Rheonics I sensori di tipo SR sono strumenti in linea per misurare la viscosità e la densità di un fluido in tempo reale, nonché la temperatura e i derivati ​​da questi valori. Rheonics offre il viscosimetro da processo SRV per misurare la viscosità e il densimetro in linea SRD per i valori di densità e viscosità di un fluido. Entrambe le sonde dei sensori sono compatte, leggere e sigillate ermeticamente, il che le rende adatte a tutti i processi industriali che coinvolgono liquidi.

Entrambi i sensori SRV e SRD si basano sulla tecnologia del risonatore torsionale bilanciato (BTR). Entrambi i sensori misurano ed emettono misurazioni della viscosità del fluido con cui sono in contatto. Per i fluidi newtoniani si ottiene la stessa viscosità indipendentemente dallo strumento utilizzato. Tuttavia, per i fluidi non newtoniani, questo non è il caso e strumenti diversi misurano valori diversi di viscosità; ciò spesso non è dovuto all'imprecisione dello strumento stesso, ma alla dipendenza della viscosità dal taglio e al fatto che strumenti diversi effettuano misurazioni a livelli diversi. velocità di taglio.

A causa di questa dipendenza dalla viscosità della viscosità per i fluidi non newtoniani e per consentire un confronto tra diversi viscosimetri (spesso tra viscosimetri di processo come SRV e strumenti di laboratorio come viscosimetro rotazionale o reometro), è opportuno comprendere la velocità di taglio effettiva alla quale SRV oppure SRD sta effettuando le misurazioni. L'analisi seguente menziona l'SRV ma è ugualmente valida per l'SRD.

L'elemento sensibile del sensore SRV è costituito da un'asta e una massa fissata alla sua estremità, questa asta e la punta sono circolari e cilindriche. L'altra estremità è collegata al corpo che contiene i trasduttori per l'eccitazione e il rilevamento.

Il sensore vibra in torsione, i risonatori torsionali sono più stabili e meglio isolati dal loro ambiente meccanico. I risonatori torsionali cilindrici vibrano parallelamente alle proprie superfici. Sono influenzati dalle forze di taglio e sono quindi principalmente sensibili alle forze dissipative (smorzamento viscoso) piuttosto che agli effetti del carico di massa (spesso indicato anche come smorzamento inerziale).

La viscosità di un fluido non newtoniano può cambiare a seconda della velocità di taglio a cui è sottoposto. Ciò significa che un unico valore di viscosità non può essere associato a questo tipo di fluidi in tutti gli stati (es. statico, scorrevole a velocità diverse). 

I viscosimetri da laboratorio spesso consentono agli utenti di modificare la velocità di taglio o la velocità di rotazione alla quale viene misurata la viscosità. Rheonics SRV e SRD hanno una velocità di taglio solitamente molto più elevata di quella degli strumenti di laboratorio e gli utenti non possono modificarla.

È possibile avere un'idea qualitativa dell'intervallo di taglio previsto per i sensori di viscosità SRV e i calcoli sono mostrati in questo articolo. Ciò aiuta a qualificare (e in una certa misura quantificare) le condizioni in cui viene misurata la viscosità e a correlare le letture con altri strumenti.

Tuttavia, le correlazioni effettive tra il taglio delle misurazioni della viscosità del tipo SR e altri strumenti di laboratorio sono per lo più empiriche e potrebbero non soddisfare la stima qualitativa. La velocità di taglio stimata potrebbe non corrispondere esattamente al valore di viscosità di un reometro. Considera che Rheonics i sensori sono dispositivi di controllo del processo più di un semplice sensore di viscosità con enfasi sulla ripetibilità estremamente elevata e sulla riproducibilità delle misurazioni con una risoluzione senza pari (spesso 10-100 volte superiore rispetto agli strumenti di laboratorio).

Ci sono due parametri che sono i più importanti per la stima del taglio: l'ampiezza della velocità e lo spessore dello strato limite. È necessario calcolare i seguenti parametri.
Lo sforzo di taglio è dato da:

Equazione 1: sforzo di taglio.

Per un fluido newtoniano, η è una costante materiale caratteristica del fluido, ∂v/∂x è la velocità di taglio nel fluido Applicando le equazioni di Navier-Stokes, risolvendo in condizioni periodiche e uniassiali, la soluzione per l'ampiezza della velocità è:

Equazione 2: Ampiezza della velocità

Per un fluido newtoniano, η è una costante materiale caratteristica del fluido, ∂v/∂x è la velocità di taglio nel fluido Applicando le equazioni di Navier-Stokes, risolvendo in condizioni periodiche e uniassiali, la soluzione per l'ampiezza della velocità è:

• x: distanza dalla parete del sensore
• V: ampiezza della velocità sulla superficie del sensore, R è il raggio della punta
• δ: è lo spessore dello strato limite
• i: è radice quadrata di -1

I spessore dello strato limite si trova con l'equazione:

Equazione 2: Spessore dello strato limite

• η: viscosità dinamica
• ω: frequenza angolare
• ρ: densità del fluido

Considerando che a x=2δ la velocità scende al 13% del valore sulla superficie del sensore. La velocità di taglio γ=∂v(0)/∂x sulla superficie del sensore (x=0) segue:

Equazione 4: Velocità di taglio

Dove l'ampiezza della velocità V(R) (5) è data da:

 Equazione 5: Ampiezza della velocità

• R: Distanza dall'asse vibrazionale alla superficie del sensore
• φ: Ampiezza della vibrazione angolare.

La punta dell'SRV esegue una vibrazione rotazionale sinusoidale φ attorno al suo asse di simmetria.

 Equazione 5: Vibrazione rotazionale sinusoidale

Per l'SRV, la velocità V(R) è di circa 50 mm/s e la frequenza è 7500 Hz → ω=2π x 7500

Il parametro V(R) è indipendente dalla viscosità, ma dallo spessore dello strato limite del fluido δ aumenta. Il grafico seguente mostra il comportamento della velocità di taglio rispetto alla viscosità e mostra la variazione della velocità di taglio sia con la viscosità che con la densità del fluido in esame.