Rheonics Sensoren vom Typ SR sind Inline-Instrumente zur Echtzeitmessung der Viskosität und Dichte einer Flüssigkeit sowie der Temperatur und Ableitungen dieser Werte. Rheonics bietet das Prozessviskosimeter SRV zur Messung der Viskosität und das Inline-Dichtemessgerät SRD für Dichte- und Viskositätswerte einer Flüssigkeit an. Beide Sensorsonden sind kompakt, leicht und hermetisch abgedichtet und somit für alle industriellen Prozesse mit Flüssigkeiten geeignet.

Sowohl SRV- als auch SRD-Sensoren basieren auf der Balanced Torsion Resonator (BTR)-Technologie. Beide Sensoren messen die Viskosität der Flüssigkeit, mit der sie in Kontakt kommen, und geben diese aus. Bei Newtonschen Flüssigkeiten erhält man unabhängig vom verwendeten Instrument die gleiche Viskosität. Bei nicht-Newtonschen Flüssigkeiten ist dies jedoch nicht der Fall, und verschiedene Instrumente messen unterschiedliche Viskositätswerte. Dies liegt oft nicht an der Ungenauigkeit des Instruments selbst, sondern an der Scherabhängigkeit der Viskosität und der Tatsache, dass verschiedene Instrumente die Messung bei unterschiedlichen Werten durchführen Schergeschwindigkeiten.

Aufgrund dieser Scherabhängigkeit der Viskosität für nicht-Newtonsche Flüssigkeiten und um einen Vergleich zwischen verschiedenen Viskosimetern (häufig zwischen Prozessviskosimetern wie SRV und Laborgeräten wie Rotationsviskosimetern oder Rheometern) zu ermöglichen, ist es wünschenswert, die effektive Schergeschwindigkeit zu verstehen, bei der SRV oder SRD führt die Messungen durch. Die folgende Analyse erwähnt SRV, gilt aber gleichermaßen für den SRD.

Das Sensorelement des SRV-Sensors besteht aus einem Stab und einer an seinem Ende befestigten Masse. Dieser Stab und die Spitze sind kreisförmig und zylindrisch. Das andere Ende ist mit dem Körper verbunden, der die Wandler zur Anregung und Erfassung enthält.

Der Sensor schwingt in Torsion, Torsionsresonatoren sind stabiler und besser von ihrer mechanischen Umgebung isoliert. Torsionsresonatoren, die zylindrisch sind, schwingen parallel zu ihren eigenen Oberflächen. Sie werden durch Scherkräfte beeinflusst und reagieren daher hauptsächlich auf dissipative Kräfte (viskose Dämpfung) und nicht auf Massenbelastungseffekte (oft auch als Trägheitsdämpfung bezeichnet).

Die Viskosität einer nicht-Newtonschen Flüssigkeit kann sich abhängig von der Scherrate, der sie ausgesetzt ist, ändern. Dies bedeutet, dass dieser Art von Flüssigkeiten nicht in allen Zuständen (z. B. statisch, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fließend) ein einzelner Viskositätswert zugeordnet werden kann. 

Bei Laborviskosimetern können Benutzer häufig die Scherrate oder Rotationsgeschwindigkeit ändern, mit der die Viskosität gemessen wird. Rheonics SRV und SRD haben normalerweise eine viel höhere Scherrate als Laborgeräte und können vom Benutzer nicht geändert werden.

Es ist möglich, eine qualitative Vorstellung vom erwarteten Scherbereich für die SRV-Viskositätssensoren zu erhalten. Die Berechnungen werden in diesem Artikel gezeigt. Dies hilft dabei, die Bedingungen zu qualifizieren (und bis zu einem gewissen Grad zu quantifizieren), unter denen die Viskosität gemessen wird, und die Messwerte mit anderen Instrumenten zu korrelieren.

Tatsächliche Korrelationen zwischen der Scherung von Typ-SR-Viskositätsmessungen und anderen Laborinstrumenten sind jedoch größtenteils empirisch und entsprechen möglicherweise nicht der qualitativen Schätzung. Die geschätzte Schergeschwindigkeit stimmt möglicherweise nicht genau mit dem Viskositätswert eines Rheometers überein. Berücksichtige das Rheonics Sensoren sind Prozesskontrollgeräte, die mehr als nur ein Viskositätssensor sind. Der Schwerpunkt liegt auf einer extrem hohen Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit von Messungen mit einer unübertroffenen Auflösung (oft 10-100-mal höher als bei Laborinstrumenten).

Es gibt zwei Parameter, die für die Scherschätzung am wichtigsten sind: Geschwindigkeitsamplitude und Grenzschichtdicke. Es ist notwendig, die folgenden Parameter zu berechnen.
Die Schubspannung ergibt sich aus:

Gleichung 1: Scherspannung.

Für eine Newtonsche Flüssigkeit ist η eine für die Flüssigkeit charakteristische Materialkonstante, ∂v/∂x ist die Scherrate in der Flüssigkeit. Bei Anwendung der Navier-Stokes-Gleichungen und Lösung unter periodischen, einachsigen Bedingungen lautet die Lösung für die Geschwindigkeitsamplitude:

Gleichung 2: Geschwindigkeitsamplitude

Für eine Newtonsche Flüssigkeit ist η eine für die Flüssigkeit charakteristische Materialkonstante, ∂v/∂x ist die Scherrate in der Flüssigkeit. Bei Anwendung der Navier-Stokes-Gleichungen und Lösung unter periodischen, einachsigen Bedingungen lautet die Lösung für die Geschwindigkeitsamplitude:

• x: Abstand von der Sensorwand
• V: Geschwindigkeitsamplitude an der Sensoroberfläche, R ist der Radius der Spitze
• δ: ist die Grenzschichtdicke
• i: ist die Quadratwurzel von -1

Das Grenzschichtdicke kann mit der Gleichung gefunden werden:

Gleichung 2: Grenzschichtdicke

• η: dynamische Viskosität
• ω: Winkelfrequenz
• ρ: Flüssigkeitsdichte

Indem man das bedenkt x=2δ die Geschwindigkeit sinkt auf 13 % des Wertes an der Sensoroberfläche. Die Scherrate γ=∂v(0)/∂x an der Oberfläche des Sensors (x=0) folgt:

Gleichung 4: Scherrate

Wobei die Geschwindigkeitsamplitude V(R) (5) gegeben ist durch:

 Gleichung 5: Geschwindigkeitsamplitude

• R: Abstand von der Schwingungsachse zur Sensoroberfläche
• φ: Winkelschwingungsamplitude.

Die Spitze des SRV führt eine sinusförmige Rotationsschwingung aus φ um seine Symmetrieachse.

 Gleichung 5: Sinusförmige Rotationsschwingung

Für das SRV beträgt die Geschwindigkeit V(R) ungefähr 50 mm/s und die Frequenz 7500 Hz → ω=2π x 7500

Der Parameter V(R) ist unabhängig von der Viskosität, sondern von der Grenzschichtdicke der Flüssigkeit δ erhöht sich. Die folgende Grafik zeigt das Schergeschwindigkeits-Viskositäts-Verhalten und zeigt die Schergeschwindigkeitsschwankung sowohl in Abhängigkeit von der Viskosität als auch der Dichte der untersuchten Flüssigkeit.