Rheonics Датчики типа SR — это встроенные приборы для измерения вязкости и плотности жидкости в реальном времени, а также температуры и производных от этих значений. Rheonics предлагает технологический вискозиметр SRV для измерения вязкости и линейный плотномер SRD для определения значений плотности и вязкости жидкости. Оба сенсора-зонда компактны, легки и герметичны, что делает их пригодными для всех промышленных процессов, связанных с жидкостями.

Датчики SRV и SRD основаны на технологии сбалансированного крутильного резонатора (BTR). Оба датчика измеряют и выдают результаты измерений вязкости жидкости, с которой они контактируют. Для ньютоновских жидкостей вязкость одинакова независимо от используемого прибора. Однако для неньютоновских жидкостей это не так, и разные приборы измеряют разные значения вязкости – часто это происходит не из-за неточности самого прибора, а из-за сдвиговой зависимости вязкости и того факта, что разные приборы производят измерения при разных скорости сдвига.

Из-за этой зависимости вязкости от сдвига для неньютоновских жидкостей и для возможности некоторого сравнения между различными вискозиметрами (часто между технологическими вискозиметрами, такими как SRV, и лабораторными приборами, такими как ротационный вискозиметр или реометр), желательно понять эффективную скорость сдвига, при которой SRV или SRD выполняет измерения. В приведенном ниже анализе упоминается SRV, но он в равной степени справедлив и для SRD.

Чувствительный элемент датчика SRV состоит из стержня и прикрепленной к его концу массы, этот стержень и наконечник имеют круглую и цилиндрическую форму. Другой конец подключен к корпусу, содержащему датчики возбуждения и считывания.

Датчик вибрирует при кручении, крутильные резонаторы более стабильны и лучше изолированы от механической среды. Торсионные резонаторы цилиндрической формы колеблются параллельно своей поверхности. На них влияют силы сдвига, и поэтому они в первую очередь чувствительны к диссипативным силам (вязкостному демпфированию), а не к эффектам массовой нагрузки (также часто называемым инерционным демпфированием).

Вязкость неньютоновской жидкости может меняться в зависимости от скорости сдвига, которому она подвергается. Это означает, что одно и то же значение вязкости не может быть связано с этим типом жидкостей во всех состояниях (например, в статическом состоянии, при движении с разными скоростями). 

Лабораторные вискозиметры часто позволяют пользователям изменять скорость сдвига или скорость вращения, при которых измеряется вязкость. Rheonics Скорость сдвига SRV и SRD обычно намного выше, чем у лабораторных инструментов, и пользователи не могут ее изменить.

Можно получить качественное представление о диапазоне сдвига, ожидаемом для датчиков вязкости SRV, и расчеты показаны в этой статье. Это помогает оценить (и в некоторой степени количественно) условия, при которых измеряется вязкость, и сопоставить показания с другими приборами.

Однако фактическая корреляция между сдвигом измерений вязкости Type-SR и другими лабораторными приборами в основном носит эмпирический характер и может не соответствовать качественной оценке. Расчетная скорость сдвига может не точно соответствовать значению вязкости, полученному реометром. Считают, что Rheonics Датчики — это устройства управления технологическим процессом, а не просто датчик вязкости, с упором на чрезвычайно высокую повторяемость и воспроизводимость измерений с непревзойденным разрешением (часто в 10–100 раз выше, чем у лабораторных приборов).

Есть два параметра, которые являются наиболее важными для оценки сдвига: амплитуда скорости и толщина пограничного слоя. Необходимо рассчитать следующие параметры.
Напряжение сдвига определяется по формуле:

Уравнение 1: Напряжение сдвига.

Для ньютоновской жидкости η — постоянная материала, характеризующая жидкость, ∂v/∂x — скорость сдвига в жидкости. Применяя уравнения Навье-Стокса и решая их в периодических одноосных условиях, решение для амплитуды скорости имеет вид:

Уравнение 2: Амплитуда скорости

Где:

• x: расстояние от сенсорной стены
• V: амплитуда скорости на поверхности датчика, R — радиус зонда
• δ: – толщина пограничного слоя
• i: квадратный корень из -1

Команда толщина пограничного слоя можно найти с помощью уравнения:

Уравнение 2: Толщина пограничного слоя

• η: динамическая вязкость
• ω: угловая частота
• ρ: плотность жидкости

Учитывая, что в х=2δ скорость падает до 13 % от значения на поверхности датчика. Скорость сдвига γ=∂v(0)/∂x на поверхности датчика (x=0):

Уравнение 4: Скорость сдвига

Где амплитуда скорости V(R) (5) определяется выражением:

 Уравнение 5: Амплитуда скорости

• R: Расстояние от оси вибрации до поверхности датчика
• φ: Амплитуда угловой вибрации.

Наконечник СРВ совершает синусоидальную вращательную вибрацию. φ относительно своей оси симметрии.

 Уравнение 5: Синусоидальная вращательная вибрация.

Для SRV скорость V(R) составляет примерно 50 мм/с, а частота 7500 Гц → ω=2π x 7500.

Параметр В(Р) не зависит от вязкости, но толщина пограничного слоя жидкости δ увеличивается. Следующий график демонстрирует зависимость скорости сдвига от вязкости и показывает изменение скорости сдвига в зависимости от вязкости и плотности исследуемой жидкости.