Rheonics Type-SR-sensoren zijn inline-instrumenten om de realtime viscositeit en dichtheid van een vloeistof te meten, evenals de temperatuur en afgeleiden van deze waarden. Rheonics biedt de SRV-procesviscositeitsmeter om de viscositeit te meten en de inline dichtheidsmeter SRD voor dichtheids- en viscositeitswaarden van een vloeistof. Beide sensorsondes zijn compact, lichtgewicht en hermetisch afgesloten, waardoor ze geschikt zijn voor alle industriële processen waarbij vloeistoffen betrokken zijn.

Zowel SRV- als SRD-sensoren zijn gebaseerd op gebalanceerde torsieresonatortechnologie (BTR). Beide sensoren meten en voeren metingen uit van de viscositeit van de vloeistof waarmee ze in contact komen. Voor Newtoniaanse vloeistoffen krijgt u dezelfde viscositeit, ongeacht het gebruikte instrument. Voor niet-Newtoniaanse vloeistoffen is dat echter niet het geval en verschillende instrumenten meten verschillende viscositeitswaarden – dit is vaak niet te wijten aan de onnauwkeurigheid van het instrument zelf, maar aan de afschuifafhankelijkheid van de viscositeit en het feit dat verschillende instrumenten metingen uitvoeren op verschillende niveaus. afschuifsnelheden.

Vanwege deze afschuifafhankelijkheid van de viscositeit voor niet-Newtoniaanse vloeistoffen, en om enige vergelijking tussen verschillende viscometers mogelijk te maken (vaak tussen procesviscometers zoals SRV en laboratoriuminstrumenten zoals rotatieviscositeitsmeter of reometer), is het gewenst om de effectieve afschuifsnelheid te begrijpen waarbij SRV of SRD voert de metingen uit. Onderstaande analyse vermeldt SRV, maar geldt eveneens voor de SRD.

Het sensorelement van de SRV-sensor bestaat uit een staaf en een massa die aan het uiteinde is bevestigd. Deze staaf en de punt zijn cirkelvormig en cilindrisch. Het andere uiteinde is verbonden met het lichaam dat de transducers bevat voor excitatie en detectie.

De sensor trilt in torsie, torsieresonatoren zijn stabieler en beter geïsoleerd van hun mechanische omgeving. Torsieresonatoren die cilindrisch zijn, trillen parallel aan hun eigen oppervlakken. Ze worden beïnvloed door schuifkrachten en zijn daarom vooral gevoelig voor dissipatieve krachten (viskeuze demping) en niet voor massabelastingseffecten (ook wel traagheidsdemping genoemd).

De viscositeit van een niet-Newtonse vloeistof kan veranderen afhankelijk van de afschuifsnelheid waaraan deze wordt blootgesteld. Dit betekent dat een enkele viscositeitswaarde niet kan worden geassocieerd met dit soort vloeistoffen onder alle toestanden (bijvoorbeeld statisch, stromend met verschillende snelheden). 

Met laboratoriumviscometers kunnen gebruikers vaak de afschuifsnelheid of rotatiesnelheid wijzigen waarbij de viscositeit wordt gemeten. Rheonics SRV en SRD hebben een afschuifsnelheid die doorgaans veel hoger is dan die voor laboratoriuminstrumenten en gebruikers kunnen deze niet wijzigen.

Het is mogelijk om een ​​kwalitatief idee te krijgen over het verwachte schuifbereik voor de SRV-viscositeitssensoren en berekeningen worden in dit artikel getoond. Dit helpt bij het kwalificeren (en tot op zekere hoogte kwantificeren) van omstandigheden waarbij de viscositeit wordt gemeten en bij het correleren van metingen met andere instrumenten.

De werkelijke correlaties tussen afschuiving van Type-SR-viscositeitsmetingen en andere laboratoriuminstrumenten zijn echter grotendeels empirisch en voldoen mogelijk niet aan de kwalitatieve schatting. De geschatte afschuifsnelheid komt mogelijk niet exact overeen met de viscositeitswaarde van een reometer. Denk daar eens over na Rheonics sensoren zijn meer procescontroleapparaten dan alleen een viscositeitssensor, met de nadruk op extreem hoge herhaalbaarheid en reproduceerbaarheid van metingen met een ongeëvenaarde resolutie (vaak 10-100x hoger dan laboratoriuminstrumenten).

Er zijn twee parameters die het belangrijkst zijn voor de schatting van de afschuiving, namelijk de snelheidsamplitude en de grenslaagdikte. Het is noodzakelijk om de volgende parameters te berekenen.
De schuifspanning wordt gegeven door:

Vergelijking 1: schuifspanning.

Voor een Newtoniaanse vloeistof is η een materiaalconstante die kenmerkend is voor de vloeistof, ∂v/∂x is de afschuifsnelheid in de vloeistof. Door de Navier-Stokes-vergelijkingen toe te passen en op te lossen onder periodieke, uniaxiale omstandigheden, is de oplossing voor de snelheidsamplitude:

Vergelijking 2: Snelheidsamplitude

Voor een Newtoniaanse vloeistof is η een materiaalconstante die kenmerkend is voor de vloeistof, ∂v/∂x is de afschuifsnelheid in de vloeistof. Door de Navier-Stokes-vergelijkingen toe te passen en op te lossen onder periodieke, uniaxiale omstandigheden, is de oplossing voor de snelheidsamplitude:

• x: afstand tot de sensorwand
• V: snelheidsamplitude op het sensoroppervlak, R is de straal van de punt
• δ: is de dikte van de grenslaag
• i: is de wortel van -1

De dikte van de grenslaag kan worden gevonden met de vergelijking:

Vergelijking 2: Dikte van de grenslaag

• η: dynamische viscositeit
• ω: hoekfrequentie
• ρ: vloeistofdichtheid

Door dat te overwegen op x=2δ de snelheid daalt tot 13% van de waarde op het sensoroppervlak. De afschuifsnelheid γ=∂v(0)/∂x aan het oppervlak van de sensor (x=0) volgt:

Vergelijking 4: Afschuifsnelheid

Waarbij de snelheidsamplitude V(R) (5) wordt gegeven door:

 Vergelijking 5: Snelheidsamplitude

• R: Afstand van trillingsas tot sensoroppervlak
• φ: Hoektrillingsamplitude.

De punt van de SRV voert een sinusoïdale rotatietrilling uit φ om zijn symmetrieas.

 Vergelijking 5: Sinusoïdale rotatietrilling

Voor de SRV is de snelheid V(R) ongeveer 50 mm/s en is de frequentie 7500 Hz → ω=2π x 7500

De parameter V(R) is onafhankelijk van de viscositeit, maar van de grenslaagdikte van de vloeistof δ neemt toe. De volgende grafiek toont het gedrag van de afschuifsnelheid versus viscositeit en toont de variatie van de afschuifsnelheid met zowel de viscositeit als de dichtheid van de onderzochte vloeistof.