مقياس اللزوجة هو أداة تستخدم لقياس لزوجة السوائل وخصائص تدفق السوائل. دعونا نناقش الأنواع المختلفة لمقاييس اللزوجة وخصائصها الداخلية والعوامل التي تدخل في إجراء قياسات لزوجة دقيقة وقابلة للتكرار.
في أبحاث الاحتكاك والتشحيم، غالبًا ما يُشار إلى اللزوجة على أنها أهم خاصية للزيت الأساسي. لماذا تعتبر اللزوجة مهمة جدًا في تزييت الماكينة؟ من ناحية، يمكن أن تتسبب اللزوجة المنخفضة جدًا في حدوث اتصال بيني بين المكونات الداخلية أثناء الحركة، مما يؤدي إلى التآكل.
من ناحية أخرى، فإن اللزوجة العالية جدًا تجبر الآلة على العمل بجهد أكبر للتغلب على المقاومة الداخلية لتدفق مادة التشحيم. لذلك، من المهم أن نفهم ليس فقط لزوجة الزيت الأساسي، ولكن أيضًا كيف يمكن أن تتغير بسبب التقلبات في ظروف التشغيل أو الظروف البيئية.
مقياس اللزوجة ومقياس الرطوبة
اللزوجة هي مقياس لمقاومة السائل للتدفق (إجهاد القص) عند درجة حرارة معينة. لا تحافظ جميع السوائل على لزوجة ثابتة مع تغير ظروف التدفق. تسمى السوائل التي تتغير لزوجتها مع ظروف التدفق بالسوائل غير النيوتونية. يتم قياس لزوجة هذه الأنواع من السوائل بواسطة مقياس ريومتر. يقيس مقياس اللزوجة لزوجة السائل النيوتوني.
الحركية واللزوجة المطلقة
من بين طرق قياس اللزوجة المختلفة، هناك طريقتان مختلفتان للتعبير عن اللزوجة: اللزوجة الحركية واللزوجة المطلقة. والفرق الرئيسي بين الاثنين هو أن اللزوجة الحركية تقاس بملاحظة مقاومة السائل للتدفق تحت تأثير الجاذبية، بينما تقاس اللزوجة المطلقة بملاحظة مقاومة السائل للتدفق تحت تأثير قوى خارجية ومتحكم فيها، أما عن طريق الشعيرات الدموية فتتم أيضًا حركة السوائل عبر الجسم.
يتم قياس اللزوجة الحركية بالسنتيستوك (cSt)، لكن اللزوجة المطلقة تقاس بالمئوية (cP). ولأغراض المقارنة، عادة ما يتم تحويل اللزوجة المطلقة إلى اللزوجة الحركية عن طريق قسمتها على الثقل النوعي (SG) للسائل.
cSt=cP/SG أو مقلوب المعادلة: cP=cSt x SG
طريقة اختبار اللزوجة
تم إنشاء العديد من طرق اختبار اللزوجة، ولكل منها مميزاتها الخاصة. فيما يلي قائمة بالتقنيات الأكثر استخدامًا لاختبار لزوجة الزيت الأساسي.
اختبار مقياس اللزوجة الشعري (الزجاجي).
الجهاز الأساسي المستخدم في اختبار مقياس اللزوجة الشعري هو أنبوب زجاجي على شكل حرف "U"، مما يمنحه الاسم المرتبط به عادةً، أنبوب U. يتطلب إجراء الأنبوب U غمر الأنبوب في حمام يتم التحكم في درجة حرارته (عادة 40 أو 100 درجة مئوية) وأخذ قراءات دقيقة (بالثواني) للوقت اللازم لتدفق كمية ثابتة من السائل داخل الأنبوب. تتم إزالة الأنبوب من الأنبوب عن طريق الشفط أو الجاذبية. علامة واحدة إلى علامة أخرى.
يتم بعد ذلك ضرب هذا الوقت المقاس بثابت (متعلق بالأنبوب المحدد) لحساب اللزوجة المطلقة (الشفط) أو اللزوجة الحركية (الجاذبية).
اختبار مقياس اللزوجة الدوراني
الميزة الرئيسية لمقياس اللزوجة الدوراني تتضمن جهازًا دوارًا، يسمى المغزل، مغمورًا في سائل الاختبار. يتم بعد ذلك استخدام عزم الدوران على العمود الدوار لقياس مقاومة السائل للتدفق.
يقوم مقياس اللزوجة الدوراني بحساب اللزوجة المطلقة للسائل لأن هذا القياس لا يتضمن الجاذبية ولكنه دالة لإجهاد القص داخل السائل. يُطلق على أحد الأشكال الشائعة لمقياس اللزوجة هذا اسم مقياس اللزوجة Brookfield.
مقياس اللزوجة Stabinger هو نسخة معدلة من مقياس اللزوجة الدوراني. إنه يستخدم مغزلًا عائمًا مستقلاً محسّنًا، والذي يتم التحكم فيه عن طريق القوة الكهرومغناطيسية لتوليد الدوران في السائل. وهذا مفيد لأنه يلغي المهمة الصعبة المتمثلة في مراعاة احتكاك المحرك الإضافي مع العمود الرئيسي.
اختبار سقوط الكرة وسقوط مقياس اللزوجة للمكبس
تشمل البدائل الأقل شيوعًا لقياس اللزوجة سقوط الكرة ومقاييس اللزوجة المكبسية المتساقطة. في هذه الاختبارات، يتم إسقاط كرة أو مكبس في سائل ويتم قياس الوقت بين نقطة محددة ونقطة محددة ثانية. من أجل حساب اللزوجة من قانون ستوكس، يجب معرفة السرعة النهائية المعروفة وأبعاد وكثافة الكرة أو المكبس.
طرق الاختبار الأخرى
في بعض المواقف التي لا نشاهدها عادة في اختبار لزوجة الزيت، يمكن استخدام طريقة الفقاعة. يتضمن هذا الاختبار عادةً قياس الوقت الذي تستغرقه الفقاعة لترتفع مسافة معينة. يمكن بعد ذلك ربط وقت القياس هذا بشكل متناسب مع لزوجة السائل. يتضمن الاختلاف الآخر قياس مقاومة المسبار للاهتزاز.
أنواع أجهزة قياس اللزوجة
على الرغم من وجود عدة طرق لتحديد اللزوجة، إلا أن معظم أجهزة قياس اللزوجة تباع تجاريًا لتتناسب بشكل أفضل مع الاستخدام المقصود منها. فيما يلي قائمة بفئات مقياس اللزوجة هذه.
مقياس اللزوجة المحمول
وكما يوحي الاسم، فإن أجهزة قياس اللزوجة المحمولة مناسبة للاستخدام في أي مكان حيث تكون بيئة المختبر غير عملية. في العديد من التطبيقات الميدانية والميدانية، تحتاج أجهزة قياس اللزوجة إلى توفير قراءات لزوجة سريعة وتقريبية، وذلك غالبًا ما يتطلب مزيدًا من التحليل.
مقياس اللزوجة الميداني الصغير
للحصول على قراءات لزوجة أكثر دقة، تعد أجهزة قياس اللزوجة الميدانية الصغيرة مناسبة لإعدادات المختبر ولكنها ميسورة التكلفة. تشتمل أجهزة قياس اللزوجة هذه على مجموعة متنوعة من الأنابيب U أو مقياس اللزوجة Brookfield.
مقياس اللزوجة خدمة كاملة
للحصول على أعلى دقة في اختبار اللزوجة، يجب استخدام مقياس اللزوجة كامل الخدمة. غالبًا ما تكون هذه الأجهزة قادرة على اختبار اللزوجة الحركية والمطلقة تلقائيًا على نطاق واسع من درجات الحرارة وتوفر حسابات الكثافة والجاذبية النوعية. من التحديات الشائعة التي تواجهها مختبرات تحليل الزيوت والتي تتطلب اختبارات متعددة على العينات هو القدرة على إجراء هذه الاختبارات بأقل عدد ممكن من العينات.
يمكن لبعض أجهزة قياس اللزوجة كاملة الخدمة الأكثر تطورًا إجراء قياسات دقيقة بأحجام عينة أقل من 0.1 مل، مع إمكانية تكرار في حدود 0.1%. في المختبرات الكبيرة التي تختبر مئات العينات يوميًا، تعد هذه ميزة ضرورية لمقياس اللزوجة كامل الخدمة.
مقياس اللزوجة عبر الإنترنت/عبر الإنترنت
في حين يتم إجراء معظم اختبارات لزوجة الزيت بعد الحصول على عينة موجودة، يمكن لبعض أجهزة قياس اللزوجة توفير قراءات لزوجة مستمرة في خطوط التدفق النشطة. يتم ذلك عادةً باستخدام أجهزة الاستشعار أو محولات الطاقة إما مباشرة في الخط (جزء من خط الأنابيب) أو في الخط (التدفق الالتفافي أو المستشعر). يتم أخذ قياس اللزوجة ثم إرساله كإشارة إلكترونية إلى جهاز كمبيوتر أو جهاز مراقبة آخر.
العوامل المؤثرة على قياس اللزوجة
على الرغم من أن لزوجة السائل تبدو سهلة التحليل، إلا أن إجراء قياسات دقيقة لهذه السوائل قد يكون مهمة صعبة. لكي يكون القياس صحيحاً، يجب معرفة عدة عوامل وثباتها، بما في ذلك:
درجة حرارة
من حيث الأهمية، فإن نسبة درجة الحرارة إلى اللزوجة تشبه نسبة اللزوجة إلى الزيت الأساسي. إن المسؤولية الوحيدة لحمام التحكم في درجة الحرارة هي ضمان الحفاظ على تجربة قياس اللزوجة بأكملها عند درجة حرارة دقيقة (عادةً 40 أو 100 درجة مئوية) وفي حدود 0.02 درجة مئوية. يمكن أن يكون التحكم في الحمام إلى هذا الحد أمرًا صعبًا، ولهذا السبب تتضمن أجهزة قياس اللزوجة الأكثر تطورًا نظام حمام يمكن التحكم في درجة حرارته كجزء من الوحدة.
زجاج مقياس اللزوجة
لا تعتمد دقة مقياس اللزوجة الشعري على درجة الحرارة فحسب، بل تعتمد أيضًا على القطر الداخلي الدقيق للأنبوب. لهذا السبب، هذه الأنابيب الزجاجية مصنوعة من زجاج البورسليكات منخفض التمدد الملدن بالكامل وغالبًا ما تأتي مع ثابت مقياس اللزوجة المرتبط بالأنبوب كعامل تصحيح. من الممارسات الشائعة إعادة معايرة ثوابت مقياس اللزوجة سنويًا بناءً على درجات الحرارة التي سيتم استخدامه فيها، لضمان أقل قدر ممكن من الأخطاء.
حجم مقياس اللزوجة
تختلف أحجام مقياس اللزوجة بسبب النطاق الواسع من اللزوجة التي يمكن اختبارها. من المستحسن أن يستغرق مقياس اللزوجة 200 ثانية على الأقل (للقياسات اليدوية بساعة توقيت) لتمرير سائل الاختبار من نقطة محددة إلى أخرى لتجنب الخطأ البشري.
شطف بين القياسات
هناك عامل مهم آخر في اختبار مقياس اللزوجة وهو جودة التنظيف داخل الأنبوب بين القياسات. عادة، يتم استخدام مجموعة متنوعة من المذيبات الخالية من المخلفات في مراحل التنظيف والشطف والتجفيف. في المختبرات التي تقوم بتشغيل العينات بشكل مستمر على أجهزة قياس اللزوجة ذات الحجم الكبير، يضمن نظام التنظيف المدمج كفاءة التنظيف. ومع ذلك، لا يزال من الضروري إجراء فحص بصري لتحديد ما إذا كانت دورة التدفق الثانية ضرورية، خاصة مع الزيت المستعمل.
تشمل العوامل المهمة الأخرى التي يمكن أن تؤثر على قياسات اللزوجة طريقة جهاز التوقيت ودقته، والتعامل السليم مع العينات، ومراقبة الجودة المتعمقة والمستمرة.
على مر السنين، تطور قياس اللزوجة بأساليب وطرق مختلفة. يُحسب لـ ASTM والمنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO)، أنه تم أيضًا تطوير طرق وإجراءات اختبار مقياس اللزوجة والمعايرة والتنظيف وعوامل أخرى لضمان الدقة والاتساق بين أجهزة قياس اللزوجة المختلفة.
بعد كل شيء، اللزوجة هي الخاصية الفيزيائية الأكثر أهمية للزيت الأساسي، والجهود المبذولة لقياس اللزوجة من خلال أساليب دقيقة ومعايير صارمة يمكن أن تعادل تشحيمًا أكثر موثوقية للآلة وعمرًا أطول للآلة في نهاية المطاف.
