레히미터

Rheometer
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연구소에서 사용 중인 회전 속도계

rhem계는 액체, 서스펜션 또는 슬러리가 작용력에 반응하여 흐르는 방식을 측정하기 위해 사용되는 실험실 장치다. 단일 점성 값으로 정의할 수 없는 유체에 사용되며, 따라서 점성계의 경우보다 더 많은 파라미터를 설정하고 측정해야 한다. 그것은 유체의 종양학(rheology of the fluid.

두 가지 뚜렷한 유형의 온도계가 있다. 적용된 전단 응력 또는 전단 변형을 제어하는 레인지미터를 회전 또는 전단 레인지미터라고 하는 반면, 확장 응력 또는 확장 스트레인을 적용하는 레인지미터를 확장 레인지미터라고 한다. 회전 또는 전단형 온도계는 보통 고유 변형률 제어 기기(제어 및 사용자 정의 전단 변형률 적용) 또는 고유 응력 제어 기기(사용자 정의 전단 응력 제어 및 적용 및 결과 전단 변형률 측정)로 설계된다.

의미와 기원

rhemeter라는 단어는 그리스어에서 왔으며, 주류를 측정하기 위한 장치를 의미한다.[1] 19세기에 그것은 전류계와 전류계로 대체되기 전까지 전류를 측정하는 장치에 일반적으로 사용되었다. 또한 액체의 흐름, 의료행위(혈액의 흐름), 토목공사(물의 흐름)에서도 측정하는데 사용되었다. 이 후자의 사용은 일부 지역에서 20세기 후반까지 지속되었다. rheology라는 용어의 연어에 따라 이 단어는 흐름의 양보다는 특성을 측정하는 도구로 적용되었고, 다른 의미들은 더 이상 사용되지 않는다. (주요 출처: 옥스퍼드 영어 사전) 온도계의 원리와 작동은 여러 본문에 설명되어 있다.[2][3]

전단력계 유형

셰어링 기하학

RHERological 특성을 측정하기 위해 사용할 수 있는 다른 피복 평면. 왼쪽부터 - 쿠엣 드래그 플레이트 흐름, 원통형 흐름, 튜브 및 플레이트 흐름 내 Poiseuille 흐름.

4개의 기본 깎는 평면은 기하학적 구조에 따라 정의될 수 있다.

  • 쿠엣 드래그 플레이트 흐름
  • 원통 유량
  • 튜브를 타고 푸아세유 유량이 흐른다.
  • 플레이트-플레이트 흐름

다양한 유형의 전단 온도계는 이러한 기하학적 구조를 하나 또는 조합하여 사용한다.

선형전단

선형 전단 저항계의 한 예로 Goodyear 선형 피부 측정기가 있는데, 이 측정기는 화장품 크림 제형을 테스트하는 데 사용되며, 조직의 탄성 성질을 정량화하기 위한 의학 연구 목적으로 사용된다. 이 장치는 시험 대상 조직 표면에 선형 탐침을 부착하고 제어된 순환력을 적용하며 부하 셀을 사용하여 측정한 결과 전단력을 가하는 방식으로 작동한다. 변위는 LVDT를 사용하여 측정한다. 따라서 시험 대상 조직의 동적 스프링 비율을 도출하기 위해 기본 응력 변형 매개변수를 포착하고 분석한다.

파이프 또는 모세관

액체는 층류 유동 조건에서 일정한 단면 및 정밀하게 알려진 치수의 튜브를 통해 강제된다. 유량 또는 압력강하 중 하나는 고정되어 있고 다른 하나는 측정되어 있다. 치수를 알면 유량을 전단률 값으로 변환할 수 있고 압력 강하를 전단 응력 값으로 변환할 수 있다. 압력 또는 흐름을 변화시키면 흐름 곡선을 결정할 수 있다. 계량 특성화에 비교적 적은 양의 오일을 사용할 수 있는 경우, 압력 센서가 내장된 미세 유체 계량계를 사용하여 제어된 유량을 위한 압력 강하를 측정할 수 있다.[4][5]

모세관 측정기는 주사할 수 있는 능력을 결정하기 때문에 치료용 단백질 용액의 특성화에 특히 유리하다.[6] 또한 열역학적 상호작용뿐만 아니라 측량법과 용액 안정성 사이에는 역적 관계가 있다.

다양한 유형의 전단 온도계의 회전 기하학적 형상

동적 전단 저항계

일반적으로 DSR로 알려진 동적 전단 저항계는 광범위한 재료 제조 시 품질 관리뿐만 아니라 연구 개발에도 사용된다. 동적 전단 저항계는 1993년 슈퍼파베가 용융 상태와 고체 상태 모두에서 아스팔트 바인더의 고온 레히론적 특성을 특성화하고 이해하는 데 사용되었으며, 화학적 공식화 및 이러한 재료의 최종 사용 성능을 예측하는 데 기본적이다.

회전 실린더

액체는 한 실린더의 고리 안에 다른 실린더 안에 위치한다. 실린더 중 하나는 정해진 속도로 회전한다. 이것은 고리 내부의 전단률을 결정한다. 액체는 다른 실린더를 둥글게 끌어당기는 경향이 있고, 액체가 그 실린더에 가하는 힘(토크)을 측정하는데, 이는 전단 응력으로 변환될 수 있다. 이것의 한 버전은 Fann V-G 점성계인데, 두 가지 속도(300rpm과 600rpm)로 작동하기 때문에 흐름 곡선에서 두 점만 준다. 이는 석유 산업에서 시추 유체의 흐름 특성을 결정하는 데 널리 사용되던 빙엄 플라스틱 모델을 정의하기에 충분하다. 최근 몇 년 동안 600, 300, 200, 100, 6 & 3 RPM으로 회전하는 온도계가 사용되었다. 이를 통해 허셜-불클리와 같은 보다 복잡한 유체 모델을 사용할 수 있다. 일부 모델은 프로그래밍 방식으로 속도를 지속적으로 증가시키거나 감소시킬 수 있으며, 이는 시간 의존적인 특성을 측정할 수 있다.

원뿔과 판

액체는 수평판 위에 놓이고 그 안에 얕은 원뿔이 놓여 있다. 원뿔 표면과 플레이트 표면 사이의 각도는 1~2도 정도지만 실행 중인 시험의 종류에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로 플레이트가 회전하고 원뿔의 토크가 측정된다. 이 악기의 잘 알려진 버전은 와이센버그 레호고니미터로, 원뿔의 움직임이 비틀리는 얇은 금속 조각에 의해 저항되는데, 이 금속 조각은 비틀림 바(토션 바)로 알려져 있다. 비틀림 막대의 알려진 반응과 비틀림 정도는 전단 응력을 주는 반면 회전 속도와 원뿔 치수는 전단 속도를 제공한다. 원칙적으로 바이센베르크 rheogoniometer는 정확한 설정을 전제로 한 절대 측정법이다. 이 원칙에 따라 작동하는 다른 기기는 사용이 더 쉬울 수 있지만 알려진 액체로 보정이 필요하다. 원뿔과 판형 온도계는 탄성 특성을 측정하기 위해 진동 모드에서 또는 결합된 회전 및 진동 모드에서 작동할 수 있다.

확장력 측정기의 유형

균일한 확장 흐름 생성과 관련된 난제로 인해 확장 속도계의 개발이 전단 속도계보다 더 느리게 진행되었다. 첫째로, 고체 인터페이스와 시험 유체의 상호작용 또는 용해는 전단 흐름의 구성요소를 야기하여 결과를 손상시킨다. 둘째, 모든 물질적 요소의 변형 이력을 통제하고 알려야 한다. 셋째, 변형률과 변형률 수준은 정상 회전 반경을 넘어 중합체 체인을 스트레칭할 수 있을 정도로 높아야 하며, 변형률 범위가 크고 이동거리가 큰 계측기가 필요하다.[7][8]

상업적으로 이용 가능한 확장 온도계는 점성 범위에 대한 적용가능성에 따라 분리되었다. 약 0.01 - 1 Pa.s(대부분의 폴리머 용액)의 점성 범위를 가진 재료는 모세관 파단 레미터, 반대되는 제트 장치 또는 수축 흐름 시스템이 가장 잘 특징지어진다. 약 1 ~ 1000 Pa.s의 점성 범위를 가진 재료는 필라멘트 스트레칭 레미터에 사용된다. 고분자 용해 등 점도가 1000Pa 이상 높은 소재는 일정 길이 장치의 특징이 가장 좋다.[9]

확장적 발열은 일반적으로 인장 변형을 받는 재료에 대해 수행된다. 이러한 유형의 변형은 사출 성형, 섬유 회전, 압출, 블로우 몰딩, 코팅 흐름과 같은 가공 중에 발생할 수 있다. 접착제 탈착, 손비누 펌핑, 액상식품 취급 등 사용 중에도 발생할 수 있다.

현재 및 이전에 시판된 상용 확장 온도계 목록은 아래 표에 나와 있다.

상업적으로 이용 가능한 확장 온도계

기기명 점도 범위 [Pa.s] 흐름 유형 제조사
현재 시판 중 레오텐스 >100 섬유 회전 고트페르트
카버 0.01-10 모세관 파열 써모 사이언티픽
Sentmanat 확장 Rhemeter >10000 상수 길이 엑스판시온 인스트루먼트
FiSER 1–1000 필라멘트 스트레칭 케임브리지 폴리머 그룹
베이더 >100 제어 필라멘트 스트레칭 레오 필라멘트
이전에 판매된 제품 RFX 0.01-1 어포티드 제트 레히메트리 사이언티픽
RME >10000 상수 길이 레히메트리 사이언티픽
MXR2 >10000 상수 길이 매그나 프로젝트

레오텐스

RHeotens는 섬유 회전력계로 고분자 용해에 적합하다. 이 물질은 상류의 튜브에서 퍼지고, 바퀴 한 세트가 가닥을 길게 만든다. 바퀴 중 하나에 장착된 하중 변환기는 그 결과의 확장력을 측정한다. 유체가 업스트림 튜브를 통해 운반될 때 유도되는 프리-샤르 때문에 진정한 확장 점도는 얻기 어렵다. 그러나, Rhotens는 동음이의 물질 세트의 확장 흐름 특성을 비교하는 데 유용하다.

카버

CaBER는 모세관 파열량계다. 소량의 재료가 판 사이에 놓여 있는데, 판 사이는 고정된 변형률 수준으로 빠르게 늘어나게 된다. 중간점 직경은 유체 필라멘트 목으로 시간의 함수로 모니터링되며 표면 장력, 중력, 점탄성의 결합된 힘 아래에서 분리된다. 변형률과 변형률의 함수로 데이터에서 확장 점도를 추출할 수 있다. 이 시스템은 저점도 유체, 잉크, 페인트, 접착제 및 생물학적 유체에 유용하다.

FiSER

FiSER(필라멘트 스트레칭 레미터)는 Sridhar 외 연구진 및 Anna 외 연구진의 작업에 기초한다.[10] 이 계측기에서 선형 모터 세트는 시간과 위치의 함수로 힘과 직경을 측정하면서 기하급수적으로 증가하는 속도로 유체 필라멘트를 분리한다. 기하급수적으로 증가하는 속도로 변형함으로써 표본에서 일정한 변형률(내부 판 흐름 제한)을 달성할 수 있다. 이 시스템은 유동에 따른 응력 붕괴뿐만 아니라 변형 의존적인 확장 점도를 모니터링할 수 있다. 필라멘트 스트레칭의 다양한 사용에 대한 자세한 설명은 MIT 웹사이트에서 확인할 수 있다.[11]

센트마나트

Sentmanat extensional rhemeter(SER)는 실제로 전단 rhemeter에 설치될 수 있는 고정장치다. 폴리머 필름은 두 개의 회전 드럼에 감겨 있으며, 폴리머 필름에 일정하거나 가변 변형률 확장 변형을 적용한다. 응력은 드럼에 의해 발휘되는 토크로 결정된다.

기타 확장형 온도계

음향계량계

음향 측정기는 연속적인 팽창과 수축의 물속으로 쉽게 발사할 수 있는 피에조 전기 결정체를 사용한다. 이 비접촉 방법은 진동 확장응력을 적용한다. 음향 측정계는 메가헤르츠 범위에서 일련의 주파수에 대한 초음파의 음속과 감쇠를 측정한다. 음속은 시스템 탄성을 측정하는 척도다. 유체 압축성으로 변환할 수 있다. 감쇠는 점성 성질의 척도다. 그것은 점성 종적 계수로 변환될 수 있다. 뉴턴 액체의 경우, 감쇠는 부피 점도에 대한 정보를 산출한다. 이러한 유형의 레미터는 다른 것보다 훨씬 높은 주파수에서 작동한다. 다른 어떤 레미터보다 휴식 시간이 훨씬 짧은 효과 연구에 적합하다.

낙하판

보다 간단한 형태의 필라멘트 스트레칭 레미터, 두 개의 단단한 표면 사이에 떨어지는 플레이트 레미터 샌드위치 액체. 상판은 고정되어 있고, 하판은 중력의 영향을 받아 액체의 끈을 끌어낸다.

모세관/연속유동

다른 시스템들은 액체가 오리피스를 통과하거나 모세관에서 팽창하거나 진공에 의해 표면에서 기둥으로 빨려 들어가는 것을 포함한다. 가압된 모세관 측정기는 유동 식품의 열 처리를 설계하는 데 사용될 수 있다. 이 계측기는 고온으로 외삽할 필요가 없기 때문에 유동성 식품의 과다 및 과소 처리를 방지하는 데 도움이 될 수 있다. [12]

참고 항목

참조

  1. ^ Mezger, Thomas (2014). Applied Rheology (6th ed.). Austria: Anton Paar. p. 192. ISBN 9783950401608.
  2. ^ Macosko, Christopher W. (1994). Rheology: Principles, Measurements, and Applications. Wiley-VCH. ISBN 0-471-18575-2.
  3. ^ Ferry, JD (1980). Viscoelastic Properties of Polymers. Wiley. ISBN 0-471-04894-1.
  4. ^ Pipe, CJ; Majmudar, TS; McKinley, GH (2008). "High Shear-Rate Viscometry". Rheologica Acta. 47 (5–6): 621–642. doi:10.1007/s00397-008-0268-1. S2CID 16953617.
  5. ^ Chevalier, J; Ayela, F. (2008). "Microfluidic on chip viscometers". Rev. Sci. Instrum. 79 (7): 076102. Bibcode:2008RScI...79g6102C. doi:10.1063/1.2940219. PMID 18681739.
  6. ^ Hudson, Steven (10 October 2014). "A Microliter Capillary Rheometer for the Characterization of Protein Solutions". Journal of Pharmaceutical Sciences. 104 (2): 678–685. doi:10.1002/jps.24201. PMID 25308758.
  7. ^ Macosko, Christopher W. (1994). Rheology : principles, measurements, and applications. New York: VCH. ISBN 1-56081-579-5.
  8. ^ Barnes, Howard A. (2000). A handbook of elementary rheology. Aberystwyth: Univ. of Wales, Institute of Non-Newtonian Fluid Mechanics. ISBN 0-9538032-0-1.
  9. ^ Springer Handbook of Experiment Fluid Mechanics, Tropea, Foss, Yarin (eds), 9.1장(2007)
  10. ^ Sridhar, J. Non Newtonian Fluid Mech, vol 40, 271–280 (1991), Anna, J. Non Newtonian Fluid Mech, vol 87, 307–335 (1999)
  11. ^ McKinley, G. "A decade of filament stretching rheometry". web.mit.edu.
  12. ^ Ros-Polski, Valquíria (5 March 2014). "Rheological Analysis of Sucrose Solution at High Temperatures Using a Microwave-HeatedPressurized Capillary Rheometer". Food Science. 79 (4): E540–E545. doi:10.1111/1750-3841.12398. PMID 24597707.
  • K. 월터스 (1975) 레모트리 (Chapman & Hall) ISBN 0-412-12090-9
  • A.S.덕힌과 P.J.괴츠 "콜로이드 특성화를 위한 초경량", 엘스비에르, (2002)

외부 링크