विस्कोमीटर एक उपकरण है जो किसी तरल के द्रव प्रवाह और चिपचिपाहट को मापता है। किसी तरल की चिपचिपाहट उसके प्रदर्शन को प्रभावित करती है, चाहे वह पंप किया गया हो या पाइप किया गया हो, या संसेचित और लेपित किया गया हो।
इसलिए, चिपचिपाहट मापना विभिन्न सामग्रियों के लिए उपयुक्त है, जिनमें शामिल हैं:
तेल
प्लास्टिक
रँगना
कलई करना
गोंद
कुछ
डामर
चिपचिपाहट और प्रवाह गुणों को मापना आम उपभोक्ता उत्पादों जैसे भोजन और पेय पदार्थ, टूथपेस्ट, सौंदर्य प्रसाधन और शैंपू के उत्पादन के लिए भी उपयुक्त है।
विस्कोमीटर क्या करता है?
विस्कोमीटर तरल पदार्थों की चिपचिपाहट और प्रवाह गुणों को मापते हैं और विभिन्न पदार्थों और सामग्रियों के इन गुणों को मापने के लिए उनके अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला होती है।
इन अनुप्रयोगों के उदाहरणों में शामिल हैं:
बैच की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए खाद्य मसाला उत्पादन के दौरान जैम और सिरप की चिपचिपाहट की निगरानी करना
दूध के लिए पाइपिंग सिस्टम डिजाइन करते समय दूध की प्रवाह विशेषताओं का विश्लेषण करें
विभिन्न तापमान स्थितियों के तहत इंजन तेल के प्रवाह पैटर्न को मापना
इंकजेट प्रिंटर स्याही की चिपचिपाहट का परीक्षण करें।
मशीन स्नेहन में चिपचिपाहट महत्वपूर्ण है। यदि यह बहुत कम है, तो आंतरिक घटकों के बीच बहुत अधिक संपर्क होगा और इसलिए घिसाव होगा। यदि यह बहुत अधिक है, तो यह मशीन को स्नेहक के प्रवाह के आंतरिक प्रतिरोध पर काबू पाने के लिए अधिक मेहनत करने के लिए मजबूर करता है।
श्यानता क्या है?
श्यानता किसी बल लगाए जाने पर किसी सामग्री की गति के प्रतिरोध का माप है।
उदाहरण के लिए, यदि आप टूथपेस्ट की एक ट्यूब को निचोड़ते हैं, तो ट्यूब के अंत से सामग्री कितनी आसानी से बाहर निकल जाती है?
चिपचिपाहट मापने का एक सूत्र है:
श्यानता=कतरनी तनाव/कतरनी दर।
आप इस सूत्र के परिणाम को सेंटीपोइज़ (cP) में व्यक्त करते हैं। सेंटीपोइज़ 1 mPa s (मिलीपास्कल सेकंड) के बराबर है।
यह पूर्ण श्यानता पर लागू होता है। गतिज चिपचिपाहट के लिए, माप अलग है, जैसा कि हम बाद में बताएंगे।
कतरनी तनाव वह बल है जो प्रति इकाई क्षेत्र में द्रव की एक परत को दूसरे के सापेक्ष स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक होता है।
कतरनी दर एक दूसरे के सापेक्ष मध्यवर्ती परतों की गति में वेग में परिवर्तन का माप है।
कई तरल पदार्थों के लिए, प्रवाह पैदा करने वाला तनाव कतरनी तनाव दर के समानुपाती होता है। किसी दिए गए तरल पदार्थ के लिए, कतरनी दर से विभाजित कतरनी तनाव एक विशिष्ट तापमान पर स्थिर होता है।
यह स्थिरांक गतिशील या पूर्ण श्यानता है। लेकिन आप इसे सीधे तौर पर सामग्री की चिपचिपाहट भी कह सकते हैं।
चिपचिपाहट के बारे में सोचने का एक सरल तरीका तरल की मोटाई है, लेकिन जब आप विभिन्न घनत्व वाले तरल पदार्थों को देखते हैं, तो चिपचिपाहट का वर्णन करने का सबसे स्पष्ट तरीका प्रवाह का प्रतिरोध है।
चिपचिपाहट मापना क्यों महत्वपूर्ण है?
किसी सामग्री की प्रसंस्करण स्थितियाँ उसके उत्पादन और उसके अंतिम उपयोग दोनों में महत्वपूर्ण हैं।
किसी सामग्री की चिपचिपाहट उसके आणविक भार और घनत्व जैसे गुणों का एक उपयोगी अप्रत्यक्ष माप भी है। ये भौतिक गुण प्रवाह व्यवहार को प्रभावित करते हैं।
चिपचिपाहट मापना गुणवत्ता नियंत्रण और बैच स्थिरता का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।
चिपचिपाहट मापना इसलिए भी महत्वपूर्ण है क्योंकि सभी तरल पदार्थ एक जैसा व्यवहार नहीं करते हैं।
मोटे तौर पर, दो प्रकार हैं:
न्यूटन
न्यूटोनियन नहीं.
न्यूटन न्यूटन के श्यानता के नियम को संदर्भित करता है, जो इसे मापने का स्थापित सूत्र है।
न्यूटोनियन द्रव में, कतरनी दर में परिवर्तन की परवाह किए बिना चिपचिपाहट स्थिर रहती है।
न्यूटोनियन तरल पदार्थों के विशिष्ट उदाहरणों में पानी और मोटर तेल शामिल हैं।
हालाँकि, गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थों में, चिपचिपाहट में उतार-चढ़ाव होता है। इन तरल पदार्थों में निम्नलिखित प्रकार शामिल हैं:
प्लास्टिक
स्यूडोप्लास्टिसिटी
रियोलॉजी
थिक्सोट्रोपिक
विस्तार
गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ का एक रोजमर्रा का उदाहरण केचप है, जो बोतल को हिलाने पर पतला हो जाता है। टमाटर के पेस्ट में कतरनी को पतला करने के गुण होते हैं क्योंकि कतरनी तनाव बढ़ने पर इसकी चिपचिपाहट कम हो जाती है।
किनेमेटिक्स और पूर्ण चिपचिपाहट
श्यानता व्यक्त करने के दो तरीके हैं:
kinesiology
निरपेक्ष
आप गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में तरल पदार्थ के प्रवाह के प्रतिरोध को देखकर गतिज चिपचिपाहट को माप सकते हैं।
आप बाहरी और नियंत्रित बलों के तहत प्रवाह के प्रतिरोध को मापकर पूर्ण चिपचिपाहट को माप सकते हैं।
दो श्यानता निरूपण उनके माप में भी भिन्न हैं।
गतिज श्यानता को सेंटीस्टोक्स (CSt) में मापा जाता है
पूर्ण श्यानता को सेंटीपोइज़ (cP) में मापा जाता है।
विस्कोमीटर कितने प्रकार के होते हैं?
चिपचिपाहट मापने की दो बुनियादी विधियाँ हैं:
या तो कोई वस्तु किसी स्थिर सामग्री से होकर गुजरती है, या सामग्री किसी स्थिर वस्तु से होकर बहती है।
किसी भी विधि से, आप ऑपरेशन होने में लगने वाले समय को रिकॉर्ड करके प्रवाह के प्रतिरोध को माप सकते हैं।
ऐसे विभिन्न विस्कोमीटर हैं जो इन दोनों विधियों में से किसी एक का उपयोग करते हैं:
केशिका या ग्लास विस्कोमीटर
घूर्णी विस्कोमीटर
गिरती हुई गेंद और गिरते पिस्टन विस्कोमीटर।
विस्कोमीटर न्यूटोनियन श्यानता को मापते हैं।
गैर-न्यूटोनियन चिपचिपाहट को मापने के लिए रियोमीटर भी हैं, जो अपने माप के लिए कई मापदंडों का उपयोग करते हैं।
केशिका विस्कोमीटर
आपको अक्सर प्रयोगशाला सेटिंग में केशिका विस्कोमीटर मिलेंगे। यह एक यू-आकार की ग्लास ट्यूब है (इसका दूसरा नाम यू-ट्यूब विस्कोमीटर है)।
चिपचिपाहट माप प्रक्रिया में एक ग्लास ट्यूब को तापमान-नियंत्रित स्नान में डुबोना शामिल है, आमतौर पर 40 या 100 डिग्री।
एक सटीक समय रीडिंग होती है, जिसे सेकंड में मापा जाता है, कि यू-ट्यूब के भीतर दो चिह्नित बिंदुओं के बीच एक निश्चित मात्रा में तरल पदार्थ प्रवाहित होने में कितना समय लगता है।
आप इस प्रवाह को सक्शन या गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से प्राप्त कर सकते हैं।
एक बार जब आपके पास यह माप हो, तो आप इसे उस स्थिरांक से गुणा कर सकते हैं जो आपके द्वारा उपयोग किए जा रहे पाइप के प्रकार के लिए विशिष्ट है और यह गणना करेगा:
गतिज चिपचिपाहट (यदि आकांक्षा विधि का उपयोग कर रहे हैं), या
पूर्ण श्यानता (यदि गुरुत्वाकर्षण का उपयोग किया जाता है।
घूर्णी विस्कोमीटर
इस प्रकार का विस्कोमीटर एक घूमने वाले उपकरण का उपयोग करता है जिसे स्पिंडल कहा जाता है जिसे आप उस तरल पदार्थ में डुबोते हैं जिसका आप परीक्षण कर रहे हैं।
स्पिंडल की घूर्णन धुरी पर टॉर्क तब द्रव के प्रवाह के प्रतिरोध को मापता है।
एक घूर्णी विस्कोमीटर किसी तरल पदार्थ की पूर्ण श्यानता को मापता है।
यह तरल पदार्थ के भीतर घूर्णन बनाने के लिए विद्युत चुम्बकीय रूप से नियंत्रित स्पिंडल का उपयोग करता है, जिससे इलेक्ट्रिक स्पिंडल का असर घर्षण कारक समाप्त हो जाता है।
गिरती हुई गेंद और गिरते पिस्टन विस्कोमीटर
ये चिपचिपाहट मापने के सामान्य तरीके नहीं हैं। गिरती गेंद और गिरते पिस्टन विस्कोमीटर परीक्षण में, एक गेंद या पिस्टन को तरल में गिराया जाता है और आप चिह्नित बिंदुओं के बीच के समय को मापते हैं।
हालाँकि, ऐसा करने के लिए, आपको आपके द्वारा उपयोग की जा रही गेंद या पिस्टन का अंतिम वेग, आकार और घनत्व पता होना चाहिए।
रियोमीटर
रियोलॉजी पदार्थ के प्रवाह का अध्ययन है, आमतौर पर तरल पदार्थ, लेकिन यह कुछ ठोस पदार्थों पर भी लागू होता है। यह जांच करता है कि सामग्री लागू बलों के जवाब में प्रवाह के संबंध में कैसे प्रतिक्रिया करती है।
तकनीकी रूप से कहें तो, चिपचिपाहट रियोलॉजी की व्यापक तकनीकी श्रेणी के अंतर्गत आती है।
रियोमीटर गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थों की चिपचिपाहट को मापने के लिए आदर्श हैं। वे विस्कोमीटर के समान ही काम करते हैं लेकिन उनके अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला होती है।
ऐसा इसलिए है क्योंकि गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थों में न्यूटोनियन तरल पदार्थों की तुलना में अधिक जटिल रियोलॉजिकल गुण होते हैं, जब आप उन पर बल लगाते हैं तो उनकी चिपचिपाहट बदल जाती है।
रियोमीटर चार प्रकार के होते हैं:
केशिका नली
गतिशील घुमाव
टॉर्कः
दोलन
केशिका और घूर्णी रियोमीटर संगत विस्कोमीटर के समान हैं।
टॉर्क रियोमीटर एक मिक्सिंग स्क्रू या मोटर पर टॉर्क को मापता है, जो नमूना सामग्री को मिलाने में होने वाली कठिनाई का संकेत देता है।
ऑसिलेटरी रियोमीटर नमूना सामग्रियों में साइनसॉइडल कतरनी विकृतियों को प्रेरित करते हैं, उन्हें दो प्लेटों के बीच रखते हैं और टॉर्सनल प्रभाव को मापते हैं।
रियोमीटर और विस्कोमीटर के बीच मुख्य अंतर यह है कि रियोमीटर जिस पदार्थ का वे परीक्षण कर रहे हैं उस पर कुछ प्रकार का अपरूपण बल लगाते हैं।
आप माप के लिए नमूना कैसे तैयार करते हैं?
रियोलॉजी और चिपचिपाहट माप दोनों में, नमूना तैयार करना माप परिणामों को प्रभावित करता है।
कम कतरनी दरों पर नमूनों को मापते समय यह विशेष रूप से सच है।
यह महत्वपूर्ण है कि माप से पहले नमूने को हिलाएं या हिलाएं नहीं क्योंकि इससे नमूना अपरिभाषित कतरनी भार के अधीन हो जाएगा जब तक कि नमूने में तलछट या कुछ अन्य पृथक्करण न हो। इस मामले में, हिलाने या हिलाने के लिए सुसंगत तरीकों और उपकरणों का उपयोग किया जाना चाहिए।
आपकी लगाने की विधि भी एक जैसी होनी चाहिए, जैसे चम्मच या स्पैचुला।
पिपेट या सिरिंज का अनुप्रयोग केवल तेल, रेजिन या सॉल्वैंट्स के साथ उपयोग के लिए उपयुक्त है। अन्य पदार्थों की तरह, ये अनुप्रयोग विधियाँ कतरनी भार को बढ़ा सकती हैं, जिससे माप कम हो सकते हैं और परिणाम ख़राब हो सकते हैं।
यह सुनिश्चित करने का प्रयास करें कि कोई हवाई बुलबुले न हों क्योंकि ये गैर-न्यूटोनियन व्यवहार का अनुकरण कर सकते हैं और गलत माप दे सकते हैं।
आपके द्वारा उपयोग किया जाने वाला नमूना आयतन आपके द्वारा उपयोग की जाने वाली माप पद्धति से मेल खाना चाहिए। बहुत अधिक या बहुत कम नमूने से माप संबंधी त्रुटियाँ हो सकती हैं।
प्रतीक्षा समय पर मार्गदर्शन का पालन करें। तैयारी नमूने पर जोर देती है और पुनर्प्राप्ति अवधि की आवश्यकता होती है। एक बार माप प्रणाली स्थापित हो जाने के बाद, सटीक माप करने से पहले नमूना संरचना को पुनर्जीवित करने की आवश्यकता हो सकती है।
आपको नमूने को सूखने से बचाना भी सुनिश्चित करना चाहिए, क्योंकि इससे आपका माप बहुत अधिक हो सकता है।
कौन से कारक श्यानता माप को प्रभावित करते हैं?
हालांकि किसी तरल पदार्थ की चिपचिपाहट को मापने की प्रक्रिया सरल लग सकती है, लेकिन कुछ कारकों पर विचार करना होगा कि क्या ये माप सटीक हैं।
तापमान एक प्रमुख कारक है. थर्मोस्टेटिक स्नान का कार्य पूरी प्रक्रिया के दौरान एक सटीक तापमान बनाए रखना है। आपको स्नान के तापमान को वांछित तापमान के 0.02 डिग्री (आमतौर पर 40 या 100 डिग्री) के भीतर नियंत्रित करने में सक्षम होना चाहिए।
तापमान-नियंत्रित टब प्रणाली आपके लिए ऐसा करना आसान बनाती है।
केशिका विस्कोमीटर में, सटीक माप के लिए यू-आकार के कांच का व्यास सटीक होना चाहिए। इसलिए, ये ग्लास अक्सर कम विस्तार वाले बोरोसिलिकेट ग्लास का उपयोग करके निर्मित किए जाते हैं। यह त्रुटियों को कम करने और केशिका विस्कोमीटर को सालाना पुन: कैलिब्रेट करने में मदद करता है।
माप के बीच गैर-अवशिष्ट विलायक का उपयोग करके अच्छी तरह से धोना और सुखाना भी महत्वपूर्ण है।
विभिन्न प्रकार की चिपचिपाहट को मापने के लिए विस्कोमीटर का आकार अलग-अलग होता है। उपकरण के आकार के बावजूद, उनका सुझाव है कि विस्कोमीटर द्वारा माप लेने में न्यूनतम समय 200 सेकंड होना चाहिए। यह द्रव को चिह्नित बिंदुओं के बीच से गुजरने की अनुमति देता है।
विस्कोमीटर और रियोमीटर से किन उद्योगों को लाभ होता है?
विस्कोमीटर और रियोमीटर का उपयोग विभिन्न उद्योगों और क्षेत्रों में किया जाता है।
इसमे शामिल है:
फार्मास्यूटिकल्स, जैव प्रौद्योगिकी और नैदानिक अनुसंधान
पेट्रोकेमिकल्स और पेट्रोलियम
आहार
रसायन उद्योग
सौंदर्य एवं सौंदर्य प्रसाधन
साक्ष्य संग्रह
पर्यावरण परीक्षण
विनिर्माण अनुसंधान एवं विकास।
यहां विभिन्न उद्योगों में चिपचिपाहट माप अनुप्रयोगों के कुछ उदाहरण दिए गए हैं।
गोंद
चिपकने वाले पदार्थों के उत्पादन में चिपचिपाहट को मापना महत्वपूर्ण है। चिपकने वाले के प्रकार और उसके अंतिम अनुप्रयोग के आधार पर, इसे एक निश्चित इष्टतम दर पर प्रवाहित करने की आवश्यकता होती है।
कम चिपचिपाहट वाले चिपकने वाले उच्च चिपचिपाहट वाले चिपकने वाले की तुलना में अधिक स्वतंत्र रूप से प्रवाहित होते हैं। कुछ के लिए, लक्ष्य चिपकने वाले को एक स्थान पर अधिक मजबूती से टिकाना है, जबकि दूसरों के लिए, लक्ष्य इसे अधिक व्यापक रूप से फैलाना है।
खाना
खाद्य उद्योग में, चिपचिपाहट माप उत्पादन दक्षता को अधिकतम करने और लागत-प्रभावशीलता सुनिश्चित करने में मदद करता है।
जहां उत्पादों को उत्पादन के हिस्से के रूप में पाइप किया जाता है, चिपचिपाहट इस हस्तांतरण की गति को प्रभावित करती है और विभिन्न खाद्य उत्पादों को सेट होने या सूखने में कितना समय लगता है, या उन्हें पैकेजिंग में वितरित करने में कितना समय लगता है।
चिपचिपापन खाद्य उत्पादन प्रक्रिया पर भारी प्रभाव डाल सकता है और भोजन की बनावट में इसका प्रमुख योगदान होता है।
किसी भी बैच-टू-बैच विसंगतियों के परिणामस्वरूप ऐसा उत्पाद हो सकता है जो उपभोक्ता मानकों को पूरा नहीं करता है।
तेल
तेलों में श्यानता बहुत महत्वपूर्ण है। यह तेल की सीलिंग प्रभावशीलता और इसकी खपत दर निर्धारित करेगा।
तेल की चिपचिपाहट बीयरिंग, गियर सेट और सिलेंडर के थर्मल घर्षण-संबंधी तापमान को प्रभावित करती है। यह मशीनरी की दक्षता को प्रभावित करेगा और यह कितनी जल्दी शुरू होता है और विभिन्न तापमानों पर चलता है।
आप किसी तेल की गतिज चिपचिपाहट को मापते हैं, जो आपको इसकी चिपचिपाहट सूचकांक (VI) रेटिंग देता है। उच्च VI वाले तेल अधिक कुशल होते हैं, इस प्रकार खपत कम करते हैं और स्नेहन में घिसाव कम करते हैं।
तेल में मापा जाने वाला एक अन्य कारक हाइड्रोडायनामिक स्नेहन के दौरान कतरनी का विरोध करने की क्षमता है।
यह महत्वपूर्ण है कि तेल की चिपचिपाहट उन हिस्सों की तापमान स्थितियों, गति और भार से मेल खाती है जिन्हें यह चिकनाई देता है।
विशिष्ट
कंक्रीट उद्योग में, कंक्रीट की प्लास्टिक चिपचिपाहट और उपज तनाव इसकी कार्यशीलता और पौर्यबिलिटी के लिए महत्वपूर्ण हैं।
कंक्रीट के रियोलॉजिकल गुण इसकी यांत्रिक गुणवत्ता, स्थायित्व और समग्र गुणवत्ता निर्धारित करते हैं।
कंक्रीट संरचनाओं की स्थिरता और निर्माण के दौरान कंक्रीट की उपयोगिता सुनिश्चित करने के लिए, इसमें सही चिपचिपाहट होनी चाहिए।
अंगराग
सौंदर्य और सौंदर्य प्रसाधन उद्योग में, चिपचिपाहट मापना गुणवत्ता नियंत्रण का एक प्रमुख तत्व है।
उदाहरण के लिए, लिप बाम में उच्च चिपचिपापन होना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि यह त्वचा पर ठीक से चिपक जाए और उसकी रक्षा करे।
दूसरी ओर, बॉडी स्प्रे को अपने डिस्पेंसर से स्वतंत्र रूप से और समान रूप से प्रवाहित होने के लिए कम चिपचिपाहट की आवश्यकता होती है।
जहां सौंदर्य प्रसाधन कंपनियां उत्पादों को शानदार बताती हैं, वहीं इन उत्पादों को इस धारणा को मजबूत करने के लिए उच्च चिपचिपाहट की आवश्यकता होने की अधिक संभावना है।
आप कई तेल और पानी-आधारित कॉस्मेटिक यौगिकों की चिपचिपाहट का परीक्षण करने के लिए एक केशिका विस्कोमीटर का उपयोग कर सकते हैं क्योंकि वे न्यूटोनियन तरल पदार्थ हैं। लेकिन अन्य यौगिकों में गैर-न्यूटोनियन गुण होंगे और उन्हें रियोलॉजिकल परीक्षण की आवश्यकता होगी।
इसलिए, अपनी आवश्यकताओं के दायरे के आधार पर सही विस्कोमीटर या रियोमीटर का चयन करना महत्वपूर्ण है।
विस्कोमीटर कैसे चुनें?
जैसा कि हमने देखा है, विस्कोमीटर और रियोमीटर के अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है।
श्यानता मापने के लिए उपकरण चुनते समय किन कारकों पर विचार किया जाना चाहिए?
आपको किस प्रकार की चिपचिपाहट मापने की आवश्यकता है, पूर्ण चिपचिपाहट, गतिज चिपचिपाहट या दोनों?
आप अपना काम कहां करेंगे, प्रयोगशाला के माहौल में, चलते-फिरते या कहीं और?
जिस सामग्री को आप मापना चाहते हैं वह कितनी जटिल या परिवर्तनशील है?
आम तौर पर, रियोमीटर विस्कोमीटर की तुलना में अधिक बहुमुखी और अधिक महंगे होते हैं, लेकिन रियोमीटर गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थों को मापेंगे।
जब विस्कोमीटर और रियोमीटर के प्रकारों की बात आती है, तो उपकरण श्रेणियों की एक विस्तृत विविधता होती है, जिनमें शामिल हैं:
पोर्टेबल हैंडहेल्ड विस्कोमीटर
ग्लास केशिका विस्कोमीटर
घूर्णी विस्कोमीटर
बॉल बेयरिंग और एयर बेयरिंग रियोमीटर।
