كيفية اختيار مقياس اللزوجة؟

يمكن تقسيم السوائل إلى نيوتونية وغير نيوتونية وفقًا لتصنيفاتها الرئيسية. وتنقسم السوائل غير النيوتونية بدورها إلى نوعين: نوع يعتمد على معدل القص ونوع يعتمد على الزمن. يشير النوع الذي يعتمد على معدل القص إلى تغير سلوك تدفق السائل بتغير معدل القص، ويشمل النوع شبه اللدن، والنوع المتمدد، والنوع اللدن. أما النوع الذي يعتمد على الزمن فيشير إلى تغير خصائص تدفق السائل مع الزمن عند معدل قص معين، ويشمل النوع الثيكسوتروبي ونوع التخثر الصدمي.

اكتشف العالم نيوتن أن نسبة إجهاد القص τ إلى معدل القص D ثابتة عند تدفق بعض السوائل، أي: η = τ/D. الماء والزيت كلاهما من السوائل التي تخضع لهذه القاعدة. هذه الصيغة هي قانون نيوتن للزوجة، حيث η هي لزوجة السائل. اللزوجة هي مقياس للاحتكاك الداخلي أو المقاومة عند تدفق السائل. وحدة قياس η هي ملي باسكال.ثانية (mPa·s) أو باسكال.ثانية (Pa·s). السائل النيوتوني هو سائل مختلط خالٍ من الجسيمات. يُطلق على السائل الذي لا تتغير لزوجته بتغير إجهاد القص اسم السائل النيوتوني، بينما يُطلق على السائل الذي تتغير لزوجته بتغير إجهاد القص اسم السائل غير النيوتوني.

لذا، عند استخدام مقياس لزوجة دوراني رقمي ، تكون قيمة لزوجة السائل النيوتوني مؤكدة. طالما أن قيمة اللزوجة تقع ضمن نطاق القياس المسموح به (عزم الدوران من 20% إلى 90%)، يمكن اختيار دوار مختلف وتغيير السرعة للحصول على النتيجة نفسها. يستقر مقياس اللزوجة الرقمي لدينا عادةً بعد دوران الدوار (مثل الدوار القياسي L1-L4) من 5 إلى 6 دورات. على سبيل المثال، السرعة المختارة هي 30 دورة في الدقيقة، أي دورة واحدة كل ثانيتين، ويستغرق القياس حوالي 10 إلى 12 ثانية. يشير نطاق القياس المحدد بواسطة مقياس اللزوجة إلى لزوجة السائل النيوتوني.

مقياس اللزوجة

أما بالنسبة للسوائل غير النيوتونية، فإن قيمة اللزوجة ليست ثابتة، لأن معدل القص الناتج عن الدوارات المختلفة وسرعات الدوران يختلف، لذا فإن الظواهر المحددة التي قد تتم مواجهتها هي:

1. بعد اختيار دوار معين وسرعة معينة، تتغير قيمة اللزوجة بسرعة من قيمة كبيرة إلى قيمة صغيرة، ثم تستقر تدريجياً (يشير الاستقرار إلى تغير قيمة عزم الدوران المقاس في كل مرة بين 0.1% و0.2%)، وذلك لأن لزوجة مقياس اللزوجة عالية جداً، لذلك غالباً ما نلاحظ أن قيمة اللزوجة تستمر في الانخفاض بعد فترة طويلة من القياس، ويصبح الانخفاض أصغر فأصغر، وهو ما يتوافق مع خصائص السوائل غير النيوتونية.

2. بعد اختيار دوار معين وسرعة معينة، تزداد قيمة اللزوجة بسرعة من صغيرة إلى صغيرة، وتستقر تدريجياً.

3. تختلف قيمة اللزوجة بعد اختيار نفس الدوار وسرعات مختلفة.

٤. تختلف قيم اللزوجة باختلاف الدوارات عند استخدام نفس السرعة. لذا، فإن العناصر الأساسية لقياس السوائل غير النيوتونية هي الدوار والسرعة والزمن. ولا يمكن إجراء مقارنات متعددة إلا بعد تثبيت هذه العناصر. عادةً، يحدد المستخدمون هذه العناصر وفقًا لأغراضهم ومتطلباتهم الخاصة من خلال التجارب. يجب أن يتوافق اختيار الدوار والسرعة مع قيمة اللزوجة المقاسة ضمن النطاق المسموح به للقياس (عزم الدوران من ٢٠٪ إلى ٩٠٪)، ويُحدد الزمن من البداية حتى نهاية نطاق تغير قيمة عزم الدوران المقاس (من ٠.١٪ إلى ٠.٢٪). على سبيل المثال، بالنسبة لعينة معينة، عند اختيار الدوار رقم L4 بسرعة ٣٠ دورة في الدقيقة، ستستقر القيمة خلال ٥ دقائق (يتراوح عزم الدوران من ٠.١٪ إلى ٠.٢٪). في هذه الحالة، تكون اللزوجة ١٠٠٠٠ ملي باسكال.ثانية وعزم الدوران ٥٠٪. ثم، إذا كنت بحاجة إلى المقارنة مع عينات مماثلة في المستقبل، في ظل نفس ظروف القياس، أي الدوار L4، 30 دورة في الدقيقة، و5 دقائق من القراءة.

بالإضافة إلى ذلك، فإن تأثير درجة الحرارة على اللزوجة كبير جدًا أيضًا، لذا يجب أن يكون التحكم في درجة الحرارة للعينات المماثلة أفضل.