Máy đo độ nhớt: Hướng dẫn thực hành

Máy đo độ nhớt là một dụng cụ được sử dụng để đo độ nhớt của chất lỏng và các đặc tính chảy của chất lỏng. Hãy thảo luận về các kiểu máy đo độ nhớt khác nhau, các đặc điểm bên trong của chúng và các yếu tố giúp thực hiện phép đo độ nhớt chính xác và có thể lặp lại.

Trong phân tích và nghiên cứu về bôi trơn, độ nhớt thường được coi là đặc tính quan trọng nhất của dầu gốc. Tại sao độ nhớt lại quan trọng trong việc bôi trơn máy móc? Đối với một, độ nhớt quá thấp sẽ cho phép tiếp xúc bề mặt giữa các thành phần bên trong chuyển động để tạo ra mài mòn.

Mặt khác, độ nhớt quá cao sẽ buộc máy phải làm việc nhiều hơn để vượt qua sức cản chảy bên trong của chất bôi trơn. Vì lý do này, điều quan trọng là phải hiểu không chỉ độ nhớt của dầu gốc mà còn phải hiểu nó có thể thay đổi như thế nào do điều kiện vận hành hoặc môi trường biến động.

Máy đo độ nhớt so với Máy đo độ nhớt

Độ nhớt là thước đo khả năng chống chảy của chất lỏng (ứng suất cắt) ở một nhiệt độ nhất định. Khi điều kiện dòng chảy thay đổi, không phải tất cả các chất lỏng đều giữ được độ nhớt không thay đổi. Chất lỏng trong đó độ nhớt thay đổi theo điều kiện chảy được gọi là chất lỏng không Newton. Độ nhớt của các loại chất lỏng này được đo bằng máy đo lưu biến. Máy đo độ nhớt đo độ nhớt của chất lỏng Newton.

Động học so với độ nhớt tuyệt đối

Trong số các phương pháp đo độ nhớt khác nhau, có hai cách khác nhau để biểu thị độ nhớt : độ nhớt động học và độ nhớt tuyệt đối. Sự khác biệt chính giữa cả hai là độ nhớt động học được đo bằng cách quan sát sức cản của chất lỏng đối với dòng chảy dưới tác dụng của trọng lực, trong khi độ nhớt tuyệt đối được đo bằng cách quan sát sức cản của chất lỏng đối với dòng chảy dưới một lực bên ngoài và được kiểm soát, thông qua một ống mao dẫn hoặc bằng chuyển động của một cơ thể qua chất lỏng.

Độ nhớt động học được báo cáo bằng centistokes (cSt), nhưng độ nhớt tuyệt đối được báo cáo bằng centipoise (cP). Để tiện so sánh, độ nhớt tuyệt đối thường được chuyển thành độ nhớt động học bằng cách chia nó cho trọng lượng riêng của chất lỏng (SG).

cSt = cP / SG hoặc nghịch đảo của phương trình: cP = cSt x SG

Phương pháp kiểm tra độ nhớt

Một số phương pháp đã được thiết lập để kiểm tra độ nhớt và mỗi phương pháp đều có những ưu điểm. Dưới đây là danh sách các kỹ thuật phổ biến nhất được sử dụng trong kiểm tra độ nhớt của dầu gốc.

Kiểm tra độ nhớt mao quản (Thủy tinh)

Thiết bị chính được sử dụng trong thử nghiệm nhớt kế mao quản là một ống thủy tinh có hình dạng chung của chữ “U”, tên gọi chung của nó là ống chữ U. Quy trình đối với ống chữ U yêu cầu ống phải được ngâm trong bể được kiểm soát nhiệt độ (thường là 40 hoặc 100 độ C) và đọc thời gian chính xác (tính bằng giây) cho thời gian cần một lượng chất lỏng cố định để chảy trong ống từ một điểm đánh dấu này đến một điểm khác bằng cách hút hoặc thông qua lực của trọng lực.

Thời gian đo được này sau đó được nhân với một hằng số (liên quan đến ống cụ thể) để tính độ nhớt tuyệt đối (lực hút) hoặc độ nhớt động học (lực hấp dẫn).

Kiểm tra độ nhớt quay

Đặc tính chính của nhớt kế quay là thiết bị quay, được gọi là trục xoay, được đặt chìm trong chất lỏng thử nghiệm. Sau đó, mô-men xoắn trên trục quay được sử dụng để đo sức cản của chất lỏng đối với dòng chảy.

Vì phép đo này không liên quan đến lực hấp dẫn mà là một hàm của ứng suất cắt bên trong của chất lỏng, nên nhớt kế quay sẽ tính toán độ nhớt tuyệt đối của chất lỏng. Một biến thể phổ biến của loại nhớt kế này được gọi là nhớt kế Brookfield.

Một biến thể nâng cao của nhớt kế quay là nhớt kế Stabinger. Nó sử dụng một trục quay nổi độc lập đã được sửa đổi được điều khiển bằng lực điện từ để tạo ra chuyển động quay trong chất lỏng. Điều này là thuận lợi vì nó loại bỏ nhiệm vụ khó khăn của việc bao thanh toán trong ma sát ổ trục của một động cơ gắn liền với trục chính.

Thử nghiệm đo độ nhớt pít tông rơi và bi rơi

Các lựa chọn thay thế ít phổ biến hơn để đo độ nhớt bao gồm quả bóng rơi và máy đo độ nhớt piston rơi. Trong các thử nghiệm này, một quả bóng hoặc pít-tông được phép rơi vào chất lỏng và thời gian được đo giữa quá trình đi từ điểm được đánh dấu này đến điểm được đánh dấu thứ hai. Để tính toán độ nhớt phù hợp với định luật Stokes, phải biết vận tốc đầu cuối, kích thước và mật độ của quả bóng hoặc piston.

Các phương pháp thử nghiệm khác

Trong một số trường hợp không phổ biến trong kiểm tra độ nhớt của dầu, phương pháp bong bóng có thể được sử dụng. Thử nghiệm này thường liên quan đến việc đo thời gian để bong bóng bay lên một khoảng cách cụ thể. Thời gian đo này sau đó có thể được liên kết tỷ lệ với độ nhớt của chất lỏng. Một biến thể khác bao gồm đo khả năng chống rung từ một đầu dò.

Các loại máy đo độ nhớt

Mặc dù có một số phương pháp xác định độ nhớt nhưng hầu hết các máy đo độ nhớt đều được bán trên thị trường để phù hợp nhất với mục đích sử dụng của chúng. Dưới đây là danh sách các loại máy đo độ nhớt này.

Máy đo độ nhớt di động

Như tên của nó, máy đo độ nhớt cầm tay được thiết kế để sử dụng ở bất cứ nơi nào không thực tế trong phòng thí nghiệm. Trong nhiều ứng dụng tại chỗ và tại hiện trường, máy đo độ nhớt là cần thiết để cung cấp các kết quả đo độ nhớt gần đúng, nhanh chóng thường nhằm mục đích đảm bảo phân tích sâu hơn.

Máy đo độ nhớt nhỏ tại chỗ

Để có kết quả đo độ nhớt chính xác hơn, các máy đo độ nhớt nhỏ tại chỗ được bán trên thị trường cho các thiết lập phòng thí nghiệm nhưng với giá cả hợp lý. Những máy đo độ nhớt như vậy bao gồm các loại ống chữ U hoặc Brookfield. Trong khi có một số biến thể của máy đo độ nhớt ống chữ U, ba trong số những biến thể nổi tiếng nhất là Ostwald, Cannon-Fenske và Ubbelohde.

Máy đo độ nhớt đầy đủ dịch vụ

Để có được mức độ chính xác cao nhất trong kiểm tra độ nhớt, phải sử dụng máy đo độ nhớt đầy đủ dịch vụ. Các thiết bị này thường có khả năng tự động kiểm tra động học và độ nhớt tuyệt đối trong một phạm vi nhiệt độ rộng cũng như cung cấp các tính toán về mật độ và trọng lượng riêng. Một thách thức phổ biến mà các phòng thí nghiệm phân tích dầu phải đối mặt với các mẫu yêu cầu nhiều thử nghiệm là khả năng thực hiện các thử nghiệm này với càng ít mẫu càng tốt.

Một số loại nhớt kế toàn dịch vụ phức tạp hơn có thể thực hiện các phép đo chính xác với độ lặp lại 0,1% bằng cách sử dụng cỡ mẫu nhỏ hơn 0,1 mililit. Trong các phòng thí nghiệm lớn kiểm tra hàng trăm mẫu mỗi ngày, đây là một lợi thế cần thiết của máy đo độ nhớt dịch vụ đầy đủ.

Máy đo độ nhớt nội tuyến / trực tuyến

Trong khi hầu hết việc kiểm tra độ nhớt của dầu được tiến hành sau khi thu được mẫu chứa, một số máy đo độ nhớt có thể cung cấp các kết quả đo độ nhớt liên tục trong các đường dòng hoạt động. Điều này thường được thực hiện bằng một cảm biến hoặc bộ chuyển đổi trực tiếp (một phần của đường ống) hoặc trực tuyến (bỏ qua dòng hoặc bộ chuyển đổi). Các phép đo độ nhớt được thực hiện và sau đó được gửi điện tử dưới dạng tín hiệu đến máy tính hoặc thiết bị giám sát bổ sung.

Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo độ nhớt

Mặc dù độ nhớt của chất lỏng có thể đơn giản để phân tích, nhưng việc thực hiện các phép đo chính xác trên chất lỏng đó có thể là một nhiệm vụ khó khăn. Một số yếu tố phải được biết và giữ không đổi để phép đo có hiệu quả, bao gồm những yếu tố sau:

Nhiệt độ

Về tầm quan trọng, nhiệt độ là độ nhớt cũng như độ nhớt đối với dầu gốc. Trách nhiệm duy nhất của bể được kiểm soát nhiệt độ là đảm bảo toàn bộ thí nghiệm đo độ nhớt duy trì ở nhiệt độ chính xác (thường là 40 hoặc 100 độ C) và được kiểm soát trong phạm vi 0,02 độ C. Việc quản lý bể ở mức độ này có thể là một thách thức các máy đo độ nhớt phức tạp hơn bao gồm hệ thống bể được kiểm soát nhiệt độ như một phần của thiết bị.

Kính đo độ nhớt

Máy đo độ nhớt mao quản không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ để có độ chính xác mà còn phụ thuộc vào đường kính bên trong chính xác trong ống. Vì lý do này, các ống thủy tinh này được tạo thành bằng thủy tinh borosilicat được ủ hoàn toàn, có độ giãn nở thấp và thường đi kèm với hằng số nhớt kế của ống làm hệ số hiệu chỉnh. Hiệu chuẩn lại hằng số của nhớt kế hàng năm và phù hợp với nhiệt độ mà nó sẽ được sử dụng là thông lệ phổ biến để đảm bảo càng ít sai số càng tốt. Phương pháp hiệu chuẩn được quy định trong ASTM D446.

Kích thước máy đo độ nhớt

Máy đo độ nhớt có kích thước khác nhau do có nhiều loại độ nhớt có thể được kiểm tra. Khuyến cáo rằng một máy đo độ nhớt nên mất ít nhất 200 giây (đối với phép đo thủ công bằng đồng hồ bấm giờ) để chất lỏng thử nghiệm đi từ điểm đã đánh dấu này sang điểm khác để tránh sai sót của con người.

Rửa sạch giữa các phép đo

Một yếu tố thử nghiệm quan trọng khác của nhớt kế là chất lượng của nước rửa trong ống giữa các lần đo. Thông thường, các công đoạn làm sạch, tráng và làm khô được thực hiện bằng cách sử dụng các dung môi không có cặn khác nhau. Trong các phòng thí nghiệm, nơi mẫu được chạy liên tục trên máy đo độ nhớt khối lượng lớn, hệ thống làm sạch tích hợp đảm bảo hiệu quả làm sạch. Tuy nhiên, vẫn cần phải kiểm tra bằng mắt để xác định xem có cần thiết phải thực hiện chu kỳ rửa thứ hai hay không, đặc biệt là đối với các loại dầu đã qua sử dụng.

Các yếu tố quan trọng khác có thể ảnh hưởng đến phép đo độ nhớt bao gồm phương pháp và độ chính xác của thiết bị định thời, xử lý mẫu thích hợp, kiểm soát chất lượng chuyên sâu và liên tục.

Việc đo độ nhớt đã phát triển qua nhiều năm với nhiều phong cách và phương pháp khác nhau. Theo sự tín nhiệm của ASTM và Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO), các phương pháp, quy trình, hiệu chuẩn, làm sạch và các yếu tố khác của nhớt kế đã được phát triển để đảm bảo độ chính xác và nhất quán giữa các loại nhớt kế khác nhau.

Xét cho cùng, với độ nhớt là đặc tính vật lý quan trọng nhất của dầu gốc, những nỗ lực thực hiện phép đo độ nhớt thông qua các phương pháp cẩn thận và tiêu chuẩn nghiêm ngặt có thể tương đương với việc bôi trơn máy móc đáng tin cậy hơn và cuối cùng là máy móc bền lâu hơn.

Nguồn: www.machinerylubrication.com