1. Installation:
* Två koncentriska cylindrar: Den inre cylindern är suspenderad i den yttre cylindern, med ett litet gap mellan dem fyllda med vätskan som testas.
* Motor och vridmomentsensor: Den inre cylindern är ansluten till en motor som roterar den med en kontrollerad hastighet. En vridmomentsensor mäter kraften som krävs för att bibehålla denna rotation.
2. Driftsprincip:
* Fluid Flow: När den inre cylindern roterar drar den vätskan i gapet tillsammans med den. Detta skapar en hastighetsgradient över gapet, vilket resulterar i skjuvspänning.
* skjuvspänning och skjuvhastighet: Skjuvspänningen (τ) är proportionell mot vridmomentet (T) som appliceras på den inre cylindern och omvänt proportionell mot cylinderns radie (R) och höjd (H):
* τ =(2t) / (πr²h)
* Newtonian Fluids: För Newtonian -vätskor är skjuvspänningen direkt proportionell mot skjuvhastigheten (γ̇). Detta förhållande definieras av vätskans viskositet (μ):
* τ =μγ̇
* icke-Newtoniska vätskor: För icke-Newtonska vätskor är detta förhållande mer komplex och kan representeras av en flödeskurva, som plottar skjuvspänning mot skjuvhastighet.
3. Mätskjuvningshastighet:
* vinkelhastighet: Motorns hastighet används för att beräkna den inre cylinderns vinkelhastighet (ω).
* skjuvhastighetsberäkning: Skjuvhastigheten (γ̇) beräknas baserat på vinkelhastigheten och gapbredden (d) mellan cylindrarna:
* γ̇ =(ωr) / D
* Flödekurva: Genom att variera motorhastigheten och registrera motsvarande vridmoment kan ett antal skjuvhastigheter och skjuvspänningar erhållas, vilket möjliggör skapandet av en flödeskurva för vätskan.
4. Fördelar med koncentrisk cylinderviscometers:
* brett skjuvhastighetsintervall: Kan mäta skjuvningshastigheter över ett brett intervall, från låg till hög.
* exakta mätningar: Ger relativt exakta mätningar av viskositet.
* mångsidig: Kan användas för en mängd olika vätsketyper, inklusive Newtonian och icke-Newtonian-vätskor.
* Temperaturkontroll: Möjliggör kontrollerade temperaturmätningar.
5. Begränsningar:
* sluteffekter: Flödet nära ändarna på cylindrarna kan påverka mätningarna, särskilt vid låga skjuvhastigheter.
* Fluidegenskaper: Mätningens noggrannhet beror på vätskans reologiska egenskaper (t.ex. viskositet, tixotropi och utbytesspänning).
* Rengöring: Grundlig rengöring är avgörande mellan mätningar för att undvika föroreningar.
Sammanfattningsvis fungerar en koncentrisk cylinderviscometer genom att rotera en inre cylinder och mäta det resulterande vridmomentet. Detta vridmoment, tillsammans med cylinderdimensionerna och rotationshastigheten, används för att beräkna skjuvhastigheten och bestämma vätskans viskositet eller flödesbeteende.
