Chế tạo cảm biến giám sát lưu biến học trong quá trình sản xuất chất lỏng

Các nhà nghiên cứu làm việc tại Đại học Sheffield, Vương quốc Anh, đã phát triển một hệ thống thiết bị cảm biến theo công nghệ mới cho phép các kỹ sư theo dõi, trong thời gian thực, làm thế nào các dòng chảy của chất lỏng thay đổi trong quá trình sản xuất.

Kết quả của nghiên cứu này đã được đăng tải trên tạp chí "The journal Measurement Science and Technology".

"Các công ty sản xuất ra sản phẩm ở dạng chất lỏng, cần hiểu rõ đặc tính của dòng chảy chất lỏng trong những hoàn cảnh khác nhau, bởi vì những thay đổi trong dòng chảy này có thể ảnh hưởng đến: kết cấu, hương vị hoặc thậm chí là mùi của một sản phẩm", theo Tiến sĩ Julia Rees, làm việc tại Khoa Toán học Ứng dụng, Đại học Sheffield, Vương quốc Anh.

"Độ nhớt của chất lỏng sẽ thay đổi trong những điều kiện môi trường khác nhau và các nhà sản xuất ra các sản phẩm chất lỏng thường sử dụng các phương trình toán học để xác định những thay đổi này", theo các nhà nghiên cứu.

Các nhà nghiên cứu làm việc tại Đại học Sheffield, Vương quốc Anh, đã dự đoán những thay đổi này bằng cách cho chất lỏng chảy qua một hệ thống thiết bị cảm biến không xâm lấn. Thiết bị cảm biến này sẽ phản hồi luồng thông tin trở lại thông qua một thiết bị điện tử, nhằm tính toán một loạt các trạng thái có thể (xảy ra) của dòng chảy chất lỏng.

Tiến sĩ Rees giải thích: "Đo lường riêng biệt từng thành phần tạo nên độ nhớt của chất lỏng được gọi là rheometry (kỹ thuật thử nghiệm được sử dụng để xác định các tính chất lưu biến của vật liệu). Chúng ta có thể sử dụng các phương trình toán học để đo lường độ nhớt của chất lỏng, nhưng lưu biến (dòng chảy) của hầu hết các chất lỏng là rất phức tạp".

"Thay vào đó, chúng ta có thể quan sát các đặc tính của chất lỏng, tiến hành đo lường rồi áp dụng các phương trình toán học để tính toán độ nhớt. Thiết bị cảm biến do chúng tôi chế tạo có thể thực hiện các tính toán này cho các công ty, thông qua việc sử dụng một quy trình kiểm tra đơn giản".

Các nhà khoa học tin rằng: các công ty có thể tích hợp thiết bị cảm biến này trong quá trình phát triển sản phẩm mới, có nghĩa là không cần phải lấy các mẫu chất lỏng ở các nhà máy để đưa đi thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.

Thiết bị cảm biến này có thể được hoạt động ở bất kỳ quy mô nào và có thể được khắc trên một vi mạch, với nhiều kênh (bằng chiều rộng của một sợi tóc con người). Điều này sẽ hữu ích để thử nghiệm với các mẫu chất lỏng nhỏ, chẳng hạn như trong các mẫu chất lỏng có nguồn gốc sinh học.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một hệ thống thiết bị cảm biến không xâm lấn trong phòng thí nghiệm và hiện đang tiến hành tinh chỉnh công nghệ và phát triển một thiết kế nguyên mẫu.

"Bởi vì các thiết bị vi mô đo dòng chảy hoạt động trong thời gian thực, sẽ phát hiện và xử lý kịp thời các khiếm khuyết, cho nên sẽ không xảy ra tình trạng lãng phí : vật liệu, thời gian và năng lượng", theo Will Zimmerman, giáo sư hệ thống động lực hóa sinh, phân Khoa Hoá học và Công nghệ Sinh học, Đại học Sheffield, Vương quốc Anh.