रियोमीटर

एक रियोमीटर (प्रवाहमापी) प्रयोगशाला उपकरण है जिसका उपयोग उस मोड को मापने के लिए किया जाता है जिसमें एक श्यान तरल (एक तरल, निलंबन या घोल) लागू बलों के साथ प्रतिक्रिया करता है। इसका उपयोग उन तरल पदार्थों के लिए किया जाता है जिन्हें श्यानता के एकल मान द्वारा परिभाषित नहीं किया जा सकता है और इसलिए श्यानतामापी की स्थिति की तुलना में अधिक मापदंडों को निर्धारित करने और मापने की आवश्यकता होती है। यह तरल के प्रवाहिकी को मापता है।

दो अलग-अलग प्रकार के रियोमीटर होते हैं। अनुप्रयुक्त अपरूपण प्रतिबल या अपरूपण विकृति को नियंत्रित करने वाले रियोमीटर को घूर्णी या अपरूपण रियोमीटर कहा जाता है, जबकि वे रियोमीटर जो विस्तृत प्रतिबल या विस्तृत विकृति को अनप्रयुक्‍त करते हैं, वे विस्तृत रियोमीटर कहलाते है। घूर्णी या अपरूपण प्रकार के रियोमीटर आमतौर पर या तो एक मूल विकृति-नियंत्रित उपकरण के (उपयोगकर्ता-परिभाषित अपरूपण प्रतिबल को नियंत्रित और लागू करते हैं जो परिणामी अपरूपण प्रतिबल को माप सकते हैं) या एक मूल विकृति-नियंत्रित उपकरण (उपयोगकर्ता-परिभाषित अपरूपण विकृति को नियंत्रण और लागू करते हैं और परिणामी अपरूपण प्रतिबल को माप सकते हैं) के रूप में प्रारुप किये जाते हैं।

अर्थ और उत्पत्ति
रियोमीटर शब्द ग्रीक से आया है, और इसका अर्थ यह है कि यह मुख्य प्रवाह को मापने वाला एक उपकरण है। 19वीं शताब्दी में इसका उपयोग आमतौर पर विद्युत प्रवाह को मापने वाले उपकरणों के लिए किया जाता था, जब तक कि शब्द गैल्वेनोमीटर (बिजली की शक्ति नापने का यंत्र) और एम्मिटर द्वारा प्रतिस्थापित नहीं किया गया था। इसका उपयोग चिकित्सा पद्धति (रक्त के प्रवाह) और सिविल इंजीनियरिंग (पानी के प्रवाह) में तरल पदार्थ के प्रवाह के मापन के लिए भी किया जाता था। यह प्रयोग 20वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में कुछ क्षेत्रों में जारी रहा। अन्य अर्थ अप्रचलित हैं, जैसे प्रवाहिकी शब्द के निर्माण के बाद शब्द प्रवाह की मात्रा के बजाय लक्षण को मापने के लिए उपकरणों पर लागू किया जाने लगा। (प्रमुख स्रोत: ऑक्सफोर्ड इंग्लिश डिक्शनरी) रियोमीटर के सिद्धांत और कार्यप्रणाली का वर्णन कई ग्रंथों में किया गया है।

अपरुपण ज्यामिति
चार मूल अपरूपण तलों को उनकी ज्यामिति के अनुसार परिभाषित किया जा सकता है,
 * कुएट कर्षण प्लेट प्रवाह
 * बेलनाकार प्रवाह
 * प्वाजय एक नलिका में प्रवाहित होता है, और
 * प्लेट-प्लेट प्रवाह

विभिन्न प्रकार के अपरूपण रियोमीटर तब इन ज्यामितीयों के एक संयोजन का उपयोग करते हैं।

एकघात अपरूपण
एकघात अपरूपण रियोमीटर का एक उदाहरण गुडइयर एकघात त्वचा रियोमीटर है, जिसका उपयोग कॉस्मेटिक क्रीम योगों का परीक्षण करने के लिए किया जाता है, और चिकित्सा अनुसंधान उद्देश्यों के लिए ऊतक के लोचदार गुणों की मात्रा निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

यह उपकरण परीक्षण के तहत ऊतक की सतह पर एक रैखिक प्रोब संलग्न करके काम करता है, तथा एक नियंत्रित चक्रीय बल लागू करता है, और परिणामी अपरूपण बल लोड सेल का उपयोग करके मापा जाता है। विस्थापन को एलवीडीटी का उपयोग करके मापा जाता है। इस प्रकार परीक्षण के तहत ऊतक की गतिशील स्प्रिंग दर प्राप्त करने के लिए बुनियादी प्रतिबल-विकृति मापदंडों को अधिकृत कर लिया जाता है और उनका विश्लेषण किया जाता है।

पाइप या केशिका
स्तरीय प्रवाह की स्थितियों के तहत नियत अनुप्रस्थ परिच्छेद और यथार्थ ज्ञात आयामों की एक ट्यूब के माध्यम से तरल पर दबाव डाला जाता है। या तो प्रवाह-दर तय हो जाती है या दूसरा दबाव मात्रा को मापा जाता है। आयामों को जानने के बाद, प्रवाह-दर को अपरूपण दर के मान में परिवर्तित किया जा सकता है तथा दबाव अपरूपण प्रतिबल के मान में गिरावट आ जाती है। दबाव या प्रवाह को बदलने से प्रवाह वक्र निर्धारित किया जा सकता है। जब रियोमेट्रिक लक्षण वर्णन के लिए अपेक्षाकृत कम मात्रा में तरल उपलब्ध होता है, तो एक नियंत्रित प्रवाह दर के लिए दबाव मात्रा को मापने के लिए अंतः स्थापित दबाव संवेदक के साथ एक माइक्रोफ्लुइडिक रियोमीटर का उपयोग किया जा सकता है।

केशिका रियोमीटर चिकित्सकीय प्रोटीन समाधान के लक्षण वर्णन के लिए विशेष रूप से फायदेमंद होते हैं क्योंकि यह सीरिंज होने की क्षमता निर्धारित करता है। इसके अतिरिक्त, रियोमेट्री और समाधान स्थिरता के साथ-साथ ऊष्मागतिक पारस्परिक क्रिया के बीच एक व्युत्क्रम संबंध है।



गतिशील अपरूपण रियोमीटर
एक गतिशील अपरूपण रियोमीटर, जिसे आमतौर पर डीएसआर के रूप में जाना जाता है, उसका उपयोग अनुसंधान और विकास के साथ-साथ सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला के निर्माण में गुणवत्ता नियंत्रण के लिए किया जाता है। गतिशील अपरूपण रियोमीटर का उपयोग 1993 से किया जा रहा है, जब सुपरपाव का उपयोग पिघले हुए और ठोस अवस्था दोनों में एस्फाल्ट बाइंडर्स के उच्च तापमान प्रवाहिकीय गुणों को पहचानने और समझने के लिए किया गया था और रसायन विज्ञान बनाने और इन सामग्रियों के अंतिम-उपयोग प्रदर्शन की भविष्यवाणी करने के लिए बुनियादी है।

घूर्णी सिलेंडर
तरल को एक सिलेंडर के वलयिका में दूसरे के अंदर रखा जाता है। सिलेंडरों में से एक को निर्धारित गति से घुमाया जाता है। यह वलयिका के अंदर अपरूपण दर निर्धारित करता है। तरल दूसरे सिलेंडर को गोलाकार खींचने की कोशिश करता है, और उस सिलेंडर (आघूर्ण बल) पर लगने वाले बल को मापाता है, जिसे अपरूपण प्रतिबल में परिवर्तित किया जा सकता है। इसका एक संस्करण फैन वी-जी श्यानतामापी है, जो दो गति (300 और 600 आरपीएम) पर चलता है और इसलिए प्रवाह वक्र पर केवल दो अंक देता है। यह एक बिंघम प्लास्टिक प्रारूप को परिभाषित करने के लिए पर्याप्त है जो कभी तेल उद्योग में प्रवेधक तरल पदार्थ के प्रवाह लक्षण को निर्धारित करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था। हाल ही के वर्षों में 600, 300, 200, 100, 6 और 3 आरपीएम पर घुमने वाले रियोमीटर अधिक सामान्य हो गए हैं। यह हर्शल-बल्कली जैसे अधिक जटिल तरल पदार्थ प्रारूपो का उपयोग करने की अनुमति देता है। कुछ प्रारूप क्रमादेशित बनावट में गति को लगातार बढ़ाने और घटाने की अनुमति देते हैं, जो समय-निर्भर गुणों की माप की अनुमति देता है।

शंकु और प्लेट
तरल को क्षैतिज प्लेट पर रखा गया है और इसमें एक उथला शंकु रखा गया है। शंकु की सतह और प्लेट के बीच का कोण लगभग 1-2 डिग्री है, लेकिन परीक्षण के प्रकार के आधार पर भिन्न हो सकता है। आमतौर पर प्लेट को घुमाया जाता है और शंकु पर आघूर्ण बल को मापा जाता है। इस उपकरण का एक प्रसिद्ध संस्करण वीसेनबर्ग रियोगोनियोमीटर है, जिसमें शंकु की गति को धातु के एक पतले टुकड़े द्वारा प्रतिरोधित किया जाता है, जो घुमावदार छड़ है - जिसे बलाघूर्ण छड़ के रूप में जाना जाता है। बलाघूर्ण छड़ की ज्ञात प्रतिक्रिया और घुमावदार छड़ की डिग्री अपरूपण प्रतिबल देती है, जबकि घूर्णी गति और शंकु आयाम अपरूपण दर देते हैं। सैद्धांतिक रूप में वीसेनबर्ग रियोगोनियोमीटर मापन की एक पूर्ण विधि है जो इसे सटीक रूप से स्थापित करती है। इस सिद्धांत पर काम करने वाले अन्य उपकरणों का उपयोग करना आसान हो सकता है लेकिन एक ज्ञात तरल के साथ अंशांकन की आवश्यकता होती है। प्रत्यास्थ गुणधर्म को मापने के लिए ,संयुक्त घूर्णी और दोलन मोड में शंकु और प्लेट रियोमीटर को दोलन मोड में भी संचालित किया जा सकता है।

अपरूपण रियोमीटर की बुनियादी अवधारणाएं
अतीत में, नियंत्रित विकृति या विकृति दर (सीआर रियोमीटर) वाले उपकरणों को मापने के सिद्धांत के आधार पर नियंत्रित प्रतिबल (सीएस रियोमीटर ) वाले रियोमीटर से अलग किया गया था।

एक नियंत्रित विकृति (सीआर) रियोमीटर में, प्रतिरूप डीसी मोटर का उपयोग करके विस्थापन या गति (विकृति या विकृति दर) के अधीन होता है, और परिणामी आघूर्ण बल (प्रतिबल) को एक अतिरिक्त आघूर्ण बल संवेदक (आघूर्ण बल प्रतिकरण ट्रांसड्यूसर) का उपयोग करके अलग से मापा जाता है। मोटर के विस्थापन या गति को उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाने वाले विद्युत प्रवाह का उपयोग प्रतिरूप में कार्यरत आघूर्ण बल के माप के रूप में नहीं किया जाता है। संचालन के इस मोड को अलग मोटर ट्रांसड्यूसर मोड (एसएमटी) के रूप में भी जाना जाता है।


 * विचलन कोण/विकृति और अपरूपण दर को निचले हिस्से में प्रकाशीय कोडक की स्थिति नियंत्रण के आधार पर मोटर द्वारा निर्धारित किया जाता है।
 * प्रतिरूप प्रतिक्रिया (प्रतिरूप के भीतर कार्यरत प्रतिबल) को अतिरिक्त बल-तर्क ट्रांसड्यूसर (आघूर्ण बल पुनर्संतुलित ट्रांसड्यूसर) द्वारा मापा जाता है।
 * ड्राइव और आघूर्ण बल माप के पृथक्करण से विकृति-नियंत्रित परीक्षणों में लाभ होता है, क्योंकि मोटर की जड़ता के क्षण का मापित आघूर्ण बल पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।


 * एसएमटी मोड की सीमाएं प्रतिबल-नियंत्रित मापों (उदा. क्रीप परीक्षण) में पाई जा सकती हैं

एक नियंत्रित-प्रतिबल (सीएस) रियोमीटर में, प्रतिरूप में कार्यरत आघूर्ण बल को मोटर में उत्पन्न विद्युत आघूर्ण बल से सीधे निर्धारित किया जाता है। इस तरह के प्रारूप के साथ, अलग से आघूर्ण बल संवेदक की जरूरत नहीं होती है। आमतौर पर, संचालन के इस मोड को संयुक्त मोटर-ट्रांसड्यूसर मोड (सीएमटी) के रूप में वर्णित किया जाता है।


 * प्रतिरूप में कार्यरत प्रतिबल सीधे मोटर में उत्पन्न आघूर्ण बल से निर्धारित होता है, जिसे प्रतिरूप को विकृत करने की आवश्यकता होती है।
 * विक्षेपण कोण / विकृति और अपरूपण दर एक प्रकाशीय कोडक के उपयोग से निर्धारित होती है।
 * ऐकल-मोटर रियोमीटर या तो तनाव/अपरूपण दर या अपरूपण प्रतिबल-नियंत्रित परीक्षणों में प्रतिरूप के लक्षण वर्णन की अनुमति देते हैं
 * चूंकि केवल एक कर्ता (मोटर) की आवश्यकता होती है, इसलिए एकल-मोटर रियोमीटर को अतिरिक्त अनुप्रयोग-विशिष्ट सहायक उपकरण के साथ आसानी से जोड़ा जा सकता है जो विभिन्न अनुप्रयोगों में भौतिक गुणों के अध्ययन को सक्षम बनाता है।
 * प्रवर्तन अपरूपण परीक्षणों के अस्थायी व्यवस्था में कम सटीक डेटा मूल्यांकन की सीमाएँ हो सकती हैं।

आजकल, उपकरण अवधारणाएं हैं कि एक उपकरण में दो मोटरों का उपयोग करके दोनों कार्य मोड, संयुक्त मोटर ट्रांसड्यूसर मोड और अलग मोटर ट्रांसड्यूसर मोड की अनुमति देती हैं। केवल एक मोटर का उपयोग संयुक्त मोटर ट्रांसड्यूसर मोड में किए जाने वाले माप को सक्षम बनाता है। दोनों मोटरों का उपयोग अलग-अलग मोटर ट्रांसड्यूसर मोड में काम करने की अनुमति देता है, जहां एक मोटर का उपयोग प्रतिरूप को विकृत करने के लिए किया जाता है जबकि दूसरी मोटर का उपयोग प्रतिरूप में कार्यरत आघूर्ण बल को अभिलेख करने के लिए किया जाता है। इसके अलावा, यह अवधारणा संचालन के अतिरिक्त तरीकों की अनुमति देती है, जैसे कि प्रतिघूर्णी मोड, जहां दोनों मोटर्स विपरीत दिशाओं में घूम सकते हैं या दोलन कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, अधिकतम प्राप्त करने योग्य अपरूपण दर सीमा बढ़ाने के लिए या प्रतिरूपों के उन्नत रियोप्टिकल लक्षण वर्णन के लिए, संचालन के इस मोड का उपयोग किया जाता है।

विस्तृत रियोमीटर के प्रकार
एक सजातीय विस्तारित प्रवाह उत्पन्न करने से जुड़ी चुनौतियों के कारण, विस्तारित रियोमीटर का विकास अपरूपण रियोमीटर की तुलना में अधिक धीरे-धीरे आगे बढ़ा है। सबसे पहले, परीक्षण तरल पदार्थ की पारस्परिक क्रिया या ठोस अंतरापृष्ठ के साथ पिघलने के परिणामस्वरूप अपरूपण प्रवाह का एक घटक होगा, जो परिणामों से समझौता करेगा। दूसरे, सभी भौतिक तत्वों के विकृति इतिहास को नियंत्रित और ज्ञात किया जाना चाहिए। तीसरा, विकृति दर और विकृति का स्तर इतना अधिक होना चाहिए कि बहुलक श्रृंखलाओं को उनके सामान्य दायरे से परे फैलाया जा सके, जिसके लिए विरूपण दर की एक बड़ी परास और एक बड़ी यात्रा दूरी के साथ यंत्रीकरण की आवश्यकता होती है।

व्यावसायिक रूप से उपलब्ध विस्तृत रियोमीटर को श्यानता परास में उनकी प्रयोज्यता के अनुसार अलग किया गया है। श्यानता परास सामग्री लगभग 0.01 से 1 पीएस तक होती है। (अधिकांश बहुलक समाधान) केशिका विखंडन रियोमीटर, विपरीत जेट उपकरणों, या संकुचन प्रवाह प्रणालियों के साथ सबसे अच्छी तरह से पहचाने जाते हैं। श्यानता परास सामग्री लगभग 1 से 1000 पीएस तक होती है। तंतु तनन रियोमीटर में उपयोग किया जाता है। उच्च श्यानता परास सामग्री> 1000 पीएस, वाले बहुलक पिघला देती है, तथा यह निरंतर-लंबाई वाले उपकरणों द्वारा सबसे अच्छी विशेषता होती है।

विस्तारित रियोमेट्री आमतौर पर उन सामग्रियों पर प्रदर्शित किया जाता है जो तन्य विरूपण के अधीन होते हैं। प्रसंस्करण के दौरान अंतःक्षेपी संचन, फाइबर प्रचक्रण, बहिर्वेशन, ब्लो-संचन और कोटिंग प्रवाह ,इस प्रकार की विकृति हो सकती है, जैसे अंतःक्षेपी संचन, फाइबर प्रचक्रण, बहिर्वेशन, ब्लो-संचन और कोटिंग प्रवाह। यह उपयोग के दौरान भी हो सकता है, जैसे कि चिपकने वाले पदार्थों का सड़ना, हाथ साबुन को पंप करना और तरल खाद्य उत्पादों को संभालना।

वर्तमान और पूर्व में बाजार में उपलब्ध व्यावसायिक रूप से उपलब्ध विस्तृत रियोमीटर की सूची नीचे दी गई तालिका में दिखाई गई है।

रियोटेन्स
रियोटेन्स एक फाइबर प्रचक्रण रियोमीटर है, जो बहुलक पिघलने के लिए उपयुक्त है। सामग्री को ऊर्ध्व प्रवाह नालिका से पंप किया जाता है, और पहियों का एक जोड़ा किनारे को बढ़ाता है। एक पहियों पर लगाया गया बल ट्रांसड्यूसर परिणामी विस्तारक बल को मापता है। पूर्व अपरूपण प्रेरित होने के कारण तरल को ऊर्ध्व प्रवाह नालिका के माध्यम से ले जाया जाता है, तथा तब एक वास्तविक विस्तारक श्यानता प्राप्त करना मुश्किल होता है। हालांकि, सामग्री के समरूप सेट के विस्तार प्रवाह गुणों की तुलना करने के लिए रियोटेंस उपयोगी है।

कैबर
कैबर एक केशिका संबंध विच्छेद रियोमीटर है। प्लेटों के बीच सामग्री की एक छोटी मात्रा रखी जाती है, जो तनाव के एक निश्चित स्तर तक तेजी से खिंच जाती है। मध्यबिंदु व्यास की निगरानी समय के एक फलन के रूप में की जाती है क्योंकि तरल तंतु ग्रीवा और सतह के तनाव, गुरुत्वाकर्षण और श्यानप्रत्यास्थता के संयुक्त बलों के तहत विभाजित हो जाता है। विस्तृत श्यानता को विकृति और विकृति दर के एक फलन के रूप में डेटा से निकाला जा सकता है। यह प्रणाली कम श्यान तरल पदार्थ, स्याही, पेंट, चिपकने वाले और जैविक तरल पदार्थ के लिए उपयोगी है।

फिशर
फिशर (तंतु तनन विस्तृत रियोमीटर) श्रीधर एट अल और अन्ना एट अल के कार्यों पर आधारित है। और अन्ना एट अल। इस उपकरण में, रैखिक मोटर्स का एक सेट समय और स्थिति के कार्य के रूप में बल और व्यास को मापने के दौरान तेजी से बढ़ते वेग पर एक तरल तंतु को अलग करता है। एक घातीय रूप से बढ़ती दर पर विकृत करके, (एंडप्लेट प्रवाह सीमाओं को छोड़कर) प्रतिरूप में एक निरंतर विकृति दर प्राप्त की जा सकती है। यह प्रणाली विकृति-निर्भर विस्तारित श्यानता की निगरानी कर सकती है, साथ ही प्रवाह समाप्ति के बाद प्रतिबल क्षय भी कर सकती है। तंतु तनन रिओमेट्री के विभिन्न उपयोगों पर एक विस्तृत प्रस्तुति एमआईटी वेब साइट पर पाई जा सकती है।

सेंटमैनैट
सेंटमैनैट विस्तृत रियोमीटर (एसईआर) वास्तव में एक स्थिरता है जिसे अपरूपण रियोमीटर पर स्थापित किया जा सकता है। बहुलक की एक फिल्म दो घूर्णन ड्रमों पर लपेटी जाती है, जो बहुलक फिल्म पर निरंतर या परिवर्ती विकृति दर के विस्तार संबंधी विरूपण को लागू करती है। प्रतिबल ड्रमों द्वारा लगाए गए आघूर्ण बल से निर्धारित होता है।

ध्वनिक रियोमीटर
ध्वनिक रियोमीटर एक दाब विद्युत् क्रिस्टल को नियोजित करते हैं जो तरल में विस्तार और संकुचन की एक क्रमिक लहर को आसानी से प्रक्षेपित कर सकते है। यह गैर-संपर्क विधि एक दोलनशील विस्तारात्मक प्रतिबल लागू करती है। ध्वनिक रियोमीटर मेगाहर्ट्ज़ रेंज में आवृत्तियों के एक सेट के लिए ध्वनि की गति और पराध्वनिक के क्षीणन को मापते हैं। ध्वनि की गति प्रणाली प्रत्यास्थता का एक मापक है। इसे तरल संपीड्यता में परिवर्तित किया जा सकता है। श्यानता श्यान गुणों का एक मापक है। इसे श्यान अनुदैर्ध्य मापांक में परिवर्तित हो सकता है। न्यूटोनियन तरल की स्थिति में, क्षीणन मात्रा की श्यानता के बारे में जानकारी देता है। इस प्रकार के रियोमीटर दूसरों की तुलना में बहुत अधिक आवृत्तियों पर काम करते हैं। यह किसी भी अन्य रियोमीटर की तुलना में बहुत कम शिथिलन काल वाले प्रभावों का अध्ययन करने के लिए उपयुक्त है।

गिरती पट्‍टिका
तन्तु तनन रियोमीटर का एक सरल संस्करण, दो ठोस सतहों के बीच गिरती पट्‍टिका रियोमीटर सैंडविच तरल होता है। शीर्ष प्लेट तय है, और नीचे की प्लेट गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में गिरती है, और तरल की एक स्ट्रिंग खींचती है।

केशिका/संकुचन प्रवाह
अन्य प्रणालियों में तरल एक छिद्र के माध्यम से जा रहा है, तथा एक केशिका से विस्तार कर रहा है, या एक सतह से नीर्वात द्वारा एक स्तंभ में सोखा जा रहा है। तरल भोजन के थर्मल उपचार के प्रारूप के लिए एक दबावयुक्त केशिका रियोमीटर का उपयोग किया जा सकता है। यह उपकरण तरल पदार्थ के अधिक और कम प्रसंस्करण को रोकने में मदद कर सकता है क्योंकि उच्च तापमान के लिए बहिर्वेशन आवश्यक नहीं होगा।

यह भी देखें

 * ध्वनिक रियोमीटर
 * गतिशील अपरूपण रियोमीटर
 * खाद्य प्रवाहिकी
 * दाबमापी
 * रियोमेट्री

संदर्भ

 * K. Walters (1975) Rheometry (Chapman & Hall) ISBN 0-412-12090-9
 * A.S.Dukhin and P.J.Goetz "Ultrasound for characterizing colloids", Elsevier, (2002)

बाहरी संबंध

 * See Dynamic Shear Rheometer by Cooper Research Technology
 * Presentation on alternative uses of rheometers