دستگاه ویسکوزیمتر چیست؟ و کاربردهای گسترده آن در صنعت

مقدمه ای بر موضوع

تا به حال به تفاوت روان شدن عسل و آب فکر کرده‌ اید؟ چرا وقتی یک شیشه عسل را کج می‌ کنید، محتویات آن به آرامی جریان پیدا می‌ کند، اما آب به سرعت بیرون می‌ ریزد؟ پاسخ این سوال در خاصیتی به نام گرانروی یا ویسکوزیته (Viscosity) نهفته است. ویسکوزیته در واقع مقاومت یک سیال (مایع یا گاز) در برابر جاری شدن یا تغییر شکل است. به زبان ساده‌ تر، نشان می‌ دهد که یک مایع چقدر “غلیظ” یا “شل” است. عسل ویسکوزیته بالایی دارد، در حالی که آب ویسکوزیته پایینی دارد. این ویژگی یکی از مهم‌ ترین خصوصیات فیزیکی سیالات است و اندازه‌ گیری دقیق آن در بسیاری از صنایع برای کنترل کیفیت، بهینه‌ سازی فرآیندها و توسعه محصولات جدید ضروری است. ابزاری که برای این اندازه‌ گیری به کار می‌ رود، ویسکوزیمتر نام دارد.

 

ویسکوزیمتر چیست؟

ویسکوزیمتر (Viscometer) یا گرانروی‌ سنج، دستگاهی است که برای اندازه‌ گیری ویسکوزیته یک سیال طراحی شده است. این دستگاه به ما کمک می‌ کند تا به جای یک ارزیابی حسی و کیفی (مثلاً گفتن اینکه این مایع “کمی غلیظ است”)، یک مقدار عددی دقیق و قابل تکرار از این خاصیت به دست آوریم. این اندازه‌ گیری عددی برای مقایسه، کنترل و تضمین کیفیت محصولات و فرآیندها بسیار حیاتی است. جهت استعلام موجودی و خرید دستگاه ویسکوزیمتر کلیک کنید.

ویسکوزیته با واحدهایی مانند پاسکال-ثانیه (Pa·s)، پواز (Poise)، سانتی‌ پواز (cP) یا میلی‌ پاسکال-ثانیه (mPa·s) بیان می‌ شود.

 

نگاهی به انواع رایج ویسکوزیمترها و اصول کار آن ها

ویسکوزیمترها انواع مختلفی دارند که هر کدام بر اساس اصول فیزیکی متفاوتی کار می‌ کنند. انتخاب نوع ویسکوزیمتر به عواملی مانند نوع سیال (نیوتنی یا غیرنیوتنی)، محدوده ویسکوزیته، دقت مورد نیاز و شرایط آزمایش (دما، فشار) بستگی دارد. در اینجا به چند نوع رایج اشاره می‌ کنیم:

• ویسکوزیمترهای مویین (Capillary Viscometers)

این دسته از ویسکوزیمترها، مانند مدل‌ های معروف استوالد (Ostwald) یا اوبلوده (Ubbelohde)، یکی از ساده‌ ترین و قدیمی‌ ترین روش‌ ها برای اندازه‌ گیری ویسکوزیته هستند. اصل کار آن‌ ها بر اساس اندازه‌ گیری زمان لازم برای عبور حجم مشخصی از مایع از یک لوله شیشه‌ ای بسیار باریک (مویین یا کاپیلاری) تحت تأثیر نیروی جاذبه (یا یک فشار معین) است.

هرچه مایع ویسکوزتر (غلیظ‌ تر) باشد، زمان بیشتری طول می‌ کشد تا از این لوله باریک عبور کند. با استفاده از روابط مشخص (که به قانون پوازی مربوط می‌ شوند) و با دانستن ثابت‌ های دستگاه، می‌ توان از روی این زمان، ویسکوزیته مایع را محاسبه کرد. این ویسکوزیمترها برای سیالات نیوتنی (که ویسکوزیته آن‌ ها با تغییر نیروی اعمال شده تغییر نمی‌ کند) و با ویسکوزیته نسبتاً پایین مناسب هستند.

 

• ویسکوزیمترهای چرخشی (Rotational Viscometers)

این نوع ویسکوزیمترها بسیار پرکاربرد هستند و می‌ توانند طیف وسیعی از ویسکوزیته‌ ها را اندازه‌ گیری کنند و برای سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی (که ویسکوزیته آن‌ ها با تغییر نیروی برشی تغییر می‌ کند) مناسب‌ اند.

مدل‌ های معروفی مانند ویسکوزیمتر بروکفیلد (Brookfield)، مخروط و صفحه (Cone-and-Plate) و استوانه هم‌ مرکز (Coaxial Cylinder) در این دسته قرار می‌ گیرند.

اصل کار کلی آن‌ ها به این صورت است که یک قطعه چرخان (مانند یک دوک یا اسپیندل، یک مخروط یا یک استوانه) در داخل سیال مورد آزمایش با سرعت زاویه‌ ای ثابت چرخانده می‌ شود. سیال ویسکوز در برابر این چرخش مقاومت می‌ کند. دستگاه، نیروی گشتاور (Torque) لازم برای حفظ این سرعت ثابت چرخش را اندازه‌ گیری می‌ کند. هرچه سیال ویسکوزتر باشد، مقاومت بیشتری از خود نشان داده و در نتیجه نیروی گشتاور بیشتری برای چرخاندن قطعه لازم است. از روی این نیروی گشتاور و با در نظر گرفتن هندسه قطعه چرخان و سرعت چرخش، ویسکوزیته محاسبه می‌ شود. برخی از این دستگاه‌ ها همچنین می‌ توانند با اعمال یک گشتاور ثابت، سرعت چرخش حاصل را اندازه‌ گیری کنند.

 

• ویسکوزیمترهای سقوطی (Falling Ball/Falling Piston Viscometers)

در این نوع ویسکوزیمترها، اصل اندازه‌ گیری بر اساس زمان لازم برای سقوط یک گوی یا یک پیستون با اندازه، شکل و چگالی مشخص، در داخل یک استوانه عمودی پر از سیال مورد آزمایش و تحت تأثیر نیروی جاذبه است.

هرچه سیال ویسکوزتر باشد، مقاومت بیشتری در برابر حرکت این جسم از خود نشان می‌ دهد و در نتیجه، جسم با سرعت کمتری سقوط کرده و زمان بیشتری طول می‌ کشد تا یک فاصله مشخص را طی کند. این پدیده با قانون استوکس مرتبط است. این روش برای سیالات شفاف (تا بتوان حرکت گوی را مشاهده کرد) و اغلب برای سیالات با ویسکوزیته بالا مناسب است.

 

• ویسکوزیمترهای لرزشی یا ارتعاشی (Vibrational Viscometers)

در این دستگاه‌ ها، یک میله یا سنسور در داخل سیال قرار گرفته و با فرکانس مشخصی به ارتعاش درمی‌ آید. سیال اطراف این سنسور مرتعش، باعث میرا شدن (Damping) این ارتعاشات می‌ شود. میزان این میرایی مستقیماً با ویسکوزیته سیال در ارتباط است؛ یعنی سیالات ویسکوزتر، ارتعاشات را بیشتر میرا می‌ کنند. دستگاه با اندازه‌ گیری این میرایی، ویسکوزیته را محاسبه می‌ کند. این نوع ویسکوزیمترها اغلب برای پایش پیوسته ویسکوزیته در خطوط تولید (Online Monitoring) مناسب هستند.

 

کاربردهای گسترده ویسکوزیمترها در صنایع مختلف

اندازه‌ گیری و کنترل ویسکوزیته در بسیاری از صنایع نقش حیاتی در کیفیت محصول نهایی، کارایی فرآیندها و حتی ایمنی دارد. در ادامه به برخی از مهم‌ ترین کاربردهای ویسکوزیمترها اشاره می‌ شود:

• صنایع غذایی

ویسکوزیته یکی از مهم‌ ترین عوامل تعیین‌ کننده بافت، حس دهانی و پایداری محصولات غذایی است. از ویسکوزیمترها برای کنترل غلظت و قوام محصولاتی مانند سس‌ها (کچاپ، مایونز)، محصولات لبنی (ماست، خامه، بستنی)، عسل، انواع شربت، مربا، شکلات مذاب و خمیرها استفاده می‌ شود. همچنین، ویسکوزیته بر فرآیندهایی مانند پمپاژ، مخلوط کردن، پر کردن و بسته‌ بندی تأثیر می‌ گذارد.

 

• صنایع شیمیایی و پتروشیمی

در این صنایع، ویسکوزیته برای کنترل کیفیت مواد اولیه، محصولات میانی و محصولات نهایی مانند انواع پلیمرها، رزین‌ ها، رنگ‌ ها، چسب‌ ها، حلال‌ ها، روغن‌ های صنعتی و روان‌ کننده‌ ها اندازه‌ گیری می‌ شود. به عنوان مثال، ویسکوزیته یک پلیمر مذاب بر شرایط فرآیند شکل‌ دهی آن (مانند تزریق یا اکستروژن) تأثیر مستقیم دارد. همچنین، برای طراحی خطوط لوله انتقال سیالات و تجهیزات فرآیندی، داشتن دستگاه ویسکوزیته ضروری است.

 

• صنایع داروسازی و آرایشی-بهداشتی

در تولید داروها و محصولات آرایشی-بهداشتی، ویسکوزیته نقش مهمی در پایداری، ظاهر، نحوه استعمال و حتی میزان جذب دارو دارد. از ویسکوزیمترها در توسعه و کنترل کیفیت فرمولاسیون انواع کرم‌ ها، لوسیون‌ ها، پمادها، ژل‌ ها، شربت‌ های خوراکی، سوسپانسیون‌ ها و محلول‌ های تزریقی استفاده می‌ شود تا اطمینان حاصل شود که محصول دارای قوام و روانی مناسب برای مصرف‌ کننده است.

 

• صنعت نفت و گاز

ویسکوزیته نفت خام و فرآورده‌ های نفتی (مانند بنزین، گازوئیل، نفت کوره و انواع روغن‌ های روان‌ کننده) یک پارامتر کلیدی در فرآیندهای اکتشاف، استخراج، انتقال در خطوط لوله، پالایش و تعیین کیفیت نهایی است. همچنین، کنترل ویسکوزیته گل حفاری در عملیات حفاری چاه‌ های نفت و گاز برای روان‌ کاری مته و خارج کردن تراشه‌ ها بسیار مهم است.

 

• صنعت رنگ، رزین و پوشش‌ های صنعتی

ویسکوزیته رنگ‌ ها و پوشش‌ ها مستقیماً بر خواص کاربردی آن‌ ها مانند قابلیت اعمال با قلمو یا اسپری، میزان شره کردن روی سطوح عمودی، قابلیت تسطیح شدن پس از اعمال و جلوگیری از ته‌ نشین شدن رنگدانه‌ ها در طول انبارداری تأثیر می‌ گذارد. تولیدکنندگان با استفاده از ویسکوزیمتر، این خواص را کنترل و بهینه می‌ کنند.

 

• سایر صنایع

کاربرد ویسکوزیمترها به موارد فوق محدود نمی‌ شود و در صنایع دیگری مانند خودروسازی (برای کنترل کیفیت روغن موتور، روغن گیربکس و سایر سیالات خودرو) ساختمان سازی (برای بررسی ویسکوزیته قیر، آسفالت و دوغاب سیمان)، تولید جوهر چاپ، سرامیک‌ سازی و تولید مواد شوینده نیز از اهمیت بالایی برخوردار است.

 

نتیجه‌ مقاله

همانطور که اشاره شد ویسکوزیمترها ابزارهای ضروری و بسیار کاربردی در دنیای امروز هستند که به صنایع مختلف کمک می‌ کنند تا یکی از مهم‌ ترین خواص فیزیکی سیالات، یعنی گرانروی یا ویسکوزیته، را با دقت اندازه‌ گیری و کنترل کنند. درک صحیح از ویسکوزیته و توانایی اندازه‌ گیری دقیق آن، نقش کلیدی در تضمین کیفیت و ثبات محصولات، بهینه‌ سازی فرآیندهای تولیدی، کاهش هزینه‌ ها و توسعه مواد و محصولات جدید با خواص مطلوب ایفا می‌ کند. این ابزار به ظاهر ساده، تأثیر عمیقی بر زندگی روزمره ما از طریق محصولاتی که استفاده می‌ کنیم، دارد.

 

جهت اطلاع از موجودی کالاها و قیمت ها با مشاورین فروش شرکت تجهیزات آزمایشگاهی مهام آزما ۰۲۱۸۸۵۰۹۳۸۴ – ۰۲۱۸۶۰۴۵۸۷۰ در ارتباط باشید.