Een concentrische cilinderviscometer, ook bekend als een couette -viscometer, wordt gebruikt om de afschuifsnelheid te bepalen door het koppel te meten dat nodig is om de binnencilinder te roteren terwijl de buitencilinder stationair is. Hier is hoe het werkt:

1. Setup:

* twee concentrische cilinders: De binnencilinder wordt gesuspendeerd in de buitencilinder, met een kleine opening tussen hen gevuld met de geteste vloeistof.

* Motor- en koppelsensor: De binnencilinder is verbonden met een motor die deze met een gereguleerde snelheid roteert. Een koppelsensor meet de kracht die nodig is om deze rotatie te behouden.

2. Werkingsprincipe:

* vloeistofstroom: Terwijl de binnencilinder roteert, sleept deze de vloeistof in de opening mee. Dit creëert een snelheidsgradiënt over de opening, wat resulteert in schuifspanning.

* schuifspanning en afschuifsnelheid: De schuifspanning (τ) is evenredig met het koppel (t) dat wordt toegepast op de binnencilinder en omgekeerd evenredig met de straal van de cilinder (r) en hoogte (h):

* τ =(2t) / (πr²h)

* Newtoniaanse vloeistoffen: Voor Newtoniaanse vloeistoffen is de afschuifspanning recht evenredig met de afschuifsnelheid (γ̇). Deze relatie wordt gedefinieerd door de viscositeit van de vloeistof (μ):

* τ =μγ̇

* Niet-Newtoniaanse vloeistoffen: Voor niet-Newtoniaanse vloeistoffen is deze relatie complexer en kan ze worden weergegeven door een stroomcurve, die afschuifspanning tegen afschuifsnelheid plot.

3. Shear rate meten:

* hoeksnelheid: De snelheid van de motor wordt gebruikt om de hoeksnelheid (ω) van de binnencilinder te berekenen.

* Berekening van de afschuifsnelheid: De afschuifsnelheid (γ̇) wordt berekend op basis van de hoeksnelheid en de openingsbreedte (d) tussen de cilinders:

* γ̇ =(ωr) / d

* stroomcurve: Door de motorsnelheid te variëren en het overeenkomstige koppel te registreren, kan een bereik van afschuifsnelheden en schuifspanningen worden verkregen, waardoor een stroomcurve voor de vloeistof kan worden gemaakt.

4. Voordelen van concentrische cilinderviscometers:

* breed afschuifsnelheidsbereik: Kunnen afschuifsnelheden meten over een breed bereik, van laag tot hoog.

* Nauwkeurige metingen: Biedt relatief nauwkeurige viscositeitsmetingen.

* veelzijdig: Kan worden gebruikt voor verschillende vloeistoftypen, waaronder Newtoniaanse en niet-Newtoniaanse vloeistoffen.

* Temperatuurregeling: Zorgt voor gecontroleerde temperatuurmetingen.

5. Beperkingen:

* Eindeffecten: De stroom nabij de uiteinden van de cilinders kan metingen beïnvloeden, vooral bij lage afschuifsnelheden.

* Vloeistofeigenschappen: De nauwkeurigheid van de meting hangt af van de reologische eigenschappen van de vloeistof (bijvoorbeeld viscositeit, thixotropie en opbrengstspanning).

* schoonmaken: Grondige reiniging is essentieel tussen metingen om besmetting te voorkomen.

Samenvattend werkt een concentrische cilinderviscometer door een binnencilinder te roteren en het resulterende koppel te meten. Dit koppel, samen met de cilinderafmetingen en rotatiesnelheid, wordt gebruikt om de afschuifsnelheid te berekenen en de viscositeit of stromingsgedrag van de vloeistof te bepalen.