DIN 53019-1 Pomiar lepkości i krzywych płynięcia za pomocą wiskozymetrów rotacyjnych – Część 1: Zasady i geometria pomiaru

Norma „DIN 53019-1 Wiskozymetr – Pomiar lepkości i krzywych płynięcia za pomocą wiskozymetrów rotacyjnych – Część 1: Zasady i geometria pomiaru”, wydana przez Niemiecki Instytut Normalizacyjny (DIN), opisuje pola przepływu do pomiaru zachowania się płynów newtonowskich i nienewtonowskich w wiskozymetrach rotacyjnych, określając konkretne geometrie pomiaru. Zachowanie się przepływu jest definiowane przez lepkość ścinającą, funkcję lepkości ścinającej, krzywą lepkości lub krzywą płynięcia. Charakterystyki tej normy obowiązują w następujących warunkach:

Ciecz nie powinna ślizgać się po powierzchniach granicznych (przyleganie do ścianek).
Siły przyspieszające w płynie muszą pozostać na tyle małe, aby proces przepływu był determinowany wyłącznie przez laminarny, stacjonarny przepływ warstwowy.
Lokalne i czasowe różnice temperatur w płynie powinny być pomijalnie małe.
Pola przepływu są definiowane przez powierzchnie brzegowe (proste powierzchnie brzegowe), z których każda składa się z powłoki cylindrycznej, powłoki stożkowej lub obszaru kołowego. W praktyce stosuje się również złożone powierzchnie brzegowe.
Granice inne niż te proste powierzchnie graniczne nie powinny mieć wpływu na pole przepływu.
Błędy oscylacji powierzchni i odchylenia osi powinny być pomijalnie małe.

Odchylenia od tej normy, jeżeli nie zostaną uwzględnione poprzez zastosowanie korekt (DIN 53019-3), prowadzą do zwiększenia niepewności pomiaru (DIN 53019-2).

Podczas stosowania wiskozymetrów rotacyjnych należy uwzględnić właściwości cieczy, charakterystykę procesu przepływu, konstrukcję przyrządów oraz odchylenia systematyczne wynikające z procedury eksperymentalnej. Norma DIN 53019-3 wymaga stałego pola przepływu między powierzchniami obracającymi się ze stałą prędkością kątową.

Z zakresu niniejszego wniosku wyłączone są następujące sytuacje:

Operacje otwierania i zamykania oraz drgania skrętne (oscylacje)
Dodawanie innych podstawowych przepływów na wierzch przepływu obrotowego
Odchylenia pomiarowe czystego czasu, prędkości i momentu obrotowego (DIN 53019-2)
Temperatura, ścinanie lub naprężenia ścinające.

W zakresie, w jakim czynniki wpływające prowadzące do systematycznych odchyleń pomiarów można określić ilościowo, norma DIN 53019-3 zawiera informacje na temat odpowiednich korekt. W przypadku odchyleń pomiarów, których nie można skorygować, podano wskazówki dotyczące ich unikania i szacowania odchylenia do wykorzystania w obliczeniach niepewności.

Norma DIN 53019-1 określa podstawowe zasady i wymagania dotyczące pomiaru lepkości (lepkości dynamicznej) i krzywych płynięcia (zachowań reologicznych przy zmiennym ścinaniu) za pomocą wiskozymetrów rotacyjnych. W szczególności koncentruje się ona na wykorzystaniu geometrii pomiarowej cylindra współosiowego (cylindra koncentrycznego), które są powszechnie akceptowane jako absolutne systemy pomiarowe.

W wiskozymetrze rotacyjnym wał (cylinder wewnętrzny) obraca się wewnątrz pojemnika (cylinder zewnętrzny) wypełnionego próbką. Mierzony jest moment obrotowy wymagany do utrzymania określonej prędkości obrotowej, co pozwala na obliczenie naprężenia ścinającego i szybkości ścinania (a tym samym wartości lepkości bezwzględnej), gdy geometria spełnia określone kryteria.

Główne zalety geometrii zgodnych z normą DIN 53019-1 to:

Określony, wąski luz pierścieniowy pomiędzy cylindrem i obudową zapewnia niemal stałą prędkość przesuwu w szczelinie.
Wyniki lepkości bezwzględnej (obliczalnej) (a nie tylko wartości względne/porównawcze).
Nadaje się do płynów newtonowskich i wielu płynów nienewtonowskich.

Główna treść tej normy jest następująca:

Zasady pomiaru obrotowego: moment obrotowy, prędkość kątowa, naprężenie ścinające, szybkość ścinania i lepkość.
Wymagania geometryczne dla układów pomiarowych (w szczególności cylindrów współosiowych):
Określone stosunki promienia wewnętrznego i zewnętrznego cylindra.
Ograniczenia szerokości szczeliny w celu zapewnienia równomiernej powierzchni ścinania.
Efekty krawędziowe i wygładzanie krawędzi.
Warunki prawidłowych pomiarów (np. przepływ laminarny, brak ścinania na ścianach, kontrola temperatury).
Wzory obliczeniowe dla szybkości ścinania, naprężenia ścinającego i lepkości.
Wytyczne dotyczące odpowiednich typów próbek (ciecze z cząsteczkami o wielkości do około 100 µm w wielu koncentrycznych układach cylindrycznych).

Norma DIN 53019 jest ściśle powiązana z normą ISO 3219 (która obejmuje również wiskozymetry rotacyjne z określoną geometrią cylindra współosiowego do pomiarów bezwzględnych). Kontrastuje to z normą ISO 2555 (lub DIN EN ISO 2555), która dotyczy pomiarów względnych z wykorzystaniem zasadniczo nieokreślonych geometrii. Podczas gdy norma DIN 53019 pozwala na uzyskanie rzeczywistych wartości lepkości bezwzględnej, wyniki z normy ISO 2555 są bardziej specyficzne dla danego instrumentu i jego konfiguracji.

Norma ta jest powszechnie stosowana w następujących obszarach:

Kontrola jakości farb, powłok, tuszy, klejów i polimerów.
Przemysł spożywczy (sosy, emulsje)
Kosmetyki i farmaceutyki
Petrochemia (oleje, środki smarne)

Część 2 tej normy (DIN 53019-2) dotyczy procedur pomiarowych, kalibracji i oceny, uzupełniając pierwszą część (DIN 53019-1), która skupiała się na zasadach i geometrii sprzętu.

W związku z tym norma DIN 53019-1 stanowi podstawę do dokładnego, powtarzalnego i bezwzględnego oznaczania lepkości za pomocą wiskozymetrów rotacyjnych o ściśle określonej geometrii cylindra współosiowego. Pozostaje ona kluczowym punktem odniesienia w europejskich laboratoriach reologii i badań materiałowych.

Nasza organizacja, dysponująca kompetentną i doświadczoną kadrą, od wielu lat rozumie potrzeby swoich klientów, zapewniając im zaawansowane usługi testowe, których potrzebują, oraz wspierając ich we wdrażaniu, wdrażaniu i doskonaleniu systemów zarządzania. W tym zakresie świadczymy również usługi testowe zgodne z normą DIN 53019-1.