Rheometry refers to experimental techniques to measure the rheological properties of material. Various rheometers and viscometers have been developed with distinctive characteristics in accuracy, cost, amount of liquid volume, apparatus’s dimension, probing ranges of liquid properties, and complexity of operating process. In this study, an immersion viscometer for the measurement of the steady shear viscosity and shear stress is reported. The piezoresistive immersion viscometer is easily built with low cost and worked in wide range of the liquid shear viscosity (0.1 to 1,000 Pa s) and stress (0.3 to 30 Pa) with a few milliliters of the volume of liquid. An immersed plate connected to a piezoresistive beam moves through liquid filled in a trough and causes the change in the resistance of the piezoresistive beam. Based on the dimensional analysis to correlate the resistance variation with other physical parameters in the system, the empirical equation for the rheometry is derived. The validity of this equation is demonstrated through the measurement of the shear viscosity and stress of honey and xanthan gum solution. This device will provide a compact rheometry with simple operating process and on-line measurements.
유변물성 측정은 유체의 물리적인 물성들을 측정하는 기술을 일컫는 것으로 의료, 식품, 기계 산업 등 여러 분야에 널리 이용되고 있으며, 이를 위해 현재까지 다양한 측정 기술과 장치들이 개발 되고 있다. 현재 상용화 되었거나 연구된 장치들의 갖는 작동의 어려움, 잦은 고장, 설계의 복잡성, 제한된 유변물성의 측정 범위 등 여러 한계점들을 해결하기 위해, 피에조 저항 센서가 연결된 캔틸래버를 이용하여 제작이 간편하고, 가격이 저렴하며, 넓은 범위의 유체의 전단 점도와 전단 응력을 측정할 수 있는 “피에조 저항 효과를 이용한 잠김형 레오미터”의 개발에 관한 연구를 진행하였다.
서론에서 현재 상용화되었거나 연구된 장치들의 한계점에 대해서 언급하였으며, 본문에서는 장치의 제작 방법을 소개하고 차원해석과 다중 선형회귀분석을 이용하여 본 시스템에서의 실험식을 유도하였으며, 이로부터 뉴튼형 용액인 honey와 전단 담화(shear-thinning)특성을 갖는 비뉴튼형 용액인 xanthan gum 수용액의 전단 응력과 점도를 측정함으로써 장치의 성능을 입증하였다.
본 연구에서 소개한 장치와 유도한 실험식은 0.1 - 1,000 Pa s 범위의 점도, 0.3 - 30 Pa 범위의 전단응력을 갖는 유체에서 사용이 가능하며, 이는 기존의 피에조 저항 효과를 이용한 장치들보다 크게 향상된 측정 범위를 제공한다.
