جهاز اختبار اللزوجة الحركية

جهاز اختبار اللزوجة الحركية (Kinematic Viscosity Tester)

جهاز اختبار اللزوجة الحركية يُستخدم لقياس اللزوجة الحركية (Kinematic Viscosity) للزيوت والشحوم والسوائل البترولية عند درجات حرارة محددة، وفقًا لمعايير مثل ASTM D445 وISO 3104.

مبدأ عمل الجهاز

يعتمد الاختبار على قياس الزمن الذي يستغرقه حجم معين من السائل للمرور عبر أنبوب شعري زجاجي (أنبوب أوستوالد أو أوبلوده) تحت تأثير الجاذبية. يتم حساب اللزوجة الحركية باستخدام العلاقة: ν=C×t/ρ​

حيث:

• ν\nuν = اللزوجة الحركية (mm²/s أو cSt).
• CCC = ثابت اللزوجة للأنبوب الشعري.
• ttt = الزمن المستغرق لانسياب السائل (بالثواني).
• ρ\rhoρ = كثافة السائل عند درجة الحرارة المختبرة (g/cm³).

المكونات الرئيسية للجهاز

1. حمام الزيت الحراري
   • يحافظ على درجة حرارة ثابتة (عادةً 40°C و100°C للزيوت).
   • دقة التحكم في الحرارة تصل إلى ±0.01°C.
2. أنابيب قياس اللزوجة (Viscometer Tubes)
   • أنابيب زجاجية معايرة بأقطار مختلفة لتناسب نطاقات لزوجة مختلفة.
3. وحدة ضبط درجة الحرارة
   • مزودة بسخان ومجسات حرارية للتحكم الدقيق في درجة الحرارة.
4. جهاز قياس الزمن (Digital Timer)
   • يُستخدم لحساب الزمن الذي يستغرقه السائل للانسياب.
5. نظام الشفط أو الضغط
   • يُستخدم لدفع العينة إلى نقطة البدء في بعض الأجهزة الآلية.

طريقة إجراء الاختبار

1. تحضير العينة
   • تُسخن العينة إلى درجة الحرارة المطلوبة وتُصفى لإزالة الشوائب.
2. ملء أنبوب الاختبار
   • يتم إدخال الزيت إلى أنبوب اللزوجة حتى يصل إلى المستوى المحدد.
3. ضبط درجة الحرارة
   • يوضع الأنبوب داخل حمام الزيت الحراري، ويُترك ليستقر عند درجة الحرارة المحددة.
4. بدء القياس
   • يُحرَّك الزيت إلى نقطة البداية باستخدام الشفط أو الضغط.
   • يتم تحرير السائل، ويُحسب الزمن الذي يستغرقه للمرور بين العلامتين المحددتين في الأنبوب.
5. حساب اللزوجة الحركية
   • باستخدام ثابت الأنبوب وزمن التدفق، تُحسب اللزوجة الحركية وتُسجل النتيجة.

أنواع أجهزة اختبار اللزوجة الحركية

1. الأجهزة اليدوية
   • تحتاج إلى تشغيل يدوي وقياس زمني بواسطة المستخدم.
   • مناسبة للمختبرات الصغيرة والتطبيقات غير المتكررة.
2. الأجهزة نصف الأوتوماتيكية
   • مزودة بمؤقتات رقمية لقياس الزمن بدقة أكبر.
3. الأجهزة الأوتوماتيكية بالكامل
   • تقوم بجميع العمليات تلقائيًا، بما في ذلك إدخال العينة، القياس، والحساب.
   • مناسبة للمختبرات الصناعية ذات الاختبارات المتكررة.

المعايير المستخدمة في الاختبار

• ASTM D445 – المعيار الأساسي لقياس اللزوجة الحركية للزيوت البترولية.
• ISO 3104 – معيار عالمي مشابه لـ ASTM D445.
• DIN 51562 – معيار ألماني لاختبار اللزوجة الحركية.

أهمية الاختبار

• تحديد جودة الزيوت: يؤثر على أداء التزييت والتشغيل السلس للمحركات والمعدات.
• تصنيف الزيوت: يساعد في تصنيف زيوت المحركات وفقًا لمتطلبات SAE وISO.
• التأكد من المطابقة للمعايير: مهم لصناعة الزيوت والشحوم وسوائل التبريد.

الإجراء التجريبي لاختبار اللزوجة الحركية باستخدام جهاز قياس اللزوجة وفقًا للمعيار ASTM D445

1. تحضير العينة

• تُسخن العينة إلى درجة حرارة أعلى قليلاً من درجة الاختبار (عادةً 40°C أو 100°C) لضمان سيولة جيدة.
• تُصفى العينة إذا لزم الأمر لإزالة أي شوائب أو فقاعات هواء قد تؤثر على النتائج.

2. معايرة الجهاز وتهيئته

• يُضبط حمام الزيت الحراري على درجة الحرارة المطلوبة (مثل 40°C أو 100°C).
• تُترك العينة والأنابيب داخل الحمام لفترة كافية (حوالي 30 دقيقة) حتى تصل إلى الاستقرار الحراري.

3. تعبئة أنبوب اللزوجة

• يُملأ أنبوب اللزوجة بالعينة حتى يصل إلى المستوى المطلوب باستخدام أداة الشفط أو الضغط.
• يتم التأكد من أن العينة خالية من الفقاعات الهوائية.

4. بدء القياس

• يُرفع الزيت داخل الأنبوب إلى ما فوق العلامة العلوية باستخدام الشفط أو الضغط.
• يُترك الزيت لينساب بحرية تحت تأثير الجاذبية عبر الأنبوب.
• يتم تشغيل المؤقت الرقمي عند مرور الزيت بالعلامة العلوية، ثم يتم إيقافه عند مروره بالعلامة السفلية.

5. حساب اللزوجة الحركية

• تُحسب اللزوجة الحركية باستخدام المعادلة:

ν=C×t

حيث:

• ν\nuν = اللزوجة الحركية (mm²/s أو cSt).
• CCC = ثابت المعايرة للأنبوب الشعري (يحدد من قبل الشركة المصنعة).
• ttt = الزمن المستغرق لانسياب العينة (بالثواني).

6. تسجيل النتائج والتحقق منها

• تُسجل القيم وتُقارن بالمواصفات القياسية للزيت المستخدم.
• إذا تم إجراء الاختبار عند درجتين حراريتين مختلفتين (40°C و100°C)، يمكن حساب مؤشر اللزوجة (VI) للزيت.

7. تنظيف الأنبوب والجهاز

• بعد انتهاء الاختبار، يُشطف أنبوب اللزوجة بمذيب مناسب (مثل الهكسان أو التولوين) ثم يُجفف بالهواء المضغوط.
• يتم إطفاء الجهاز وتركه ليبرد قبل الاستخدام التالي.

ملاحظات هامة أثناء الاختبار

✅ يجب أن تكون درجة حرارة العينة والجهاز مستقرة لضمان دقة النتائج.
✅ يجب استخدام أنبوب قياس مناسب يتوافق مع نطاق اللزوجة المتوقعة للعينة.
✅ يجب معايرة الجهاز دوريًا للتحقق من دقة ثابت المعايرة (C).