विस्कोमीटर

एक श्यानतामापी (जिसे श्यानतामापी भी कहा जाता है) एक उपकरण है जिसका उपयोग द्रव की श्यानता को मापने के लिए किया जाता है। श्यानता वाले तरल पदार्थों के लिए जो प्रवाह स्थितियों के साथ भिन्न होते हैं, एक उपकरण जिसे रियोमीटर कहा जाता है, का उपयोग किया जाता है। इस प्रकार, एक रियोमीटर को एक विशेष प्रकार का श्यानतामापी माना जा सकता है। विस्कोमीटर केवल निरंतर श्यानता को माप सकता है अर्थात श्यानता जो प्रवाह की स्थिति के साथ नहीं बदलती है।

सामान्यतः या तो द्रव स्थिर रहता है और कोई वस्तु इसके माध्यम से गति करती है या वस्तु स्थिर होती है और द्रव इसके आगे बढ़ता है। द्रव और एक सतह की सापेक्ष गति के कारण होने वाला ड्रैग (भौतिकी) श्यानता का एक उपाय है। लामिनार प्रवाह होने के लिए प्रवाह की स्थिति में रेनॉल्ड्स संख्या का पर्याप्त छोटा मान होना चाहिए।

20 डिग्री सेल्सियस पर पानी की गतिशील श्यानता (कीनेमेटिक श्यानता × घनत्व) 1.0038 mPa·s है और इसकी गतिज श्यानता (प्रवाह समय × कारक का गुणनफल) 1.0022 mm2/s है। इन मानों का उपयोग कुछ प्रकार के विस्कोमीटरों के अंशांकन के लिए किया जाता है।

तरल पदार्थों के लिए मानक प्रयोगशाला viscometers

ओस्टवाल्ड विस्कोमीटर एक ज्ञात घनत्व के साथ द्रव की श्यानता को मापता है।

यू-ट्यूब विस्कोमीटर

इन उपकरणों को ग्लास केशिका विस्कोमीटर या ओस्टवाल्ड विस्कोमीटर के रूप में भी जाना जाता है, जिसका नाम विल्हेम ओस्टवाल्ड के नाम पर रखा गया है। एक अन्य संस्करण Ubbelohde viscometer है, जिसमें एक यू-आकार का ग्लास ट्यूब होता है जो एक नियंत्रित तापमान स्नान में लंबवत होता है। यू के एक हाथ में सटीक संकीर्ण बोर (केशिका) का एक ऊर्ध्वाधर खंड है। ऊपर एक बल्ब है, इसके साथ दूसरी भुजा पर नीचे एक और बल्ब है। उपयोग में, सक्शन द्वारा ऊपरी बल्ब में तरल खींचा जाता है, फिर केशिका के माध्यम से निचले बल्ब में प्रवाहित होने दिया जाता है। दो निशान (एक ऊपर और एक ऊपरी बल्ब के नीचे) एक ज्ञात मात्रा का संकेत देते हैं। इन निशानों के बीच तरल के स्तर को पार करने में लगने वाला समय कीनेमेटिक श्यानता के समानुपाती होता है। अंशांकन ज्ञात गुणों के द्रव का उपयोग करके किया जा सकता है। अधिकांश व्यावसायिक इकाइयों को रूपांतरण कारक प्रदान किया जाता है।

दो चिह्नित बिंदुओं के बीच एक निश्चित कारक के ज्ञात व्यास के केशिका के माध्यम से परीक्षण तरल के प्रवाह के लिए आवश्यक समय मापा जाता है। श्यानतामापी के गुणक द्वारा लिए गए समय को गुणा करके गतिज श्यानता प्राप्त की जाती है।

ऐसे viscometers को डायरेक्ट-फ्लो या रिवर्स-फ्लो के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। रिवर्स-फ्लो विस्कोमीटर में चिह्नों के ऊपर जलाशय होता है, और प्रत्यक्ष-प्रवाह वे होते हैं जिनमें चिह्नों के नीचे जलाशय होता है। इस तरह के वर्गीकरण मौजूद हैं ताकि अपारदर्शी या धुंधला तरल पदार्थों को मापने पर भी स्तर निर्धारित किया जा सके, अन्यथा तरल चिह्नों को कवर करेगा और उस समय को मापना असंभव बना देगा जब स्तर निशान से गुजरता है। यह विस्कोमीटर को अनुमति देने के लिए अंकों के 1 से अधिक सेट की भी अनुमति देता है for an immediate timing of the time it takes to reach the 3rd mark, इसलिए सटीक परिणाम सुनिश्चित करने के लिए 2 समय की उपज और निर्धारणीयता की बाद की गणना की अनुमति देता है। एक बार में एक विस्कोमीटर में दो टाइमिंग का उपयोग केवल तभी संभव है जब मापे जा रहे नमूने में न्यूटोनियन द्रव हो। अन्यथा ड्राइविंग हेड में बदलाव, जो बदले में कतरनी दर को बदलता है, दो बल्बों के लिए एक अलग श्यानता पैदा करेगा।

फॉलिंग-स्फेयर विस्कोमीटर

एक गोले से रेंगता हुआ प्रवाह

स्टोक्स का नियम गिरते-गोले विस्कोमीटर का आधार है, जिसमें द्रव एक ऊर्ध्वाधर कांच की नली में स्थिर होता है। तरल के माध्यम से ज्ञात आकार और घनत्व के गोले को नीचे उतरने दिया जाता है। यदि सही ढंग से चुना जाता है, तो यह टर्मिनल वेग तक पहुंच जाता है, जिसे ट्यूब पर दो निशान पार करने में लगने वाले समय से मापा जा सकता है। अपारदर्शी तरल पदार्थों के लिए इलेक्ट्रॉनिक सेंसिंग का उपयोग किया जा सकता है। टर्मिनल वेग, गोले के आकार और घनत्व, और तरल के घनत्व को जानने के बाद, स्टोक्स के नियम का उपयोग द्रव की श्यानता की गणना के लिए किया जा सकता है। गणना की सटीकता में सुधार के लिए क्लासिक प्रयोग में आमतौर पर विभिन्न व्यास के स्टील बॉल बेयरिंग की एक श्रृंखला का उपयोग किया जाता है। स्कूल प्रयोग तरल पदार्थ के रूप में ग्लिसरॉल का उपयोग करता है, और तकनीक का उपयोग प्रक्रियाओं में प्रयुक्त तरल पदार्थों की श्यानता की जांच के लिए औद्योगिक रूप से किया जाता है। इसमें कई अलग-अलग तेल और बहुलक तरल पदार्थ शामिल हैं such as solutions.

1851 में, जॉर्ज गेब्रियल स्टोक्स ने बहुत छोटे रेनॉल्ड्स नंबरों (जैसे, बहुत छोटे कण) के साथ गोलाकार वस्तुओं पर लगने वाले घर्षण बल (जिसे खीचने की क्षमता भी कहा जाता है) के लिए एक निरंतर श्यानता वाले तरल पदार्थ की छोटी द्रव-द्रव्यमान सीमा को बदलकर एक अभिव्यक्ति प्राप्त की। आम तौर पर अघुलनशील नेवियर-स्टोक्स समीकरण:

$F=6\pi r\eta v,$

कहाँ

$F$घर्षण बल है,

$r$गोलाकार वस्तु की त्रिज्या है,

$\eta$द्रव चिपचिपापन है,

$v$कण वेग है।

यदि कण अपने स्वयं के वजन से चिपचिपे तरल पदार्थ में गिर रहे हैं, तो एक टर्मिनल वेग, जिसे बसने के वेग के रूप में भी जाना जाता है, तक पहुँच जाता है, जब यह घर्षण बल उत्प्लावन बल के साथ संयुक्त रूप से गुरुत्वाकर्षण बल को संतुलित करता है। परिणामी सेटलिंग वेलोसिटी (या टर्मिनल वेलोसिटी) द्वारा दिया जाता है

$V_{\text{s}}={\frac {2}{9}}{\frac {r^{2}g(\rho _{p}-\rho _{f})}{\mu }},$

कहाँ:

V_s कण बसने का वेग (एम/एस) है, यदि लंबवत नीचे की ओर है ρ_p > ρ_f, ऊपर अगर ρ_p < ρ_f,

r कण (एम) का स्टोक्स त्रिज्या है,

g गुरुत्वीय त्वरण है (m/s²),

ρ_p कणों का घनत्व है (kg/m³),

ρ_f द्रव का घनत्व है (kg/m³),

μ (गतिशील) द्रव श्यानता (Pa·s) है।

ध्यान दें कि स्टोक्स प्रवाह मान लिया गया है, इसलिए रेनॉल्ड्स संख्या छोटी होनी चाहिए।

इस परिणाम की वैधता पर एक सीमित कारक उपयोग किए जा रहे गोले की सतह का खुरदरापन है।

स्ट्रेट फॉलिंग-स्फेयर विस्कोमीटर का एक संशोधन एक रोलिंग-बॉल विस्कोमीटर है, जो परीक्षण तरल पदार्थ में डूबे होने पर एक गेंद को एक ढलान पर घुमाता है। एक पेटेंट वी प्लेट का उपयोग करके इसे और बेहतर बनाया जा सकता है, जो छोटे, अधिक पोर्टेबल उपकरणों की अनुमति देकर यात्रा की गई दूरी तक घुमावों की संख्या को बढ़ाता है। गेंद की नियंत्रित रोलिंग गति द्रव में अशांति से बचाती है, जो अन्यथा गिरने वाली गेंद के साथ होती है। इस प्रकार का उपकरण शिप बोर्ड के उपयोग के लिए भी उपयुक्त है।

फॉलिंग-बॉल विस्कोमीटर

1932 में, फ़्रिट्ज़ होप्लर को फॉलिंग-बॉल विस्कोमीटर के लिए एक पेटेंट प्रदान किया गया था, जिसका नाम उनके नाम पर रखा गया था - गतिशील विस्कोसिटी निर्धारित करने के लिए दुनिया भर में पहला विस्कोमीटर। मेडिंगेन (जर्मनी) में फ्रिट्ज़ होप्लर द्वारा विकसित अन्य विश्व-प्रथम विस्कोमीटर बॉल प्रेशर प्रकार के कंसिस्टोमीटर और रियोविस्कोमीटर हैं, देखें Kugeldruckviskosimeter = बॉल प्रेशर विस्कोमीटर।

फॉलिंग-पिस्टन विस्कोमीटर

इसके आविष्कारक, ऑस्टिन नॉरक्रॉस के बाद नॉरक्रॉस विस्कोमीटर के रूप में भी जाना जाता है। इस बीहड़ और संवेदनशील औद्योगिक उपकरण में श्यानता माप का सिद्धांत एक पिस्टन और सिलेंडर असेंबली पर आधारित है। पिस्टन को समय-समय पर एक एयर लिफ्टिंग मैकेनिज्म द्वारा उठाया जाता है, पिस्टन और सिलेंडर की दीवार के बीच क्लीयरेंस (गैप) के माध्यम से मापी जा रही सामग्री को पिस्टन के नीचे बनी जगह में खींचा जाता है। असेंबली को आम तौर पर कुछ सेकंड के लिए रखा जाता है, फिर गुरुत्वाकर्षण द्वारा गिरने की अनुमति दी जाती है, नमूना को उसी रास्ते से बाहर निकाल दिया जाता है जिसमें यह दर्ज किया गया था, मापा तरल पर कतरनी प्रभाव पैदा करता है, जो इस विस्कोमीटर को विशेष रूप से संवेदनशील और मापने के लिए अच्छा बनाता है। कुछ थिक्सोट्रोपिक तरल पदार्थ। गिरने का समय श्यानता का एक उपाय है, जिसमें पिस्टन और सिलेंडर के बीच की निकासी के साथ मापने वाला छिद्र बनता है। ईंधन चिपचिपापन नियंत्रण गिरावट के समय को मापता है (समय-समय-गिरावट सेकंड श्यानता का माप होता है) और परिणामी चिपचिपापन मूल्य प्रदर्शित करता है। नियंत्रक टाइम-ऑफ-फॉल वैल्यू को कप सेकंड (एफ्लक्स कप के रूप में जाना जाता है), सैबोल्ट यूनिवर्सल सेकेंड (एसयूएस) या पोइस (यूनिट) में कैलिब्रेट कर सकता है।

सादगी, दोहराव, कम रखरखाव और लंबी उम्र के कारण औद्योगिक उपयोग लोकप्रिय है। इस प्रकार का माप प्रवाह दर या बाहरी कंपन से प्रभावित नहीं होता है। ऑपरेशन के सिद्धांत को कई अलग-अलग स्थितियों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, जिससे यह प्रक्रिया नियंत्रण वातावरण के लिए आदर्श बन जाता है।

ऑसिलेटिंग-पिस्टन विस्कोमीटर

कभी-कभी इलेक्ट्रोमैग्नेटिक विस्कोमीटर या ईएमवी विस्कोमीटर के रूप में संदर्भित, 1986 में कैम्ब्रिज विस्कोसिटी (औपचारिक रूप से कैम्ब्रिज एप्लाइड सिस्टम) में आविष्कार किया गया था। सेंसर (नीचे चित्र देखें) में एक माप कक्ष और चुंबकीय रूप से प्रभावित पिस्टन शामिल है। . माप लिया जाता है जिससे एक नमूना पहले थर्मली नियंत्रित माप कक्ष में पेश किया जाता है जहां पिस्टन रहता है। इलेक्ट्रॉनिक्स एक नियंत्रित चुंबकीय क्षेत्र के साथ माप कक्ष के भीतर पिस्टन को दोलनशील गति में चलाते हैं। पिस्टन यात्रा के कारण तरल (या गैस) पर कतरनी का तनाव लगाया जाता है, और चिपचिपापन पिस्टन के यात्रा समय को मापकर निर्धारित किया जाता है। पिस्टन और माप कक्ष के बीच कुंडलाकार रिक्ति के लिए निर्माण पैरामीटर, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की ताकत, और पिस्टन की यात्रा दूरी न्यूटन के श्यानता के कानून के अनुसार श्यानता की गणना करने के लिए उपयोग की जाती है।

दोलन-पिस्टन विस्कोमीटर प्रौद्योगिकी को प्रयोगशाला अनुप्रयोगों में लघु-नमूना श्यानता और सूक्ष्म-नमूना श्यानता परीक्षण के लिए अनुकूलित किया गया है। इसे प्रयोगशाला और प्रक्रिया वातावरण दोनों में उच्च दबाव श्यानता और उच्च तापमान श्यानता माप के लिए भी अनुकूलित किया गया है। विस्कोसिटी सेंसर को औद्योगिक अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए बढ़ाया गया है, जैसे कंप्रेशर्स और इंजनों में उपयोग के लिए छोटे आकार के विस्कोमीटर, डिप कोटिंग प्रक्रियाओं के लिए फ्लो-थ्रू विस्कोमीटर, रिफाइनरियों में उपयोग के लिए इन-लाइन विस्कोमीटर, और सैकड़ों अन्य अनुप्रयोग . आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स से संवेदनशीलता में सुधार, गैस विस्कोसिटी की खोज करने वाली अकादमिक प्रयोगशालाओं के साथ ऑसिलेटिंग-पिस्टन विस्कोमीटर की लोकप्रियता में वृद्धि को प्रोत्साहित कर रहा है।

वाइब्रेशनल विस्कोमीटर

वाइब्रेशनल विस्कोमीटर 1950 के दशक के बेंडिक्स इंस्ट्रूमेंट के हैं, जो एक ऐसे वर्ग का है जो एक द्रव में डूबे हुए दोलनशील इलेक्ट्रोमैकेनिकल रेज़ोनेटर के अवमंदन को मापकर संचालित होता है जिसकी श्यानता निर्धारित की जानी है। गुंजयमान यंत्र आमतौर पर मरोड़ या अनुप्रस्थ रूप से दोलन करता है (एक कैंटिलीवर बीम या ट्यूनिंग फोर्क के रूप में)। श्यानता जितनी अधिक होगी, गुंजयमान यंत्र पर अवमंदन उतना ही अधिक होगा। गुंजयमान यंत्र की भिगोना कई तरीकों में से एक द्वारा मापा जा सकता है:

1. थरथरानवाला एक निरंतर आयाम पर कंपन रखने के लिए आवश्यक बिजली इनपुट को मापना। श्यानता जितनी अधिक होगी, दोलन के आयाम को बनाए रखने के लिए उतनी ही अधिक शक्ति की आवश्यकता होगी।
2. उत्तेजना बंद होने के बाद दोलन के क्षय समय को मापना। श्यानता जितनी अधिक होती है, सिग्नल उतनी ही तेजी से क्षय होता है।
3. उत्तेजना और प्रतिक्रिया तरंगों के बीच चरण कोण के एक समारोह के रूप में गुंजयमान यंत्र की आवृत्ति को मापना। श्यानता जितनी अधिक होगी, किसी दिए गए चरण परिवर्तन के लिए आवृत्ति परिवर्तन उतना ही बड़ा होगा।

कंपन उपकरण भी परिभाषित कतरनी क्षेत्र की कमी से ग्रस्त है, जो इसे तरल पदार्थ की श्यानता को मापने के लिए अनुपयुक्त बनाता है जिसका प्रवाह व्यवहार पहले से ज्ञात नहीं है।

वाइब्रेटिंग विस्कोमीटर ऊबड़-खाबड़ औद्योगिक प्रणालियाँ हैं जिनका उपयोग प्रक्रिया की स्थिति में श्यानता को मापने के लिए किया जाता है। सेंसर का सक्रिय भाग एक वाइब्रेटिंग रॉड है। कंपन का आयाम द्रव की श्यानता के अनुसार भिन्न होता है जिसमें छड़ को डुबोया जाता है। ये विस्कोसिटी मीटर क्लॉगिंग फ्लुइड और हाई-विस्कोसिटी फ्लुइड्स को मापने के लिए उपयुक्त हैं, जिनमें फाइबर (1000 Pa·s तक) शामिल हैं। वर्तमान में, दुनिया भर के कई उद्योग इन विस्कोमीटरों को सबसे कुशल प्रणाली मानते हैं जिसके साथ तरल पदार्थों की एक विस्तृत श्रृंखला की श्यानता को मापने के लिए; इसके विपरीत, घूर्णी श्यानतामापी को अधिक रखरखाव की आवश्यकता होती है, वे अवरोधन द्रव को मापने में असमर्थ होते हैं, और गहन उपयोग के बाद बार-बार अंशांकन की आवश्यकता होती है। वाइब्रेटिंग विस्कोमीटर में कोई हिलने वाला भाग नहीं होता है, कोई कमजोर भाग नहीं होता है और संवेदनशील भाग आमतौर पर छोटा होता है। यहां तक ​​​​कि बहुत बुनियादी (रसायन विज्ञान) या अम्लीय तरल पदार्थ को एक सुरक्षात्मक कोटिंग, जैसे शीशे का इनेमल, या सेंसर की सामग्री को एसएई स्टील ग्रेड स्टेनलेस स्टील जैसी सामग्री में बदलकर मापा जा सकता है। टैंकों और पाइपों में प्रक्रिया तरल पदार्थ की श्यानता की निगरानी के लिए वाइब्रेटिंग विस्कोमीटर सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला इनलाइन उपकरण है।

क्वार्ट्ज विस्कोमीटर

क्वार्ट्ज विस्कोमीटर एक विशेष प्रकार का कंपन विस्कोमीटर है। यहाँ, एक ऑसिलेटिंग क्वार्ट्ज़ क्रिस्टल को एक द्रव में डुबोया जाता है और ऑसिलेटिंग व्यवहार पर विशिष्ट प्रभाव श्यानता को परिभाषित करता है। क्वार्ट्ज विस्कोसिमेट्री का सिद्धांत डब्ल्यू.पी. मेसन के विचार पर आधारित है। मूल अवधारणा श्यानता के निर्धारण के लिए एक पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल का अनुप्रयोग है। उच्च-आवृत्ति वाला विद्युत क्षेत्र जो ऑसिलेटर पर लगाया जाता है, संवेदक की गति का कारण बनता है और द्रव के अपरूपण का परिणाम होता है। संवेदक की गति तब द्रव के बाहरी बलों (कतरनी तनाव) से प्रभावित होती है, जो संवेदक की विद्युत प्रतिक्रिया को प्रभावित करती है। क्वार्ट्ज क्रिस्टल के माध्यम से श्यानता निर्धारण की पूर्व-शर्त के रूप में अंशांकन प्रक्रिया बी बोडे पर वापस जाती है, जिसने दोलन प्रणाली के विद्युत और यांत्रिक संचरण व्यवहार के विस्तृत विश्लेषण की सुविधा प्रदान की। इस अंशांकन के आधार पर, क्वार्ट्ज विस्कोसिमीटर विकसित किया गया था जो आराम करने और बहने वाले तरल पदार्थों में निरंतर चिपचिपापन निर्धारण की अनुमति देता है।