ویسکومتر

ویسکومتر یا ویسکوزیمتر (Viscometer)

ویسکومتر یا ویسکوزیمتر وسیله ای است که برای اندازه گیری ویسکوزیته یا گرانروی مایعات استفاده می شود. ویسکومتر به زبان ساده، مقاومت یک مایع در برابر جریان یافتن به حالت آزاد را اندازه گیری می کند. واحدهای به کار رفته برای ویسکوزیته پاسکال ثانیه، پاسکال میلی ثانیه، پویز، سنتی پویز می باشند. برای موادی که ویسکوزیته آن ها با جریان یافتن تغییر می کند از ویسکومتر ویژه ای به نام رئومتر استفاده می گردد. در حالت کلی در یک ویسکومتر دو حالت وجود دارد:

– مایع ویسکوز ساکن است و یک شئ جانبی در داخل آن (ابزار اندازه گیری ویسکوزیته) حرکت می کند.

– وسیله اندازه گیری ویسکوزیته ساکن بوده و سیال ویسکوز حرکت می کند.

در هر دو حالت فوق، یک نیروی کششی که  باعث حرکت نسبی سیال نسبت به سطح

می شود اندازه گیری شده و به عنوان عاملی برای اندازه گیری گرانروی ماده مورد نظر استفاده می شود.

انواع ویسکومتر آزمایشگاهی و عملکرد آن ها

• ویسکومتر U شکل (استوالد)

این نوع ویسکومتر یک لوله شیشه ای است که به شکل U و با قطر های متفاوت ساخته شده است. به دلیل

داشتن قطری مشابه لوله مویین در بعضی بخش ها، به مدل لوله مویین نیز مشهور اند.

یکی از انواع ویسکومترهای شیشه ای که به ویسکومتر آبلهود (Ubbelohde viscometer) نیز معروف است، اساساً از یک لوله شیشه ای U شکل و به صورت عمودی تشکیل شده است که  در یک حمام کنترل دما قرار دارد. در یک سمت آن، یک لوله موئین با قطر مشخص قرار دارد که در بالای این قسمت یک حباب وجود دارد و یک بر آمدی دیگر پایین تر از آن در سمت دیگر لوله قرار گرفته است که در هنگام استفاده، ماده سیال به وسیله یک مکنده (Suction) از محفظه پایینی به محفظه بالایی کشیده می شود.

سپس اجازه داده می شود تا از طریق لوله موئین به محفظه پایینی جریان یابد. دو نشانه موجود در بالا و پایین محفظه بالایی حجم مشخصی را نشان می دهند که زمان مورد نیاز تا انتقال سیال بین این دو نشانه، با گرانروی جنبشی متناسب است. به دلیل تاثیر دما در گرانروی سیال، این دستگاه ها اغلب در یک دمای ثابت و در داخل یک حمام آب قرار می گیرند.

معمولاً این نوع ویسکومتر ها به دو شکل مستقیم و معکوس عمل می کنند.اساس کار ویسکومتر های مستقیم  مشابه ویسکومتر آبلهود است، در حالی که ویسکومتر های معکوس دارای یک مخزن در قسمت بالای نشانه ها هستند.

گونه ای از ویسکومتر ها هم وجود دارند که به صورت ترکیبی از دو مدل مذکور هستند که برای اندازه گیری گرانروی مواد کدر(مات) یا مواد لکه زا (آلاینده) طراحی شده اند.

در این نوع ویسکومتر ها، ماده سیال دیواره را آلوده می کند و شناسایی عبور کل سیال بین دو شاخص و در نتیجه اندازه گیری زمان دقیق، غیر ممکن می گردد. مدل ترکیبی این اجازه را به اپراتور می دهد که به جای اندازه گیری زمان تخلیه سیال بین دو شاخص مخزن بالا، زمان پر شدن مخزن پایینی را اندازه بگیرد و این امر تا حد زیادی از خطای گرانروی می کاهد.

• ویسکومتر حبابی

این نوع ویسکومتر برای تعیین گرانروی سیال در لاک ها و رزین ها کمک می کند. زمان لازم برای افزایش حباب هوا در این لوله ها مستقیماً با ویسکوزیته سیال مرتبط است. در مواردی که حباب سریعتر افزایش حجم داشته باشد، مایعات دارای ویسکوزیته کمتری هستند و بالعکس.

• ویسکومتر سقوطی

روش کار در این نوع ویسکومتر، بدین صورت است که ابتدا سیال را در داخل یک لوله شیشه ای عمودی قرار داده و اجازه می دهیم یک شئ فلزی کوچک که اندازه و دانسیته آن مشخص است در داخل سیال سقوط کند.

با محاسبه سرعت سقوط شار (برای راحتی کار و بالا بردن دقت محاسبه، می توان از حسگر های الکترونیکی استفاده نمود) و با دانستن اندازه و دانسیته شئ و دانسیته سیال مورد نظر، می توان از قانون استوکس برای محاسبه گرانروی سیال استفاده نمود. می توان از گلوله های فلزی با اندازه های متفاوت جهت بالا بردن دقت محاسبات استفاده کرد.

• ویسکومتر لرزشی

اساس کار مدل های لرزشی، اندازه گیری مقدار کاهش نوسانات الکترومغناطیسی لرزاننده هنگام لرزش در داخل مایع مورد آزمایش است. لرزاننده معمولاً به صورت دورانی یا ارتعاشی (به صورت دیاپازونی) کار می کند و هرچه ویسکوزیته مایع بالاتر باشد به همان نسبت، میزان افت لرزش های ایجاد شده توسط لرزاننده نیز، بیشتر خواهد بود.

میزان کاهش ارتعاشات به چند روش اندازه گیری می شود:

• یک روش اندازه گیری، بررسی مقدار انرژی لازم جهت ثابت نگه داشتن دامنه ارتعاشات نوسانگر در یک دامنه ارتعاشی مشخص است. در این روش باید انرژی بیشتری برای ثابت ماندن دامنه ارتعاشی، در سیالاتی با گرانروی بالا صرف شود.
• در روش اندازه گیری دوم، اندازه گیری زمان لازم جهت توقف کامل نوسانگر بعد از خاموش شدن آن صورت می پذیرد. در این روش باید متذکر شد زمان لازم جهت توقف نوسانگر با گرانروی سیال متناسب است و هر اندازه گرانروی بالاتر باشد مدت زمان لازم جهت توقف نوسانگر نیز کمتر خواهد بود.
• اندازه گیری فرکانس نوسانگر به صورت تابعی از نیروی وارد شده به سیال و واکنش سیال نسبت به آن روش دیگری برای اندازه گیری ویسکوزیته است. در این روش هم سیالاتی با گرانروی بالا، تغییر فرکانس بیشتری هنگام تغییر فاز از خود نشان می دهند.

مدل های لرزشی برای اندازه گیری گرانروی در طی فرآیندهای صنعتی به کار می رود.

در اینگونه دستگاه ها سنسور به میله نوسانگر متصل می شود. تغییرات دامنه نوسانگر با گرانروی سیالی که بخش لرزاننده دستگاه را می پوشاند، متناسب است. این روش برای اندازه گیری گرانروی سیالات ژلاتینی و سیالاتی با گرانروی بالا (بالای pa.s 1000) کاربرد دارد.

این دسته از ویسکومتر ها بسیار مستحکم بوده و تمام اجزای آن از مقاومت بالایی برخوردار هستند و تنها قسمت حساس آن ها، حسگر کوچک تعبیه شده در بخش لرزاننده است. به همین دلیل می توان گرانروی انواع مختلف مواد بخصوص سیالات اسیدی را با این نوع ویسکوزیمتر، اندازه گرفت به شرط آنکه یا باید سیال را در داخل یک پوشش خاص قرار داد و یا حسگر را از مواد مقاوم در برابر اسید ساخت . این نوع دستگاه به دو صورت پرتابل و رومیزی در اختیار کاربران قرار می گیرد.

• ویسکومتر چرخشی (دورانی)

اینگونه ویسکومتر ها که از استوانه های هم محور ساخته شده اند، بر اساس اندازه گیری مقدار گشتاور لازم جهت به چرخش در آوردن یک جسم خارجی در داخل سیال استوار هستند که می تواند راهی برای اندازه گیری گرانروی سیال باشد.

در این ویسکومترها یک استوانه مانند سیلندر (Bob ) درون استوانه دیگری (Cup) قرار گرفته، سیال در حجم محصور بین این دو استوانه ریخته می‌شود و یکی از استوانه‌ها را با سرعت زاویه ای (Ω) معینی چرخانده، گشتاور (T) را بر روی استوانه چرخان یا استوانه ثابت اندازه می‌گیریم.

بنابراین رابطه گشتاور و سرعت زاویه ای به دست می‌آید. اما از طرفی تنش وارده از طرف ماده سیال روی دیواره استوانه‌ها، با گشتاور رابطه مستقیم داشته و سرعت برش نیز با سرعت درون استوانه متناسب است.

ویسکومتر بروکفیلد نوعی ویسکومتر دورانی است که در آن استوانه چرخان که اسپیندل نامیده می‌شود، شبیه دوک بوده و توسط یک پیچ که در انتهای دسته آن قرار دارد، به موتور دستگاه متصل می‌شود. استوانه ثابت نیز ظرفی می‌باشد که نمونه در آن ریخته شده است.

اسپیندل را به دستگاه متصل نموده، در ظرف حاوی نمونه قرار می‌دهیم و با سرعت‌های زاویه ای معینی آن را می‌چرخانیم. ویسکومتر این امکان را به ما می‌دهد تا به وسیله پیچ تنظیم سرعت، داده‌های مربوط به سرعت‌های زاویه ای مختلف از قبیل ۱، ۵، ۱۰، ۲۰، ۵۰ و ۱۰۰ دور بر دقیقه را به دست آوریم. در هر سرعت زاویه ای، ویسکومتر گشتاور وارد بر اسپیندل را اندازه گرفته و عقربه روی آن، مقدار گشتاور را نشان می‌دهد.

• ویسکومتر استابینگر

با تغییر ویسکومتر های نوع چرخشی (Couette rotational viscometer) نوعی ویسکومتر ساخته می شود که به وسیله آن می توان به دقت بسیار بالایی در اندازه گیری ویسکوزیته جنبشی سیال، دست یافت. سیلندر داخلی ویسکومتر های استابینگر، گودتر و نسبت به ویسکومتر های نوع قبلی سبکتر طراحی شده اند.

به همین دلیل به آسانی در داخل نمونه شناور می گردند و به دلیل نیروی گریز از مرکز دقیقا در بخش مرکزی قرار می گیرند. اندازه گیری سرعت و گشتاور در این نوع با اندازه گیری چرخش میدان مغناطیسی و حرکات گردابی و بدون هیچگونه تماس مستقیمی صورت می گیرد که این امر دقت فوق العاده و دامنه وسیع سنجش را برای این نمونه امکان پذیر نموده است.

• ویسکومتر کربس

نوعی ویسکومتر دورانی است که در آن از یک اسپیندل با یک مدل استاندارد و یک سرعت ثابت استفاده می شود که اغلب در صنعت رنگ مورد استفاده قرار می گیرد.

• رئومتر

رئومترها برای مایعات غیرنیوتونی بسیار مفید هستند. منظور از مایعات غیرنیوتونی در واقع سیالی است که گرانروی آن با تغییر نیروی وارد برآن تغییر یافته و فاقد ویسکوزیته ی ثابت هستند.

https://hakimazma.com/%d8%af%d8%b3%d8%aa%da%af%d8%a7%d9%87/%d8%a2%d9%88%d9%86/

نگهداری و ایمنی ویسکومتر

• پرهیز از نگهداری و استفاده از دستگاه ویسکومتر در مکان و محیط های دارای نوسان برقی پرهیز از ریختن مواد مرطوب و آب بر روی دستگاه
• عدم وارد کردن ضربات بر روی دستگاه
• استفاده و روشن کردن دستگاه با ولتاژ پایین
• پس از پایان کار، با قرار دادن دکمه دستگاه بر روی حالت Off، کابل برق را قطع نمایید.
• همچنین باید توجه شود که در صورت نصب و استفاده از ویسکومتر لازم است تا دستگاه را در دمایی بین ۲ الی ۴۵ درجه سانتی گراد و در میزان رطوبتی بین ۱۲ الی ۶۲ درصد نگهداری و به کنتور برقی با ولتاژ ۱۰ آمپر (تک فاز) متصل نمایید.