Determination of density and viscosity of fluids and fluid mixtures using frequency response of microcantilevers

Bu çalışma yüksek basınçta gazlarda ve süperkritik akışkanlarda mikro mekanik çubuklar kullanılarak ağdalık ve yoğunluk ölçümü yapılan ilk çalışmadır. Bu çalışmada, mikro-çubukların argon, nitrojen, karbondioksit ve karbondioksit-nitrojen karışımları içindeki çınlanım sıklığı (f0) ve nitelik katsayıları (Q) 308.15 K sıcaklıkta 24 MPa basınca kadar araştırıldı. Ölçümler 273-423K sıcaklığa ve 300 atm basınca dayanıklı yüksek basınçlı kapta ölçümler yapılmıştır. Mikromekanik çubukların bulunduğu mikro çip ve elektromagnetyüksek basınçlı kabın içerisine yerleştirilmiştir. Ölçümler, mikroçubukların alternative akımlı manyetik alanda hareket ettirilmesi sonucu quadrant fotodiyot ile laserin sapması prosedürüyle elde edilmiştir. Sabit sıcaklıkta, çınlanım sıklığı ve nitelik katsayılarının basınç artışıyla azaldığı görülmüştür. Deneysel sonuçlar salınan mikroçubukların hidrodinamik kuvvetleri hesaba katarak davranışını tanımalayan Sader'ın modeli ile karşılaştırılmıştır. Deneysel olarak elde edilen çınlanım sıklığı ve nitelik katsayılarını değerleri Sader'ın modeli kullanlarak elde edilen değerlere yakın bulunmuştur. Bu değerlerin yakın olması deneysel olarak izlenen yolun, gaz ve süperkritik akışkan ve akışkan karışımlarında yoğunluk ve ağdalık ölçümleri için uygun olduğunu gösterir. Çınlanım sıklığı ve nitelik katsayısı kullanılarak nitrojenin ağdalık ve yoğunluk ölçümleri bildirilmiştir. Öncelikle yoğunluk ve ağdalık değeri bilinen argon ile referans ölçüm alınarak kalibrasyon parametreleri saptanmıştır. Daha sonra, bu kalibrasyon parametreleri model denklemlerinde kullanılarak istenen sıcaklık ve basınçta nitrojenin ağdalık ve yoğunluk değeri bulunmuştur. Çalışılan başınç aralığında, yoğunluk ve ağdalık değerleri NIST veritabanındaki değerlerle karşılaştırılmış, kök ortalama kare sapması çınlanım sıklığı ve nitelik katsayısı için 2.5% and 5.2% olarak bulunmuştur.Akışkan karışımlarını incelemek adına CO2-N2 karışımı model karışım olarak seçilmiştir. Bu karşımda ağdalık ve yoğunluk ölçümü nitrojen referans akışkan kullanılarak yapılmış, göreceli sapma değer aralığı yoğunluk değerleri için 0.96 % -13.27 % ve ağdalık değerleri için 2.42 %- 15 % bulunmuştur.