Rheonics Les capteurs de type SR sont des instruments en ligne permettant de mesurer en temps réel la viscosité et la densité d'un fluide, ainsi que la température et les dérivés de ces valeurs. Rheonics propose le viscosimètre de procédé SRV pour mesurer la viscosité et le densimètre en ligne SRD pour les valeurs de densité et de viscosité d'un fluide. Les deux sondes capteurs sont compactes, légères et hermétiquement fermées, ce qui les rend adaptées à tous les processus industriels impliquant des liquides.

Les capteurs SRV et SRD sont basés sur la technologie du résonateur de torsion équilibré (BTR). Les deux capteurs mesurent et émettent des mesures de viscosité pour le fluide avec lequel ils sont en contact. Pour les fluides newtoniens, vous obtenez la même viscosité quel que soit l’instrument utilisé. Cependant, pour les fluides non newtoniens, ce n'est pas le cas et différents instruments mesurent différentes valeurs de viscosité – cela n'est souvent pas dû à l'imprécision de l'instrument lui-même mais à la dépendance de la viscosité au cisaillement et au fait que différents instruments effectuent des mesures à des températures différentes. taux de cisaillement.

En raison de cette dépendance au cisaillement de la viscosité pour les fluides non newtoniens, et pour permettre une certaine comparaison entre différents viscosimètres (souvent entre des viscosimètres de procédé comme le SRV et des instruments de laboratoire comme un viscosimètre rotatif ou un rhéomètre), il est souhaité de comprendre le taux de cisaillement effectif auquel le SRV ou SRD effectue les mesures. L’analyse ci-dessous mentionne le SRV mais est également valable pour le SRD.

L'élément sensible du capteur SRV est constitué d'une tige et d'une masse fixée à son extrémité, cette tige et la pointe sont circulaires et cylindriques. L'autre extrémité est connectée au corps qui contient les transducteurs d'excitation et de détection.

Le capteur vibre en torsion, les résonateurs de torsion sont plus stables et mieux isolés de leur environnement mécanique. Les résonateurs de torsion cylindriques vibrent parallèlement à leurs propres surfaces. Ils sont influencés par les forces de cisaillement et sont donc principalement sensibles aux forces dissipatives (amortissement visqueux) plutôt qu'aux effets de charge de masse (également souvent appelés amortissement inertiel).

La viscosité d'un fluide non newtonien peut changer en fonction du taux de cisaillement auquel il est soumis. Cela signifie qu'une seule valeur de viscosité ne peut pas être associée à ce type de fluides dans tous les états (par exemple statique, circulant à différentes vitesses). 

Les viscosimètres de laboratoire permettent souvent aux utilisateurs de modifier le taux de cisaillement ou la vitesse de rotation à laquelle la viscosité est mesurée. Rheonics SRV et SRD ont un taux de cisaillement généralement beaucoup plus élevé que celui des instruments de laboratoire et les utilisateurs ne peuvent pas le modifier.

Il est possible d'avoir une idée qualitative sur la plage de cisaillement attendue pour les capteurs de viscosité SRV et les calculs sont présentés dans cet article. Cela permet de qualifier (et dans une certaine mesure de quantifier) ​​les conditions dans lesquelles la viscosité est mesurée et de corréler les lectures avec d'autres instruments.

Cependant, les corrélations réelles entre le cisaillement des mesures de viscosité de type SR et d'autres instruments de laboratoire sont pour la plupart empiriques et peuvent ne pas correspondre à l'estimation qualitative. Le taux de cisaillement estimé peut ne pas correspondre exactement à la valeur de viscosité d'un rhéomètre. Considérez que Rheonics Les capteurs sont des dispositifs de contrôle de processus plus qu'un simple capteur de viscosité, mettant l'accent sur une répétabilité extrêmement élevée et une reproductibilité des mesures avec une résolution inégalée (souvent 10 à 100 fois supérieure à celle des instruments de laboratoire).

Deux paramètres sont les plus importants pour l'estimation du cisaillement : l'amplitude de la vitesse et l'épaisseur de la couche limite. Il est nécessaire de calculer les paramètres suivants.
La contrainte de cisaillement est donnée par :

Équation 1 : contrainte de cisaillement.

Pour un fluide newtonien, η est une constante matérielle caractéristique du fluide, ∂v/∂x est le taux de cisaillement dans le fluide. En appliquant les équations de Navier-Stokes, résolvant dans des conditions périodiques uniaxiales, la solution pour l'amplitude de la vitesse est :

Équation 2 : Amplitude de vitesse

Pour un fluide newtonien, η est une constante matérielle caractéristique du fluide, ∂v/∂x est le taux de cisaillement dans le fluide. En appliquant les équations de Navier-Stokes, résolvant dans des conditions périodiques uniaxiales, la solution pour l'amplitude de la vitesse est :

• x: distance du mur du capteur
• V: amplitude de vitesse à la surface du capteur, R est le rayon de la pointe
• δ : est l'épaisseur de la couche limite
• i: est la racine carrée de -1

La épaisseur de la couche limite peut être trouvé avec l'équation:

Équation 2 : Épaisseur de la couche limite

• η: viscosité dynamique
• ω: fréquence angulaire
• ρ: densité du fluide

En considérant qu'à x=2δ la vitesse chute à 13 % de la valeur à la surface du capteur. Le taux de cisaillement γ=∂v(0)/∂x à la surface du capteur (x=0) suit :

Équation 4 : Taux de cisaillement

Où l’amplitude de la vitesse V(R) (5) est donnée par :

 Équation 5 : Amplitude de vitesse

• R: Distance de l'axe vibratoire à la surface du capteur
• φ: Amplitude de vibration angulaire.

La pointe du SRV effectue une vibration rotationnelle sinusoïdale φ autour de son axe de symétrie.

 Équation 5 : Vibration de rotation sinusoïdale

Pour le SRV, la vitesse V(R) est d'environ 50 mm/s et la fréquence est de 7500 2 Hz → ω=7500π x XNUMX XNUMX

Le paramètre V(R) est indépendant de la viscosité, mais l'épaisseur de la couche limite du fluide δ augmente. Le graphique suivant montre le comportement du taux de cisaillement par rapport à la viscosité et montre la variation du taux de cisaillement en fonction de la viscosité et de la densité du fluide étudié.