Фото вискозиметр: Каталог промышленных товаров, прямые запросы производителям.

WANT Balance Instrument Co. , Ltd. в основном занимается исследованиями, производством и продажей электронных весов уже более пятнадцати лет.

Наша фабрика обладает солидными техническими возможностями и управляет научно-исследовательским институтом, который занимается исследованиями и разработками электронных весов. Уровень технического мастерства Want balance занимает лидирующие позиции среди продуктов той же категории. Наши продукты продаются во многих странах и широко ценятся нашими клиентами из-за …

Просмотреть все

Доска объявлений

С-тик

Выставка

Пошлите Ваше сообщение этому продавцу

* От:

* Кому:

Миссис ВераХоу

* Сообщение:

Введите от 20 до 4000 символов.

Это не то, что вы ищете?  Опубликовать запрос на поставку сейчас

Универсальный наномеханический вискозиметр Стокса | Scientific Reports

Abstract

Несмотря на то, что для измерения вязкости жидкостей использовались многие традиционные подходы, большинство методов не позволяют проводить быстрые бесконтактные измерения на образцах малого объема и универсально применимы ко всем жидкостям. Здесь мы демонстрируем простой, но универсальный вискозиметр, предложенный Стоксом более века назад, использующий затухание капиллярных волн, генерируемых электрически и измеряемых оптическим методом с субнаномасштабной точностью. Используя локальное возбуждение жидкостей слабым электрическим полем, мы генерируем квазимонохроматические распространяющиеся капиллярные волны и используем пару однолинзовых компактных интерферометров для измерения затухания капиллярных волн в режиме реального времени. {4 }~\text{мПа} \, \text{с}\). Кроме того, мы обсуждаем два дополнительных механизма демпфирования наномеханических капиллярных волн, вызванных трением дна и появлением верхнего нанослоя в микролитровых каплях. Такие самостабилизирующиеся капли в сочетании с прецизионными интерферометрами образуют интересную микроскопическую платформу для пикомеханической оптофлюидики для фундаментальных, промышленных и медицинских приложений.

Введение

Более века назад Стокс предложил концептуально элегантную и универсальную идею определения вязкости жидкости с помощью затухания наномеханических капиллярных волн ¹ . Однако было предпринято несколько попыток реализовать универсальную идею Стокса из-за проблем с управляемой генерацией и точным обнаружением наномеханических капиллярных волн в произвольных жидкостях. С помощью волоконно-оптического зонда измерялась вязкость объемной воды путем генерации стоячих капиллярных волн в контейнере длиной в фут 9. 0044 2 . Кроме того, волоконно-оптический интерферометр имел ограниченное рабочее расстояние, не обладал наноразмерной точностью и, что важно, не мог измерять вязкость окрашенных жидкостей, а также очень вязких медоподобных образцов.

Помимо того, что традиционные контактные методы требуют большого количества жидкости, они медленные. Например, пропуская жидкости через тонкие капилляры или отслеживая объекты, падающие через неподвижную жидкость, время измерения зависит от вязкого сопротивления и может составлять несколько часов для высоковязких жидкостей ³ .

Многие бесконтактные оптические вискозиметры на основе оптического пинцета ^4,5,6,7,8 , микрофлюидики ^9,10,11 и лазерной деформации поверхности ¹² также были разработаны. Методы, основанные на использовании оптического пинцета, определяют вязкость в микрометровом масштабе путем анализа движения оптически ограниченных микрочастиц в жидкости ^4,5,6,7,8 . Метод лазерной деформации поверхности измеряет вязкость, используя временную задержку отклика жидкости после импульсного лазерного облучения ¹² . Хотя полностью оптическое возбуждение поверхности раздела жидкости с использованием радиационного давления и оптического обнаружения динамики поверхности является привлекательным, эти подходы ограничены полупрозрачными образцами, поскольку в противном случае лазерное поглощение по существу вызывает тепловые эффекты, которые конкурируют с вязким демпфированием. Несколько методов использовались для изучения поверхностных волн в жидкостях, таких как фотонная корреляционная спектроскопия (PCS) ¹³ тепловых флуктуаций, рассеяние света ^14,15 , дифракция от динамической решетки на поверхности жидкости ^16,17,18 , визуализация ^19,20,21 , профилометрия ^22,23 и лазерная интерферометрия ^24,25 . В методе фотонно-корреляционной спектроскопии, хотя тепловые флуктуации могут возбуждать поверхностные волны в большинстве жидкостей, измерение затухания с использованием уширения линий рассеянного лазерного света требует времени интегрирования около 20 с и, следовательно, не может измерять наномеханическую деформацию в режиме реального времени. {4} ~\text{мПа}\,\text{с}\), в соответствии с их известными значениями. Кроме того, для микролитров неподвижных капель жидкости мы демонстрируем повышенное затухание поверхностных волн из-за нижнего трения и адсорбированного верхнего слоя по сравнению с объемной жидкостью, предполагая, что такие самостабильные капли в сочетании с прецизионными интерферометрами создают привлекательную микроскопическую платформу для исследования. пикомеханическая оптофлюидика. 9{2}} \end{aligned}$$

(4)

Путем измерения \(v_g\) и \(\alpha\) с использованием одновременного двухточечного обнаружения в нашей установке ( k — экспериментальный параметр и \(\rho\) известно) вязкость \(\eta\) можно точно определить из уравнения (4). Точность в \(\eta\) определяется погрешностью измерений положения зонда и амплитуды волны, которая оценивается как \(0,01~\text{мПа} \, \text{с}\) с использованием распространения ошибки в наших измерениях.

Результаты

Методика

Наша экспериментальная установка показана на рис. 1. Жидкий образец (\(\sim 30\) мл) был помещен в чистый стеклянный контейнер с прямоугольным дном для возбуждения капиллярной волны в основном вдоль оси x. Высота жидкости (\(h \sim 1\) см) была выбрана из условия глубокой жидкости, где \(h > 0,5\lambda\), для типичной длины волны капиллярной волны в диапазоне ( \(\lambda = 0,2{-}1\) см). Этот режим параметров также позволяет избежать дополнительного демпфирования из-за вклада трения от нижней поверхности контейнера. Объем образца можно дополнительно уменьшить до нескольких мл за счет уменьшения размера основания контейнера и миниатюризации iLens и электрода.

Схема экспериментальной установки для измерения вязкости по капиллярным волнам. Капиллярные волны генерировались электрически с несколькими острыми краями, и их динамика определялась двумя простыми и компактными интерферометрическими датчиками. Высококонтрастные круговые интерференционные полосы были получены путем совмещения отражений от линз и поверхности жидкости. Фотодиоды (D1 и D2) регистрируют интенсивность центральной полосы на осциллографе. iLens1,2: однолинзовые интерферометры, BS: светоделитель. На вставке представлено смоделированное электрическое поле электрода при напряжении 50 В. Схематический рисунок создан в Canvas X, версия: X Built 9.25. https://www.canvasgfx.com/.

Полноразмерное изображение

Капиллярные поверхностные волны генерировались электрически с использованием гребенчатого электрода, состоящего из нескольких лезвий ножа с остротой каждого края около 250 нм (см. дополнительный рисунок S1 для изображения, полученного с помощью электронного микроскопа). Наша конструкция электрода усилила электрическое поле на поверхности жидкости, чтобы адекватно привести в действие жидкость при низком напряжении \(0{-}50~\text{V}\). Электрод располагался на несколько десятых миллиметра (\(\sim 100{-}200~\upmu \text{m}\)) над поверхностью жидкости, а общая ширина электрода \(\delta w =500~\upmu \text{m})\) был намного меньше длины волны возбуждения. Расстояние между электродом и жидкостью оптимизировано экспериментально, чтобы быть как можно ближе к поверхности жидкости для обнаружения срабатывания, не вызывая короткого замыкания из-за колеблющейся поверхности жидкости. Для возбуждения квазимонохроматических капиллярных волн на электрод подавалось синусоидальное напряжение заданной фиксированной частоты в диапазоне \((10{-}160~\text{Hz})\). Применение разности потенциалов между электродом и жидкостью создавало сильное электрическое поле (\(\sim 1000~\text{В}/\text{см}\)) под электродом и перпендикулярно поверхности жидкости. Моделирование Comsol электрического потенциала и линий электрического поля для экспериментальной геометрии показано на вставке к рис. 1 и более подробно описано на дополнительном рис. S2. Применение синусоидального локального возбуждения генерирует бегущие поверхностные волны точно такой же частоты, которые затем распространяются от источника. Поскольку поперечная длина лезвия (в направлении y) намного больше, чем его острота \(\delta w\), распространение волны происходит в основном по длине контейнера (в направлении \(\pm x\)). Амплитуда поверхностных волн экспериментально регулируется в диапазоне от нескольких микрометров до \(менее 100~\text{нм}\), контролируя приложенное напряжение или настраивая расстояние между электродом и жидкостью. Амплитуды капиллярных волн намного меньше возбуждаемых длин волн \((a<0,001\lambda )\), в соответствии с пределом применимости теоретических решений, чтобы избежать каких-либо нелинейных эффектов на дисперсию и затухание волн, которые могут возникают при возбуждении большой амплитуды ^26,27 . Стоит отметить, что наша электрическая активация хорошо работает для всех протестированных жидкостей, включая слабо (не) полярные жидкости, поскольку поверхности жидкости могут быть поляризованы осциллирующим электрическим полем, что приводит к обнаружению капиллярных поверхностных волн.

Для измерения наномеханического распространения и затухания капиллярных поверхностных волн мы измерили деформацию поверхности жидкости в двух разных точках с помощью пары универсальных интерферометров на основе одной интерференционной линзы (iLens). Ранее было показано, что интерферометр iLens обеспечивает точность около 20 пикометров на произвольных твердых поверхностях 9.0044 28 . Однако его применимость для зондирования поверхности жидкости ранее не демонстрировалась. He-Ne лазер (632 нм, 1 мВт на поверхности жидкости) был слабо сфокусирован \((2\omega _0=100~\upmu \text{m})\) на поверхности жидкости с помощью iLens и двух частичных отражения, одно от верхней поверхности iLens (опорный луч) и второе от поверхности воздух-жидкость, интерферировали на экране. В дополнение к тому, что это компактный и самокалибрующийся датчик, iLens легко воспроизводил кольца Ньютона, подобные высококонтрастным интерференционным полосам, для всех тестируемых жидкостей, включая гладкую прозрачную жидкость (воду) и черную диффузную жидкость (черные чернила). Пара датчиков iLens была разделена горизонтальным расстоянием \(\Delta x\), и iLens обеспечивал большое рабочее расстояние около 5 см от поверхности образца. Один из интерферометрических зондов (Зонд-II, см. рис. 1) был прикреплен к платформе линейного перемещения с размером шага \(0,05~\upmu \text{м}\) и горизонтальным перемещением 5 см для контроля расстояния между два зонда.

Для измерения затухания распространяющейся поверхностной волны в режиме реального времени мы измеряли амплитуды волн в двух точках \(x_1\) и \(x_2\) одновременно с помощью iLens1 и iLens2. Интенсивности центральных полос \(I_{D1}\) и \(I_{D2}\) измерялись независимо друг от друга с помощью пары пинхолов и быстрых фотодиодов \(D_1\) и \(D_2\) соответственно, а также электродное напряжение. Размер точечного отверстия обычно был менее 1 мм и оставался намного меньше ширины центральной полосы на плоскости детектора. Осциллирующая поверхность жидкости изменяет оптические длины между iLens1,2 и поверхностями жидкости в точках \(x_{1,2}\) и вызывает соответствующие изменения в сигналах частичных разрядов, которые использовались для непосредственного измерения амплитуд волн в двух точках зонда. Интенсивность центральной полосы обеспечивает самокалибрующееся измерение смещения поверхности. Вкратце, поскольку прошедший луч проходит двойной воздушный зазор между линзой и поверхностью жидкости, перемещение жидкости \(\lambda _{l}/4n=158~\text{нм}\), где \(\lambda _{ l}\) — длина волны лазера, а 9{\circ} \text{C}\) с \(RH\sim 55\pm 5\%\) во время эксперимента.

Вискозиметрия по затуханию капиллярных волн

На рис. 2а показаны наши измерения образца молока, воздействующего на частоту 40 Гц. Сигналы интенсивности центральных полос двух интерферометрических датчиков, разделенных расстоянием \(\Delta x = 2~\text{см}\), показаны вместе с синусоидальным приложенным напряжением (подробные данные см. на рис. S3). . Мы наблюдали, что в ответ на синусоидальное напряжение на поверхности молока возникают капиллярные волны той же частоты. Колеблющаяся поверхность жидкости периодически изменяет длину пути между линзой iLens и поверхностью жидкости, вызывая развитие интерференционных полос, как показано на рис. 2а. Во время положительного полупериода увеличение приложенного напряжения тянет поверхность жидкости вверх, вызывая развитие интерференционных полос наружу, которые схлопываются обратно при падении напряжения. Скорость развития полосы соответствует синусоидальной форме волны, соответствующей распространяющимся капиллярным волнам. Полосы развиваются равномерно в линейном режиме и замедляются вблизи впадины и гребня волны. Поскольку амплитуда волны экспоненциально затухает с расстоянием распространения, количество полос, возникающих во втором зонде, уменьшается по сравнению с первым зондом. Мы измерили амплитуду поверхностных волн, подсчитав количество полос, сдвинутых в одном направлении, и приравняв схлопывание половинных полос к 158 нм. Наш метод обнаружения предлагает субнанометровое разрешение для обнаружения наномеханических волн с точностью до миллионного часа. Вставка показывает экспериментальный минимальный уровень шума \(\sim 700~\text{pm}\), который рассчитывается после вычитания синусоидальной базовой линии ^28,29,30 .

Распространение и рассеивание капиллярных волн в молоке. ( a ) Интенсивность центральных полос \(I_{D1}\) и \(I_{D2}\) интерферометрических зондов, разделенных расстоянием (\(\Delta x=2\) см вместе с периодическим возбуждающим напряжением на частоте 40 Гц. На вставке показана точность нашего интерферометра с точки зрения остаточного шума \(\sim 700~\text{pm}\). Остаточный шум оценивается после вычитания фоновых колебаний за полупериод (пунктирная желтая линия). ( b ) Скорости капиллярных волн при различных частотах возбуждения для молока. Синие и красные квадраты — это измеренные значения, а сплошные линии — теоретические результаты. Планки погрешностей находятся в пределах размера точек данных.

Полноразмерное изображение

Коэффициент затухания \(\alpha\) был легко рассчитан по измеренным амплитудам в двух различных точках с использованием \(\alpha =ln(a_{1}/a_{2})/(x_{2}- x_{1})\), где \(a_{1}\) и \(a_{2}\) — амплитуды волн в точках \(x_{1}\) и \(x_{2}\) зонда соответственно. . Схема одновременных двухточечных измерений далее использовалась для измерения (групповой) скорости путем измерения временной задержки между сигналами, обнаруженными в двух положениях зонда, когда к амплитуде колебательного напряжения применялось внезапное ступенчатое увеличение, которое служило как референтное событие. Волновое событие с увеличенной амплитудой сначала достигает ближайшего Зонда-I в момент времени \(t_1\) и достигает Зонда-II в более позднее время \(t_2\), так как он дальше на расстояние \(x_2- х_1\). Задержка распространения dt измеряли с помощью быстрых фотодиодов с временем нарастания 1 нс. Второй зонд опирался на линейный поступательный столик (пунктирная рамка на рис. 1), и его горизонтальное смещение измерялось с точностью \(0,1~\upmu \text{m}\). Путем измерения расстояния \(\Delta x\) между двумя зондами и времени задержки dt была рассчитана групповая скорость. Наши измеренные значения скоростей хорошо совпадают с теоретически ожидаемыми значениями групповых скоростей \(v_g=d\omega /dk\) (рис.2b), полученными из дисперсионного уравнения поверхностных волн в капиллярном режиме 93\) где \(\сигма\) — поверхностное натяжение жидкости. Кроме того, для выбранной частоты колебаний длина волны капиллярных волн измерялась путем перемещения зонда и наблюдения за относительной разностью фаз между приложенным напряжением и сигналом зонда ЧР. Измеренная фазовая скорость \(v_p\) капиллярных волн для различных частот возбуждения хорошо согласуется с теоретическим соотношением \(v_p=\omega /k\) где \(\omega\) и k — угловая частота и волновая число поверхностных волн соответственно. Используя измеренные значения затухания и скорости, мы рассчитали динамическую вязкость молока (\(2,00\pm 0,30~\text{мПа} \, \text{с}\)). Мы также проверили наш результат, измерив тот же образец с помощью традиционного капиллярного вискозиметра, позволив молоку течь через тонкий капилляр (диаметром 1 мм и длиной канала 10 см) под действием силы тяжести и со значениями, указанными в литературе 9.{4}\) мПа с. Вискозиметр Стокса обладал уникальным преимуществом быстрого измерения благодаря быстрому затуханию микроскопических волн на большинстве образцов. Наши интерферометрические зонды производили высококонтрастные полосы от различных прозрачных и непрозрачных жидкостей даже от очень черных диффузионных поверхностей. На рис. 3 также показаны изображения тестируемых жидкостей с разной непрозрачностью. На рис. 3а показано экспоненциальное затухание нормированной амплитуды поверхностной волны (\(a_2/a_{2\_0}\)) в зависимости от положения зонда \(x_2\) для различных тестов. жидкости. \(a_2\) и \(a_{2\_0}\) — амплитуды волн на втором зонде \(x_2\) относительно его начального положения в \(x_{2\_0}\) соответственно. Расстояние распространения \(x_2\) сканировалось с помощью движущегося зонда iLens2. Для густых и тонких жидкостей выбран разный диапазон частот возбуждения. Менее вязкие жидкости возбуждались на более высоких частотах, так как затухание на более низких частотах очень меньше. Следует отметить, что волны в густой вязкой жидкости быстро затухают с увеличением расстояния распространения. Мы нанесли измеренные значения вязкости (в более темных полосах) для всех протестированных жидких образцов на рис. 3b, и наши результаты хорошо согласуются с ожидаемыми значениями (в более светлых полосах). Кроме того, мы сверили наши результаты с вязкостью, полученной с помощью традиционного контактного капиллярного вискозиметра. В таблице 1 показаны значения вязкости, измеренные с помощью нашего метода (измерено) и стандартного капиллярного вискозиметра (ожидается) для всех образцов со ссылками на литературу. Помимо многократного повторения для получения точных результатов, измерения с помощью капиллярного вискозиметра требуют много времени. Жидкости с высокой вязкостью, такие как глицерин, мед, могут пройти несколько часов, чтобы течь через капиллярный вискозиметр. Кроме того, очистка капилляра имеет решающее значение для предотвращения загрязнения и утомительна перед новым измерением. Напротив, с помощью нашей методики даже в густых жидкостях, таких как глицерин и мед, микромасштабные капиллярные волны могут быть легко возбуждены электрически и точно обнаружены в режиме реального времени на большом рабочем расстоянии с парой зондов, разделенных на несколько миллиметров. Также стоит отметить, что для используемых умеренных электрических полей мы не наблюдали каких-либо признаков нагрева жидкости или электрического пробоя образцов в ходе экспериментов.

Затухание капиллярных волн и измерения вязкости. ( a ) Экспоненциальное затухание нормализованной амплитуды поверхностных волн (в логарифмическом масштабе) с расстоянием распространения \(\delta x_2 = x_2-x_{2\_0}\) для различных протестированных жидких образцов. \(x_{2\_0}\) — начальное положение зонда II. Менее вязкие жидкости возбуждались на более высоких частотах, поскольку затухание на более низких частотах очень мало. ( b ) Измеренные (темные полосы) и ожидаемые (светлые полосы) значения вязкости для всех протестированных образцов. Также показаны изображения тестируемых жидкостей разной степени непрозрачности.

Изображение в натуральную величину

Полноразмерный стол

Дополнительные механизмы демпфирования: донное трение и поверхностная адсорбция

Два дополнительных механизма, вызывающих демпфирование распространяющейся капиллярной волны, заслуживают обсуждения. Один из-за трения, возникающего на нижней поверхности, и второй, возникающий из-за слоев загрязнения, если таковые имеются на поверхности жидкости. Важно различать эти различные режимы затухания волн, чтобы еще больше уменьшить размер установки, а также понять важные меры предосторожности для проведения чистых измерений.

При дальнейшем уменьшении объема пробы так, что глубина жидкости (h) становится меньше длины волны капиллярной волны, т. е. при \(h<0,5\лямбда\), поверхностная волна индуцирует тангенциальное течение у поверхности дна жесткой подложки. Из-за трения о дно в пограничном слое создается вертикальный градиент скорости, поддерживающий нулевую скорость у поверхности дна, что влияет на распространение и затухание волны. Распространение волны при наличии пограничного слоя может быть решено с использованием концепции толщины вытеснения, а пропорциональная потеря энергии волны за период колебаний из-за донного трения определяется выражением \(dE/E=(4\pi )( \eta /2\omega \rho )^{1/2}(k/\sin h[2kh])\) где \(\omega\) - угловая частота ¹ . Для малых 90 613 h 90 614 трение о дно добавляет существенную поправку к затуханию поверхностных волн, заданному ранее уравнением. (1)). Можно убедиться, что при больших 90 613 h 90 614 диссипация энергии за счет придонного трения исчезает, а оставшаяся диссипация согласуется с ранее рассмотренной внутренней диссипацией (уравнение (1)). Трение о дно становится преобладающим для объемов пробы мкл (или небольших капель), где высота жидкости довольно мала.

Эти три механизма затухания капиллярных волн выделены для лежащей капли воды на рис. 4а. Каплю аккуратно помещали на чистую стеклянную поверхность так, чтобы она имела большой диаметр следа \(\sim 2,5~\text{см}\) (намного больше, чем длина капилляра \(\sim 2,7\) мм). Это гарантирует, что поверхность раздела воздух-вода остается почти плоской вблизи центра капли, за исключением области контакта. Мы возбудили поверхностные волны \(\lambda =2,3~\text{мм}\) (\(\nu = 160~\text{Гц}\)) в центре разных капель с разной высотой воды. При \(h>0,5\лямбда\) вода ведет себя как глубокая вода, где трением о дно можно пренебречь, а измеренная диссипация обусловлена ​​только внутренними вязкими силами. При уменьшении глубины воды до \((h<0,5\lambda )\) проявляется донное трение и наблюдается увеличение затухания волн. Поверхностное загрязнение может повлиять на рассеяние на поверхности из-за отклонения поверхностного натяжения исходной жидкости. Чтобы продемонстрировать этот эффект, мы покрыли поверхность воды нанометровым слоем горчичного масла, как показано на вставке к рис. 4а (оценочная толщина около 500 нм). Мы наблюдали, что для капли, покрытой маслом, затухание волн было значительно выше. Глубина воды и толщина нефтяного слоя были рассчитаны по известному объему жидкости, разлитой в определенной базовой области. Измеренные и теоретические значения коэффициента затухания волны \(\alpha\) представлены на рис. 4b с заштрихованной областью различных вкладов диссипации энергии. Вода имеет очень низкую вязкость, и добавление на нее слоя масла заметно увеличивает затухание волн. Этот эффект известен как успокаивающее действие масла на воду. Наши результаты согласуются с данными по затуханию, приведенными в литературе для нефтяного слоя на воде ⁴⁰ . Эти демонстрации показывают, что необходимо тщательно избегать поверхностного загрязнения, а также выбирать соответствующую глубину воды для чистого измерения вязкости.

Проявление трех процессов затухания волны. ( a ) Экспоненциальное затухание амплитуды волны на глубокой воде \(h>0,5\лямбда\), на мелководье \(h<0,5\лямбда\) и на мелководье, покрытом тонким слоем горчичного масла при частоте 160 Гц. Вставка иллюстрирует изучаемую геометрию. ( b ) Измеренные и теоретические значения коэффициента затухания волны, \(\alpha\), нанесены с заштрихованной областью различных вкладов диссипации энергии. Планки погрешностей находятся в пределах размера точек данных (красный квадрат).

Изображение полного размера

Выводы

Мы демонстрируем универсальную бесконтактную электрооптическую установку для быстрого измерения вязкости по наномеханическому демпфированию поверхностных капиллярных волн. Наша методика разрешает наномеханическую динамику поверхностных волн с 9{4}\) мПа с. Кроме того, мы изолируем дополнительное демпфирование, вызванное трением о дно для мелких капель, а также проблему загрязнения образца при измерении вязкости. Улучшенное демпфирование значительно устранило флуктуации в тонких сидячих жидких каплях, предполагая, что такие самостабильные капли в сочетании с оптическими интерферометрами образуют привлекательную микроскопическую платформу для изучения интригующего явления границы раздела с беспрецедентным пикометрическим разрешением ^29,30 . Выделение трех различных механизмов демпфирования волн, в особенности отделение придонного трения от внутренних вязких напряжений, открывает путь к дальнейшей миниатюризации установки для определения вязкости с микролитровыми образцами жидкости. Будет интересно исследовать вязкость сложных биологических жидкостей и гелей, неньютоновские эффекты и их эволюцию при воздействии на такие системы внешних электрических, тепловых полей или полей давления ⁴¹ .

Методы

Подготовка образцов

Эксперименты проводились в чистом прямоугольном стеклянном контейнере размером \(10~\text{см} \times 3~\text{см}\times 1,5~\text{см}\) . Контейнер промывали 4–5 раз водой с отбеливающими средствами и каждый раз перед использованием выдерживали некоторое время, чтобы он полностью высох, чтобы избежать каких-либо проблем с загрязнением. Жидкости проб заливались непосредственно в контейнер без какого-либо внешнего контакта. Для справки: значения вязкости тестируемых жидкостей также рассчитывались с помощью капиллярного вискозиметра путем измерения времени, которое требуется им для протекания через тонкий капилляр.

Изготовление электродов

Для возбуждения наномеханических волн был разработан электрод с 5 острыми металлическими лезвиями с остротой 250 нм и толщиной \(100~\upmu \text{м}\), каждое из которых было установлено на изготовленном по специальному заказу пластике, напечатанном на 3D-принтере. Рамка. Колебательное напряжение на лопатках обеспечивалось функциональным генератором (Tektronix AFG1022) и усиливалось операционным усилителем мощности (Apex PA95).

Интерферометрические зонды

Обе линзы iLense представляли собой двояковыпуклые линзы с фокусным расстоянием \(f=5~\text{см}\) каждая, с покрытием с коэффициентом отражения 60:40 с одной стороны. Лазер-зонд представлял собой линейно поляризованный гелий-неоновый лазер мощностью 10 мВт с длиной волны 632 нм (Thorlab HNL100L). Мощность лазера контролировали на поверхности жидкости с помощью круглого колеса фильтра нейтральной плотности диаметром 10 см (Thorlabs, OD-4) и измеряли с помощью измерителя мощности (Thorlabs, модель PM100D). Размер лазерного пятна на поверхности жидкости измеряли с помощью профилировщика луча (Thorlabs, BP106-VIS).

Сбор данных

Быстрый фотодиод (время нарастания 1 нс, Thorlabs, DET10A) и осциллограф 2,5 Гвыб/с (DPO 3054) измерили интенсивность центральной полосы. Для точных измерений положения зонда использовался линейный моторизованный столик перемещения (Thorlab MTS50-Z8) с диапазоном перемещения 50 мм и минимальным шагом \(0,05~\upmu \text{м}\). Вся экспериментальная установка была собрана на парящем в воздухе оптическом столе Thorlab и закрыта кожухом для минимизации паразитных шумов. Измеренная температура окружающей среды составила \(20\pm 1 \, ^{\circ } \text{C}\) при относительной влажности \(\sim 55\pm 5\%\).

Ссылки

1. Лайтхилл, Дж. Волны в жидкостях (Cambridge University Press, 1978).

   МАТЕМАТИКА Google ученый

2. Behroozi, F., Lambert, B. & Buhrow, B. Прямое измерение затухания капиллярных волн с помощью лазерной интерферометрии: бесконтактное определение вязкости. Заяв. физ. Lett 78 , 2399–2401 (2001).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

3. Бэкон, Л. Р. Измерение абсолютной вязкости методом падающей сферы. Дж. Франкл. Инст. 221 , 251–273 (1936).

   КАС Статья Google ученый

4. Стаценко А., Инами В. и Кавата Ю. Измерение вязкости жидкостей с помощью оптического пинцета. Опц. Коммуна 402 , 9–13 (2017).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

5. Песке Г., Сассо А. и Фуско С. Измерение вязкости в микронном масштабе с использованием оптического пинцета. Rev. Sci. Инструм. 76 , 115105 (2005 г.).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

6. Чжан Ю. и др. Измерение микроскопической вязкости микрожидкостей с помощью системы динамического оптического пинцета. Лазерная физ. 24 , 065601 (2014).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

7. Болоньези Г., Бьянки С. и Ди Леонардо Р. Цифровое голографическое отслеживание микрозондов для многоточечных измерений вязкости. Опц. Экспресс 19 , 19245–19254 (2011).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

8. «>

   Немет, Б. А. и Кронин-Голомб, М. Измерение микроскопической вязкости с помощью оптического пинцета в качестве конфокального зонда. Заявл. Опц. 42 , 1820–1832 (2003).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

9. Андре, Э., Панначчи, Н., Далмаззоне, К. и Колин, А. Новый способ измерения вязкости в микрофлюидике на основе капель для высокопроизводительного анализа. Soft Matter 15 , 504–514 (2019).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

10. Li, Y., Ward, K.R. & Burns, M.A. Измерение вязкости с использованием микрофлюидной длины капли. Анал. хим. 89 , 3996–4006 (2017).

    КАС Статья Google ученый

11. Parker, W. C. et al. Измерение внутриклеточной вязкости с высоким разрешением с использованием зависящей от времени анизотропии флуоресценции. Опц. Экспресс 18 , 16607–16617 (2010 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

12. Йошитаке Ю., Митани С., Сакаи К. и Такаги К. Измерение высокой вязкости методом лазерной деформации поверхности. J. Appl. Phys 97 , 024901 (2005).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

13. Earnshaw, JC & McGivern, RC. Фотонная корреляционная спектроскопия тепловых флуктуаций поверхностей жидкости. J. Phys. Д заявл. физ. 20 , 82 (1987).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

14. Колевзон В. и Гербет Г. Спектроскопия светорассеяния поверхности жидкого галлия. J. Phys. Д заявл. Phys 29 , 2071 (1996).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

15. «>

    Хуанг, Дж. С. и Уэбб, В. В. Вязкое демпфирование тепловых возбуждений на границе раздела смесей критических жидкостей. Физ. Rev. Lett 23 , 160 (1969).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

16. Николич Д. и Нешич Л. Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкостей путем дифракции света на капиллярных волнах. Евро. J. Phys 33, 1677 (2012).

    Артикул Google ученый

17. Барик Т.К., Рой А. и Кар С. Простой эксперимент по дифракции света на мешающих поверхностных волнах жидкости. утра. Дж. Физ. 73 , 725–729 (2005).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

18. Оба, Т., Кидо, Ю. и Нагасака, Ю. Разработка лазерно-индуцированного метода капиллярных волн для измерения вязкости с использованием импульсного углекислотного лазера. Междунар. Дж. Термофиз. 25 , 1461–1474 (2004).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

19. Бартер, Дж. Д. и Ли, П. Х. Я. Анализатор поверхностных волн для визуализации жидких поверхностей. Заяв. Опц. 36 , 2630–2635 (1997).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

20. Бартер, Дж. Д. и Ли, П. Х. Я. Анализатор амплитудно-волнового спектра в режиме реального времени для границ раздела воздух-жидкость. Заявл. физ. лат. 64 , 1896–1898 (1994).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

21. Донг Дж., Ци Дж. и Мяо Р. Измерение затухания поверхностной волны жидкости методом дифракции. Браз. Дж. Физ. 37 , 1129–1133 (2007).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

22. «>

    Сакаи К., Татибана К., Митани С. и Такаги К. Лазерное возбуждение высокочастотных капиллярных волн. J. Коллоидный интерфейс Sci. 264 , 446–451 (2003).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

23. Ясумото, К., Хирота, Н. и Теразима, М. Лазерно-индуцированная капиллярная волна на границе раздела воздух/жидкость во временной области. Заяв. физ. лат. 74 , 1495–1497 (1999).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

24. Костли, Р. Д., Шах, В. В., Уинстед, С. Б., Сингх, Дж. П. и Баласубраманиам, К. Измерение вязкости с помощью генерируемых лазером и регистрируемых поперечных волн. Дж. Акуст. соц. Являюсь. 105 , 1630–1637 (1999).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

25. Шмыров А. , Мизев А., Шмырова А., Мизева И. Капиллярно-волновой метод: альтернативный подход к возбуждению волн и восстановлению профиля волн. Физ. Жидкости 31 , 012101 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

26. Деннер, Ф., Паре, Г. и Залески, С. Дисперсия и вязкое затухание капиллярных волн с конечной амплитудой. евро. физ. J. Special Top 226 , 1229–1238 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

27. Крэппер Г. Д. Точное решение для прогрессивных капиллярных волн произвольной амплитуды. J. Жидкостный мех. 2 , 532–540 (1957).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ MathSciNet Статья Google ученый

28. Мунджал П. и Сингх К. П. Универсальный интерферометр с одной линзой: к классу экономичных оптических устройств. Заяв. физ. Письмо 115 , 111102 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

29. Верма Г. и Сингх К. П. Универсальное нанометрическое изгибание воды под действием света на большие расстояния. Физ. Rev. Lett 115 , 143902 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

30. Чаудхари, К. и Сингх, К.П. Нанооптомеханика микрокапель с разрешением пикометра. Заяв. физ. Письмо 115 , 251103 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

31. Бехрузи Ф., Смит Дж. и Эвен В. Влияние вязкости на дисперсию капиллярно-гравитационных волн. Волновое движение 48 , 176–183 (2011).

    Артикул Google ученый

32. Бакши, А. С. и Смит, Д. Е. Влияние содержания жира и температуры на вязкость в связи с требованиями к перекачиванию жидких молочных продуктов. J. Dairy Sci 67 , 1157–1160 (1984).

    Артикул Google ученый

33. Bultmann, T. & Ernsting, N.P. Конкуренция между геминальной рекомбинацией и сольватацией полярных радикалов после сверхбыстрой фотодиссоциации бис(п-аминофенил)дисульфида. J. Phys. Chem 100 , 19417–19424 (1996).

    КАС Статья Google ученый

34. Антон-Паар-Индия-Пвт.-Лтд. Вязкость черных чернил. https://wiki.anton-paar.com/in-en/ink/ (основан в 1922 г.).

35. Ширру, М. М., Саттон, М., Дуайер-Джойс, Р., Смит, О. и Миллс, Р. Разработка нового ультразвукового вискозиметра для применения в реальном времени и на месте в двигателях (Tech. представителя, Технический документ SAE, 2015 г. ).

36. Сахасрабудхе С. Н., Родригес-Мартинес В., О’Меара М. и Фаркас Б. Э. Плотность, вязкость и поверхностное натяжение пяти растительных масел при повышенных температурах: измерение и моделирование. Междунар. J. Food Prop 20 , 1965–1981 (2017).

    КАС Google ученый

37. Антон-Паар-Индия-Пвт.-Лтд. Вязкость моторного масла. https://wiki.anton-paar.com/in-en/engine-oil/ (основан в 1922).

38. Такамура К., Фишер Х. и Морроу Н. Р. Физические свойства водных растворов глицерина. Дж. Бензин. науч. англ. 98 , 50–60 (2012).

    Артикул Google ученый

39. Гомес-Диас Д., Наваза Х.М. и Кинтанс-Ривейро Л.К. Влияние температуры на вязкость меда. Междунар. J. Food Prop. 12 , 396–404 (2009).

    Артикул Google ученый

40. «>

    Бехрузи П., Кордрей К., Гриффин В. и Бехрузи Ф. Успокаивающее действие нефти на воду. утра. Дж. Физ. 75 , 407–414 (2007).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

41. Allouche, M.H. и др. Экспериментальное определение вязкости при очень низкой скорости сдвига для жидкостей, разжижающих сдвиг, с помощью электрокапиллярности. J. Неньютоновская гидромеханика. 215 , 60–69 (2015).

    КАС Статья Google ученый

Ссылки на скачивание

Благодарности

KPS признателен за получение гранта STARS. Мы признаем возможности IISER для визуализации SEM.

Информация об авторе

Авторы и организации

1. Департамент физических наук, Индийский институт научного образования и исследований, Мохали, Город знаний, сектор 81, Манаули, 140306, Индия

   Комал Чаудхари, Пуджа Мунджал и Камал П. Сингх

Авторы

1. Комал Чаудхари

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

2. Pooja Munjal

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

3. Kamal P. Singh

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

Взносы

К.П.С. задумал эксперимент и руководил исследованиями. К.С. провел эксперимент, проанализировал данные и обсудил результаты с К.П.С. ВЕЧЕРА. помогло тестирование iLens. К.С. написал первоначальную рукопись. Все авторы рассмотрели рукопись.

Автор, ответственный за переписку

Переписка с Камаль П. Сингх.

Заявление об этике

Конкурирующие интересы

Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Дополнительная информация

Примечание издателя

Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Дополнительная информация

Дополнительная информация.

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии, что вы укажете соответствующую ссылку на первоначальный автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons на статью, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Комментарии

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

Gardco :: Цифровые вискозиметры эконом-класса

Главная  >>  Продукция  >>  Вязкость  >>  Экономичные цифровые вискозиметры     Вискозиметр Брукфилда или вискозиметр DVE отличается совершенно новым пользовательским интерфейсом и клавиатурой. Обновленный DVE сейчас имеет современный дизайн, переняв внешний вид семейства DV1, DV2T и DV3T. Он также предлагает выбор научные единицы измерения вязкости включая обе единицы СГС: сП (сантипуаз) и P (Пуаз) и единицы СИ: Па-с (Паскаль-секунды) и мПа-с (миллиПаскаль-секунды).   Привлекательный дисплей вискозиметра Брукфилда DVE отличается буквенно-цифровые символы, которые легко просматривать, как вблизи, так и на расстоянии. Пузырьковый уровень был удобно расположен на передней прибор под панелью дисплея, чтобы пользователи могут легко настроить инструмент для истинного Вертикальная позиция. Параметры теста на вязкость, включая шпиндель идентичность и скорость вращения, теперь могут быть быстро выбирается из таблицы в приборе Память. Новый дисплей показывает контрольные параметры тестирования (шпиндель, скорость) и измеренные значения (% крутящего момента, вязкость). Приложения включают: Низкая вязкость: клеи (на основе растворителя), биологические жидкости, химикаты, покрытия, чернила на водной основе, масла на водной основе, краски, латекс, фоторезист Средняя вязкость: клеи (термоплавкий), керамические суспензии, кремы, смолы, чернила (трафаретная печать), краски, бумажные покрытия и целлюлоза, пластизоли Высокая вязкость: асфальт, герметики, эпоксидные смолы, гелевые чернила (шариковые, офсетные), пасты, замазки, кровельные составы   Таблица выбора Модель Диапазон вязкости в сантипуазах (мПа·с) Максимальная скорость вращения Количество шпинделей в комплекте Мин. Макс. ЛВДВЭ 1¹ 2М .3 -100 (18) 4 РВДВЭ 100 13М .3 -100 (18) 6 ХАДВЕ 200 26М . 3 -100 (18) 6 №1 сП достигается с помощью переходника UL. 15 сП на LV со стандартными шпинделями   Видео   Цены Цены могут быть изменены    Цены указаны в долларах США только для внутренних поставок в пределах США, Канады и Мексики    Для экспортных заказов требуются расценки – нажмите здесь, чтобы получить расценки     Для получения дополнительной информации позвоните нам по телефону 1-800-762-2478 или 954 -946-9454. Артикул Описание Цены Все инструменты (RV/HA/HB) теперь включают шпиндели #2-7. Шпиндель №1 теперь является необязательным для нижнего диапазона. Защитная ножка на всех моделях HA/HB больше не входит в комплект. ВИ-052101 Цифровой вискозиметр LVDVE Economy 3 499,00 $ ВИ-052505 Цифровой вискозиметр RVDVE Economy 3 499,00 ВИ-052901 Цифровой вискозиметр HADVE Economy 3 499,00

Новая страница 1

			Шаг вперед в технологии бетона					А фото всех вискозиметров ConTec: Слева направо: Visco5, Visco4, BML, Visco6.
	Вискозиметр BML
			BML-вискозиметр Виско-4    Виско-4 SCC    Visco 5 Виско 6
	Дом О нас Вискозиметры Аксессуары   Программное обеспечение Реология   Информация@ConTec		Con Tec предлагает 4 (5) типа вискозиметров Вискозиметр ConTec BML 3 — для раствора и бетона Вискозиметр ConTec 4 — для паст и растворов Вискозиметр ConTec 4 SCC — модифицирован для тестирования также SCC Вискозиметр ConTec 5 —  для раствора и бетона Вискозиметр ConTec 6 — для паст и растворов Протокол испытаний Для оценки точности вискозиметры ConTec (с широким диапазоном радиуса внутреннего и внешнего цилиндров, а также высоты внутреннего цилиндр) были протестированы с коммерческим маслом CylEsso 100. Подробнее информация (pdf-файл)
		ннн	Вискозиметр BML Вискозиметр с коаксиальным цилиндром для суспензии твердых частиц, подходящий для измерения реологических свойств цементного теста, раствора и бетона с осадкой 80 мм или выше. При испытании более жесткого бетона блок соосных цилиндров заменяется системой крыльчатки с лопастями. Реологические свойства описываются фундаментальными параметрами в Модель Бингама, предел текучести и пластическая вязкость. Они есть рассчитывается по модифицированному уравнению Райнера-Ривлина или для бетона по Plugg уравнение. Можно также использовать значения G и H вместо параметры Бингама, и им часто отдают предпочтение, поскольку они проще и легче реализовать.
			Процесс расчета также определяет склонность бетонной смеси к расслаиванию по коэффициенту расслаивания (S), который можно рассматривать как изменение вязкости в процессе испытаний. Указанный диапазон рабочих характеристик вискозиметра BML- для крутящего момента 0,27 Нм — 27 Нм а для скорости вращения 0,1 оборота в секунду (об/с) — 0,6 об/с при нормальные условия испытаний. Абсолютный диапазон как скорости, так и крутящий момент может быть дополнительно отрегулирован. Для модели WO-2 скорость вращения диапазон составляет 0,05 об/с — 0,65 об/с, а диапазон крутящего момента составляет 0,27 Нм — 28,2 Нм. более поздняя модель WO-3 , усовершенствованная версия модели WO-2, имеет расширенный диапазон производительности для скорости вращения 0,0022 об/с — 0,85 об/с и диапазон крутящего момента 0 — 60 Нм. Очень низкая скорость вращения WO-3 Модель позволяет измерить кривую напряжения-деформации образца смесь, важный фактор в отношении уплотнения бетона. Высота диапазон крутящего момента модели WO-3 абсолютно необходим при тестировании высоких производительный бетон. Вискозиметр BLM изготовлен из толстого стальные пластины на стальной раме, чтобы противостоять окружающей среде в цементе и заводы по производству бетона или строительные площадки. Опционально инструмент могут работать при температурах от -15 до +60С. Общее время тестирования обычно занимает около 3-4 минут, то есть время от заполнения внешнего цилиндра до его повторного опорожнения. В течение в этот период бетон подвергается прямому движению всего 75 секунд в стандартной процедуре тестирования. Об измерении цистемы для вискозиметра BML (pdf-файл)
			Вискозиметр 4 Вискозиметр для измерения реологических свойств растворов, цемента на основе ремонтных материалов, растворов и паст. ConTec представляет новый тип вискозиметра, который использует то же измерение как вискозиметр BML для строительных растворов и паст, Вискозиметр ConTec 4.  Это вискозиметр с коаксиальным цилиндром с внешним цилиндром. вращающийся. Внутренний цилиндр такой же, как у вискозиметра BML. Трехкомпонентный блок, состоящий из верхнего кольца, нижнего блока и верхнего блока. Стандартным внутренним цилиндром является измерительная система М-170. Нижний блок внутренний цилиндр фиксируется, чтобы предотвратить ошибку из-за трехмерного срез по низу. Верхний блок измеряет крутящий момент и верхнее кольцо обеспечивает правильную высоту зоны резки.       Вискозиметр 4 SCC			Вискозиметр 4
			Вискозиметр 5 Новый вискозиметр ConTec 5 для раствора и бетона (Dmax ≤ 25 мм). Запросите дополнительную информацию: info@ConTec Вискозиметр 6 Новый вискозиметр ConTec 6 для строительных растворов и паст намного меньше, чем другие вискозиметры (Dmax ≤ 5 мм) Запросите дополнительную информацию: info@ConTec Вискозиметр 5    Вискозиметр 6
			Посмотреть фото все вискозиметры ConTec: Слева направо: вискозиметр 5, вискозиметр 4, вискозиметр BML, вискозиметр 6.
			ConTec Laugarasvegur 30 — 104 Рейкьявик — Исландия —  Тел. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий *