A low-cost, open-source cylindrical Couette rheometer
Notice bibliographique
Résumé
Rheology describes the flow of fluids from food and plastics, to coatings, adhesives, and 3D printing inks, and is commonly denoted by viscosity alone as a simplification. While viscometers adequately probe Newtonian (constant) viscosity, most fluids have complex viscosity, requiring tests over multiple shear rates, and transient measurements. As a result, rheometers are typically large, expensive, and require additional infrastructure (e.g., gas lines), rendering them inaccessible for regular use by many individuals, small organizations, and educators. Here, we introduce a low-cost (under USD$200 bill of materials) Open Source Rheometer (OSR), constructed entirely from thermoplastic 3D printed components and off-the-shelf electromechanical components. A sample fluid rests in a cup while a micro stepping motor rotates a tool inside the cup, applying strain-controlled shear flow. A loadcell measures reaction torque exerted on the cup, and viscosity is calculated. To establish the measurement range, the viscosity of four Newtonian samples of 0.1-10 Pa.s were measured with the OSR and compared to benchmark values from a laboratory rheometer, showing under 23% error. Building on this, flow curves of three complex fluids - a microgel (hand sanitizer), foam (Gillette), and biopolymer solution (1% Xanthan Gum) - were measured with a similar error range. Stress relaxation, a transient test, was demonstrated on the biopolymer solution to extract the nonlinear damping function. We finally include detailed exposition of measurement windows, sources of error, and future design suggestions. The OSR cost is ∼1/25th that of commercially available devices with comparable minimum torque (200 µN.m), and provides a fully open-source platform for further innovation in customized rheometry.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,007 | 0,004 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».