无溶剂便携式粘度计对准确运动粘度测量

本文讨论了如何使用手持,无溶剂SpectroVisc Q3000系列立即在现场提供准确的运动粘度测量,即使比传统实验室粘度计。使用新的无溶剂技术,SpectroVisc Q3000系列提供运动粘度测量与校准的必要性,密度验证,和温度测量。

本文首先描述的设计SpectroVisc Q3000系列然后解释了设计执行比传统实验室粘度计。

传统的粘度计理论和设计

现有粘度测定方法很大程度上依赖于使用毛细管,锥板,同心圆筒粘度计。这些工具主要是局限于实验室设置和障碍有关的可移植性。虽然困难和漫长的校准程序,清洁,和温度控制的缺点是毛细管粘度计、旋转部件和美味阻碍旋转粘度计。

虽然灵敏度高粘度计已经开发了基于微分或光散射技术,这些仪器价格昂贵,而且aboratory基础。

一些商业设备也已经被开发出来,以满足便携式粘度测量的要求,特别是在确定临界流体的状态是很重要的。这样的粘度计包括努力使小型化微分和旋转粘度计。尽管这些工具减少样品体积,一些组件保持复杂和昂贵的,挑战他们的广泛应用。

目前已经开发出了其他工具和技术基于MEMS技术,包括声波测量膜振荡频率测量、剪切谐振器,压电驱动悬臂。尽管需要减少样本数量,这些仪器缺乏温度控制和在本质上是不运动的,所以他们可能不提供类似的结果。

SpectroVisc Q3000系列粘度计的理论和设计

的SpectroVisc Q3000系列粘度计设计特性上样品加载好,温度控制电子和微通道测量液体在一个恒定的温度40°C。目前,两个模型是可用的:Q3000粘度测量范围为10 - 350 cSt和Q3050粘度计1 - 700 cSt的范围。

的SpectroVisc Q3050粘度计也措施油粘度在100°C从40°C测量流体的粘度指数的输入。

设备的操作很简单。后加载~ 60µl石油上的芯片,通过微通道流过的流体样品引力,样例的发展速度在哪里检测到发射器和红外探测器的组合范围。这个仪器不需要用户校准、密度分析,或温度测量。

这个粘度计是Hele-Shaw细胞,斯托克斯流之间存在两个平行板。板之间的距离必然是相对于小板的高度和宽度。所示的原理图在图1中,只有两个平行板的存在导致微射流装置是无界的,这意味着双方流体暴露在空气中。

图1所示。微流体的运动粘度计——示意图

清洁的无界的微通道是有益的。用户可以清洁仪器通过简单擦拭后的微通道表面分离两个平行板。光学检测技术,发光二极管放置在微通道的一侧和各自的光敏二极管另一方面并不妨碍了一面墙壁,也是有利的。

虽然侧墙的缺失可能会导致溢出的微通道,表面张力形成一个空气和油之间的凹半月板,如图2所示。一个亲油的材料需要有积极的压力,形成这种凹半月板。

图2。凹半月板——顶视图

层流条件由小板确保流之间的差距可以建模为现有的只在垂直方向。在稳定状态下,粘性和引力平衡在层流条件下,这样你在哪里速度,µ是动态粘度,g是重力加速度,流体密度ρ。

,可以确定流体的运动粘度使用平均速度,U是平均速度,d通道深度,和g的重力加速度。

这里dx2项是被忽视的,因为连续微通道的几何和流体运动是由于重力。一维方程是无效的烟囱附近地区由于瞬态粘滞力平衡重力的影响。然而,这些影响是充分避免通过将光学微通道。

成功地操作设备Hele-Shaw细胞取决于微通道是足够大的长宽比。然而,静水因素必须考虑,因为无限的设计。如果石油的静水压力大于表面张力引起的反对压力,液体将通过无限国溢出。

最大化的表面张力、铝材料作为微通道,因为它可以很容易地加工和创建一个小接触角与油被调查。

例如,铝表面之间的接触角和机油大约是2.73度,机油表面张力是31 mN / m。的表面的表面张力引起的压力值是R1半月板半径(微通道深度的一半;50µm)和R2是无限的(板宽度相对而言是非常大的)。

原因620 Pa是最大静水压力,可以由表面张力当两个相距100微米或100µm铝盘子。因此,微通道的最大长度是基于前面的计算,以及各种油之间的表面张力和接触角。在Q3000系列,使用的微通道长度是42毫米。

图3和图4显示了两个铝盘由一个超精密加工系统,以及它们如何连接到一个铰链,允许容易打开和关闭。

图3。铝盘与铰链

图4。发光二极管和光电二极管的位置

之间的流体通过一个光电二极管和一个光电二极管电压下降原因。使用的时间点,这些电压下降,石油的平均速度计算光电二极管1和2之间的运行时间以及光电二极管2和3。

然后,应用平均速度方程2中确定的运动粘度测量样本。两个电阻温度探测器(高压)嵌入到铝盘允许自定义设计proportional-integral-derivative控制器(PID)耦合到一个加热元件有效温度维持在40°C。

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