유체 점성계수와점도계종류

(1.) 낙구식 점도계 (Fallingball viscometer)

액체의 점도가 어느 정도 커지면 모세관식 점도계로는 측정시간이 길어져불편하므로 액체 속에 고체구를 낙하시켜 속도를 측정하는데 이것이 낙구식 점도계이다.

비압축성 뉴우톤유체 속에서 직경 d인 구상물체가 중력에 의하여 낙하할 때 속도 V가일정한 정상상태에서 그 물체에 작용하는 점성저항 F＝3πμVd (Stokes의 법칙)은 물체의 무게와 부력의 차와 평형된다.

일반적으로 액체 속에 구체를 낙하시키면 처음에는 가속도가 있지만 어느 위치에도달하면 일정속도로 낙하한다. 그라스 원통속에 시료를 담아 수직으로 하고 상부에서진구상의 동구를 낙하시켜 이 낙하시간에서 점도를 구하는 방식이다.햇프라, 가드나 등의 형식도 있다.

1) 개 요

유체가 전단될 때 점성계수(Coefficient of Viscosity)라 불리는 성질에 반비례하는 변형률로 움직이기 시작한다. 본 실험에서는 이런 원리를 이용하여 유체 내부에서 구슬이일정거리를 낙하하는데 걸리는 시간을 측정하여 그 점도를 알아보고, 또 온도에 따른점도의 변화를 분석한다.

2) 목 적

점도(viscosity)는 유체역학적 거동을 나타내는 중요한 변수이다.이에 본 실험에서는 낙구식 점도계의 측정원리를 이해하고, Haake falling ballviscometer를 이용하여 시료의 점도를 측정하는 방법을 습득하고, 점도에 대한 개념을이해하는 데 목적이 있다.

3) 실험 이론

유체의 점성은 어느 한 유체층이 다른 층위로 미끄러지는 운동에 대한 저항과 관련되는 성질이

며, 점성의 작용을 설명하는 예로 아래 그림과 같이 상대운동을 하는 두개의 고체벽면사이의 얇

은 유체막을 고려할 수 있다.

(2.) Ostwald 점도계

점성계수가 낮고 실험실 등에서 정밀을 요하는 표준점도계로서는 유리로 만든 Ostwald점도계가 있다. 이 점도계의 조작법은 먼저 시험유체를 채우고, 다음에 흡상시켜서액면이 내려오는 데 걸리는 시간을 측정하면 된다. 그러나 Hagen-Poiseullie 의 식에의하면 모세관의 굵기와 길이, 속도 등을 측정하여야 하므로, 실제로는 복잡하고 곤란하다. 따라서 상대적인 비교법을 쓴다. 즉 점도의 절대값을 알고 있는 액체와 점도를구하려는 액체를 위의 방법으로 각각 측정하여 비교한다.

액체가 흘러내리는 힘은 자중에 의한 것이므로, 만일 두 액체를 항상 같은 체적만큼 장티에 넣는다면, 그 힘은 이들 액체의 비중에 비례한다. 지금 기준에 되는 액체를 물이라 하고, 점도를 , 비중을 , 유하시간을, 또 측정하려는 액체의 것을 각각 μ, s, t라 하면, 점도의 비는 같다. 이 점도계는 그림과 같으며, 모세관으로 이 속에 일정한 부피, 두 눈금선 사이의 부피만큼 액체가 흘러 내리는데 걸리는 시간을 측정하는 것이다. 보통 점도계의 모세관의 지름은 약 0.5 ㎜, 길이는 약 10㎝, 부피는 2∼5㎖가 적당하다. 점도가 큰액체의 경우에는 모세관이 더욱 굵은 것이 좋은데, 점도가 대단히 큰 액체는 이 점 도계로 흘러 내리는 시간이 매우 오래 걸리며, 또 액체가 관벽에 부착하기 때문에정확한 값을 얻을 수 없다. 이러한 때는 위에서 설명한 바와 같은 모세관 법을 쓰지말고, 액체속에 고체의 구슬을 떨어뜨려 그 떨어지는 속도를 측정하는 낙구법을 쓰는 것이 효과 적이다

(3.) Saybolt 점도계

세이볼트에는 퓨롤과 유니버설이 있는데 둘의 차이는 오리피스 내경의 차이로서시간차이는 10배가 날뿐 원리는 둘다 동일하다. 이것은 주로 유류의 점성계수를 측정하는 데 사용되는 미국의 표준형 점도계이다.

배출관 속의 압력 측정과 지름을 측정하여야 하는데 실제로는 어렵고 또 지름을 균일하게 만드는 것도 힘들기 때문에 실용방법에 있어서는 짧은 모세관을 통하여 일정한 체적V=60cc가 흐르느데 요하는 시간을 측정하여 동점성계수의 척도로 삼는다. 이 시간을Saybolt Universal초(SUS,SSU,SUV) 라고 한다.

이 시험기는 높은 온도와 유화 아스팔트 혹은석유제품의 점도를 측정하는데 사용한다.앵글러 점도가 15이상인 경우 사용하는 기기이다.

(4.) Redwood 점도계

윤활유는 점도 측정에 알맞으며, 측정하려는 액체의 50㎖가흘러 나오는 시간을 측정하여 이 시간을 점도로 하는것으로, 그 시간이 30∼3000초 사이의 액체를 측정할때 사용한다.

(5) Visco Star

Microprocessor를 내장한 회전형 점도계로 cP(P) 또는 mPa·s 단위로 바로 점도를 디지털로 표시하며, 제품의 점도
및 유동성 시험과 연구에 적합한 각종 Accessory를 선택하여 사용할 수 있다.각 회전 속도별로 기기의 이상 유무를 자동으로 Check하여 이상이 있는 경우 Buzzer음 및 표시기로 이상 상태를 표시하여 준며, 표시기는 Back-light가 부착된 LCD를 채용한 회전형 구조로 되어 있다.

회전 속도, Rotor 번호, 점도 단위, 측정범위의 백분율 등 모든 측정 조건을 Key-board로 간단히 설정할 수 있으며, 또한 표시기로 측정 조건 및 측정치를 동시에 표시하여 준다. 측정 범위를 초과하는 경우 “Error”가 표시되며, 측정 범위의 15% 이하의 측정치인 경우 오차가 커질 수 있어 정확한 측정을 위하여 Buzzer음으로 표시하여 주는 기능을 내장하고 있다. 회전축의 급회전 및 급제동에 의한 기기 이상을 방지하기 위한 감속 제어 기능을 내장하고 있으며, 과전압 보호 회로를 내장하고 있어 기기의 수명 및 신뢰도가 향상된 최신형 점도계이다. ±1%의 고정밀도를 갖고 있으며, 넓은 측정 범위를 갖고 있어 응용 범위가 매우 넓다.

(6.)SV-10점도계

- 브룩필드 점도계와 점도값이 완벽하게 같습니다.

- 높은 측정 정밀도 - Full range 1%의 고정밀도 재현성을 달성한 점도계로 점도표준용액을 이용하여 점도교정이 가능한 저점도전용 정밀 점도계 입니다.
- 실시간 점도측정 - 점도측정센서의 표면적,질량이 작아 시료의 점도변화 및 온도변화에 빠르게 대응하는 점도계 입니다.
- Non-Newtonian 유체측정 가능 - 얇은 플레이트 타입의 점도측정센서에 의해 시료조직의 파괴가 적어 안정된 점도값과 점도변화에 따른 측정이 가능 합니다.
- 연속적인 물성변화 측정가능 - 공진진동에 의해 높은 분해능을 갖고있어 계면활성등의 cloud point 측정 및 습윤성 등의 표면,계면변화 측정가능한 점도측정기 입니다.
- 광범위한 측정범위 - 점도측정센서의 교환없이 0.3의 저점도에서 10,000 mPa.s까지 연속측정이 가능한 점도계 입니다.
- 거품이 포함된 시료의 측정도 가능 - 진동주파수가 30 Hz 로 낮아,작은기포를 파괴하지 않고 분산된 커다란 기포에는 영향을 미치지 않으면서 측정이 가능한 점도계 입니다.

측정방식:음차형진동식(Tuning Fork Vibration)

측정범위:0.3 ~ 10,000 mPaㆍs (cP)

고유진동수:30 Hz

재현성:1%(Full Range)

동작온도:10~40 ^oC

1회 측정샘플량   :35~45 ml

표시온도:0~100 ^oC

통신기능:RS232C 표준내장

설치환경:20~30 ^oC, 상대습도 45~60%

외형싸이즈:측정부 [323(W) x 314(D) x 536(H) mm]

표시부 [238(W) x 132(D) x 170(H) mm]

표준부속품:취급설명서, AC아답터, 폴리카보네이트 샘플용기(120 ^oC)

WinCT-Viscosity, RS-232C 케이블

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