้งการไหลจะมีความชันขึ้น
ด้วยการวิเคราะห์กราฟการไหล คุณสามารถกำหนดประเภทของของไหลและคุณสมบัติการไหลของมันได้ ข้อมูลนี้สามารถใช้เพื่อปรับกระบวนการให้เหมาะสม กำหนดผลิตภัณฑ์ และแก้ไขปัญหาที่เกี่ยวข้องกับโฟลว์
เคล็ดลับและเทคนิค
เคล็ดลับบางประการเพื่อให้แน่ใจว่าการวัดความหนืดแม่นยำและเชื่อถือได้:
- การควบคุมอุณหภูมิ: ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ความหนืดจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่สูง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ควบคุมอุณหภูมิของตัวอย่างตลอดกระบวนการตรวจวัด การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแม้เพียงเล็กน้อยก็อาจส่งผลต่อความหนืดได้อย่างมาก
- ปริมาณตัวอย่าง: ใช้ปริมาตรตัวอย่างที่ถูกต้องตามคำแนะนำของผู้ผลิตเครื่องวัดความหนืด ปริมาตรตัวอย่างที่ไม่เพียงพออาจทำให้การวัดค่าไม่ถูกต้อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากสปินเดิลไม่ได้แช่อยู่ในของเหลวจนสุด
- การทำความสะอาด: หลังจากการวัดแต่ละครั้ง ให้ทำความสะอาดแกนหมุนให้ทั่วเพื่อนำตัวอย่างออก ซึ่งจะช่วยป้องกันการปนเปื้อนข้ามและรับประกันผลลัพธ์ที่แม่นยำสำหรับการตรวจวัดครั้งต่อไป
- การวัดหลายรายการ: ทำการวัดหลายครั้งที่ความเค้นเฉือนแต่ละครั้งเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสม่ำเสมอ คำนวณค่าความหนืดเฉลี่ยเพื่อลดข้อผิดพลาด
บทสรุป
การวัดความหนืดของของเหลวภายใต้แรงเฉือนต่างๆ โดยใช้เครื่องวัดความหนืดเป็นเทคนิคอันทรงคุณค่าในการทำความเข้าใจคุณสมบัติการไหลของของเหลว เมื่อทำตามขั้นตอนที่ระบุไว้ในบล็อกนี้ คุณจะได้รับการวัดความหนืดที่แม่นยำและเชื่อถือได้ และรับข้อมูลเชิงลึกว่าของเหลวจะมีพฤติกรรมอย่างไรในสถานการณ์จริงที่แตกต่างกัน
หากคุณอยู่ในตลาดเครื่องวัดความหนืดหรือต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการวัดความหนืด อย่าลังเลที่จะติดต่อเรา เราพร้อมช่วยคุณค้นหาโซลูชันที่เหมาะสมสำหรับความต้องการเฉพาะของคุณ ไม่ว่าคุณจะเป็นห้องปฏิบัติการขนาดเล็กหรือโรงงานผลิตขนาดใหญ่ เรามีความเชี่ยวชาญและผลิตภัณฑ์เพื่อรองรับข้อกำหนดในการวัดความหนืดของคุณ ติดต่อเราวันนี้เพื่อเริ่มการสนทนาเรื่องการจัดซื้อจัดจ้างและยกระดับการวิเคราะห์ของเหลวของคุณไปอีกระดับ
อ้างอิง
- ASTM D2196 - 18 วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับคุณสมบัติทางรีโอโลยีของวัสดุที่ไม่ใช่นิวตันโดยเครื่องวัดความหนืดแบบหมุน
- Barnes, HA, Hutton, JF และ Walters, K. (1989) ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับรีโอโลยี วิทยาศาสตร์เอลส์เวียร์.