Rheonics Czujniki typu SR to przyrządy liniowe służące do pomiaru w czasie rzeczywistym lepkości i gęstości płynu, a także temperatury i pochodnych tych wartości. Rheonics oferuje wiskozymetr procesowy SRV do pomiaru lepkości oraz wbudowany miernik gęstości SRD do pomiaru wartości gęstości i lepkości płynu. Obie sondy są kompaktowe, lekkie i hermetycznie uszczelnione, dzięki czemu nadają się do wszystkich procesów przemysłowych z udziałem cieczy.

Zarówno czujniki SRV, jak i SRD oparte są na technologii zrównoważonego rezonatora skrętnego (BTR). Obydwa czujniki mierzą i wysyłają pomiary lepkości płynu, z którym się stykają. W przypadku płynów newtonowskich uzyskuje się tę samą lepkość niezależnie od używanego przyrządu. Jednak w przypadku płynów nienewtonowskich tak nie jest i różne przyrządy mierzą różne wartości lepkości – często nie wynika to z niedokładności samego przyrządu, ale z zależności lepkości od ścinania oraz z faktu, że różne przyrządy dokonują pomiarów przy różnych szybkości ścinania.

Ze względu na zależność lepkości od ścinania w przypadku płynów nienewtonowskich oraz w celu umożliwienia porównania między różnymi wiskozymetrami (często pomiędzy wiskozymetrami procesowymi, takimi jak SRV, a przyrządami laboratoryjnymi, takimi jak wiskozymetr rotacyjny lub reometr), pożądane jest zrozumienie efektywnej szybkości ścinania, przy której SRV lub SRD dokonuje pomiarów. Poniższa analiza wspomina o SRV, ale jest równie ważna w przypadku SRD.

Element czujnikowy czujnika SRV składa się z pręta i masy przymocowanej do jego końca, ten pręt i końcówka są okrągłe i cylindryczne. Drugi koniec jest podłączony do korpusu, w którym znajdują się przetworniki wzbudzenia i wykrywania.

Czujnik wibruje podczas skręcania, rezonatory skrętne są stabilniejsze i lepiej izolowane od środowiska mechanicznego. Rezonatory skrętne o kształcie cylindrycznym wibrują równolegle do własnych powierzchni. Działają na nie siły ścinające i dlatego są wrażliwe przede wszystkim na siły rozpraszające (tłumienie lepkie), a nie na efekty obciążenia masowego (często określane również jako tłumienie bezwładnościowe).

Lepkość płynu nienewtonowskiego może się zmieniać w zależności od szybkości ścinania, któremu jest poddawany. Oznacza to, że nie można przypisać tej samej wartości lepkości tego rodzaju płynom we wszystkich stanach (np. statycznym, płynącym z różnymi prędkościami). 

Wiskozymetry laboratoryjne często umożliwiają użytkownikom zmianę szybkości ścinania lub prędkości obrotowej, przy której mierzona jest lepkość. Rheonics SRV i SRD charakteryzują się szybkością ścinania zwykle znacznie wyższą niż w przypadku instrumentów laboratoryjnych i użytkownicy nie mogą jej zmienić.

Możliwe jest uzyskanie jakościowego wyobrażenia o zakresie oczekiwanego ścinania dla czujników lepkości SRV, a obliczenia przedstawiono w tym artykule. Pomaga to określić (i w pewnym stopniu określić ilościowo) warunki, w których mierzona jest lepkość, i skorelować odczyty z innymi przyrządami.

Jednakże rzeczywiste korelacje pomiędzy pomiarami lepkości typu SR przy ścinaniu i innymi przyrządami laboratoryjnymi mają głównie charakter empiryczny i mogą nie odpowiadać szacunkom jakościowym. Szacowana szybkość ścinania może nie odpowiadać dokładnie wartości lepkości z reometru. Rozważ to Rheonics czujniki są urządzeniami do kontroli procesu, czymś więcej niż tylko czujnikiem lepkości, z naciskiem na niezwykle wysoką powtarzalność i odtwarzalność pomiarów z niezrównaną rozdzielczością (często 10-100X wyższą niż w przypadku przyrządów laboratoryjnych).

Dla oszacowania ścinania najważniejsze są dwa parametry, którymi są amplituda prędkości i grubość warstwy granicznej. Konieczne jest obliczenie następujących parametrów.
Naprężenie ścinające wyraża się wzorem:

Równanie 1: Naprężenie ścinające.

Dla płynu newtonowskiego η jest stałą materiałową charakterystyczną dla płynu, ∂v/∂x jest szybkością ścinania w płynie. Stosując równania Naviera-Stokesa, rozwiązując je w okresowych, jednoosiowych warunkach, rozwiązaniem amplitudy prędkości jest:

Równanie 2: Amplituda prędkości

Dla płynu newtonowskiego η jest stałą materiałową charakterystyczną dla płynu, ∂v/∂x jest szybkością ścinania w płynie. Stosując równania Naviera-Stokesa, rozwiązując je w okresowych, jednoosiowych warunkach, rozwiązaniem amplitudy prędkości jest:

• x: odległość od ściany czujnika
• V: amplituda prędkości na powierzchni czujnika, R jest promieniem końcówki
• δ: jest grubością warstwy granicznej
• i: jest pierwiastkiem kwadratowym z -1

Połączenia grubość warstwy granicznej można znaleźć za pomocą równania:

Równanie 2: Grubość warstwy granicznej

• η: lepkość dynamiczna
• ω: częstotliwość kątowa
• ρ: gęstość płynu

Biorąc pod uwagę, że o godz x=2δ prędkość spada do 13% wartości na powierzchni czujnika. Szybkość ścinania γ=∂v(0)/∂x na powierzchni czujnika (x=0) następuje:

Równanie 4: Szybkość ścinania

Gdzie amplituda prędkości V(R) (5) jest dana wzorem:

 Równanie 5: Amplituda prędkości

• R: Odległość od osi wibracji do powierzchni czujnika
• φ: Amplituda drgań kątowych.

Końcówka SRV wykonuje sinusoidalne wibracje obrotowe φ wokół swojej osi symetrii.

 Równanie 5: Sinusoidalne wibracje obrotowe

Dla SRV prędkość V(R) wynosi około 50 mm/s, a częstotliwość wynosi 7500 Hz → ω=2π x 7500

Parametr V(R) jest niezależna od lepkości, ale od grubości warstwy granicznej płynu δ wzrasta. Poniższy wykres przedstawia szybkość ścinania w zależności od lepkości i pokazuje zmiany szybkości ścinania zarówno w zależności od lepkości, jak i gęstości badanego płynu.