מדידהצמיגות קינמטית(ν), המוגדר כצמיגות דינאמית (μ) מחולק על ידי צפיפות נוזלים (ρ) (ν=μ / ρ), בדרך כלל כרוך בתזמון זרימת נוזל תחת כוח הכבידה דרך צינור נימי זכוכית מכויל. השיטות הנפוצות והסטנדרטיות ביותר משתמשותויסקומטרים לנימי זכוכיתו להלן פירוט של התהליך ושיטות המפתח:
שיטה ראשונית: ויסקומטריה נימית (שיטת זרימה מתוזמנת)
עִקָרוֹן:הזמן שלוקח לנפח נוזל קבוע לזרום דרך צינור נימי מכויל תחת כוח המשיכה הוא ביחס ישיר לצמיגות הקינמטית שלו.
תקני מפתח:ASTM D445, ISO 3104, IP 71.
מַנגָנוֹן:
ויסקומטר:צינור זכוכית מיוצר בדיוק עם קטע נימים ונורות מאגר ספציפיות. סוגים נפוצים כוללים:
אוסטוולד ויסקומטר:עיצוב פשוט, טוב לנוזלים שקופים.
Ubbelohde ויסקומטר (רמה מושעה):יש מאגר נוסף ("נורה C") להבטיח שראש הנוזל אינו תלוי בנפח טעון, מה שהופך אותו לאידיאלי לעבודה מדויקת וניקוי קל יותר. הסוג הנפוץ ביותר למעבדות מודרניות.
תותח פנסקה שגרת/אטומה:שונה לנוזלים אטומים שבהם קשה לראות את המניסקוס.
Fitzsimons Viscometer:מיועד לנוזלים צמיגים מאוד.
אמבט טמפרטורה קבוע:אמבטיה יציבה ביותר (בדרך כלל בתוך ± 0.01 מעלות ומעלה) מלאה בנוזל שקוף (מים, שמן או סיליקון) המקיף את הוויסקומטר. בקרת טמפרטורה היאקרִיטִי(זמניות נפוצות: 25 מעלות, 40 מעלות, 100 מעלות).
מַד חוֹם:מדחום מכויל דיוק גבוה.
שָׁעוֹן עֶצֶר:טיימר דיוק גבוה (דיוק ± 0.1 שניות ומעלה).
ציוד ניקוי וייבוש:ממסים, תנורי ייבוש, קווי ואקום.
נוֹהָל:
נקי ויבש:נקה ויבש היטב את הוויסקומטר באמצעות ממיסים ושיטות מתאימות (ייבוש תנור, ואקום).
תַשְׁלוּם:הכניסו את נפח מדגם הנוזלים המדויק למאגר הוויסקומטר (בדרך כלל דרך פיפטה לנורה A עבור ubbelohde).
שיווי משקל:הרכיב את הוויסקומטר אנכית באמבט הטמפרטורה הקבוע. אפשר זמן מספיק (לעיתים קרובות 30+ דקות) כדי שהמדגם יגיע לטמפרטורת האמבטיה המדויקת.
למדוד את זמן הזרימה:
עבור ubbelohde: החל יניקה (או לחץ) כדי למשוך את הדגימה מעבר לסימן התזמון העליון לנורה B. שחרר יניקה/לחץ.
אפשר לדגימה לזרום בחופשיות חזרה דרך הנימי תחת כוח המשיכה.
התחל את הטיימר בדיוק כאשר המניסקוס מעביר את סימן התזמון העליון.
עצור את הטיימר בדיוק כאשר המניסקוס מעביר את סימן התזמון התחתון.
רשמו את זמן הזרימה (t) בשניות. חזור על מספר פעמים (למשל 4 ריצות) הבטחת התוצאות ניתנות לחזרה על פי המפרט (למשל, ASTM דורש ריצות רצופות בתוך 0.1% יחסית).
חישוב צמיגות קינמטית:
ν = C * t
ν=צמיגות קינמטית (mm²/s או CST, שם 1 CST=1 MM²/S)
C=קבוע ויסקומטר (קבוע כיול, יחידות mm²/s²)
t=זמן זרימה ממוצע (שניות)
גורמים ושיקולים חשובים:
טֶמפֶּרָטוּרָה:צמיגות תלויה מאוד בטמפרטורה. בקרת טמפרטורה מדויקת ויציבה אינה ניתנת למשא ומתן.
כיול ויסקומטר קבוע (ג):כל ויסקומטר מכויל באופן ייחודי באמצעות נוזלים בעלי צמיגות ידועה (שמני התייחסות סטנדרטיים הניתנים לעקוב אחר NIST או מעבדות לאומיות דומות). C נקבע על ידי: c=ν_standard / t_standard. יש לבצע כיול באותה טמפרטורה ובאותה נוהל כמו מדידת מדגם.
נִקָיוֹן:כל שאריות או זיהום בנימי משפיעים באופן דרסטי משפיעים על זמן הזרימה.
יישור אנכי:על הוויסקומטר להיות אנכי לחלוטין.
סימני תזמון:יש לקרוא במניסקוס במדויק בסימנים.
טווח קינמטי:סוגים שונים של ויסקומטרים וגדלי נימים מכסים טווחי צמיגות שונים. בחר את הוויסקומטר המתאים כך שזרימת הזרימה נופלת בטווח האופטימלי (בדרך כלל 200-1000 שניות, אם כי סטנדרטים מאפשרים לרוב 150-1000).
בועות:בועות אוויר שנלכדו בנימים או בנורות יגרמו לטעויות משמעותיות.
שיטות אלטרנטיביות/קשורות:
המרה מצמיגות דינאמית:
מדוד צמיגות דינמית (מיקרו) בשיטה כמו ויסקומטר סיבוב (למשל, ברוקפילד) המיישם לחץ גזירה.
מדוד את צפיפות הנוזלים (ρ) באמצעות Pycnometer או מד צפיפות דיגיטלית.
חשב צמיגות קינמטית: ν=μ / ρ.
ויסומטרים אוטומטיים:מכשירים מודרניים אוטומטיים את שיטת הנימים. הם בשליטה במדויק בטמפרטורה, מגלים את המניסקוס (לרוב באופן אופטי), הזמן את הזרימה, מחשבים את הצמיגות ואף עשויים לנקות את הוויסקומטר בין הדגימות. הם עוקבים אחר אותו עיקרון בסיסי אך מציעים תפוקה גבוהה ומופחתת שגיאת מפעיל.
ויסקומטר נופל:מודד את הזמן שלוקח לתחום של צפיפות וקוטר ידוע ליפול מרחק קבוע דרך הנוזל בצינור תחת כוח הכובד. בעיקר מודד צמיגות דינמית (באמצעות חוק סטוקס), אך ניתן לחשב צמיגות קינמטית אם ידוע על צפיפות. פחות נפוץ למדידת צמיגות קינמטית סטנדרטית בהשוואה לשיטות נימים.
לסיכום:
THEשיטה ראשונית סטנדרטיתלמדידת צמיגות קינמטית כרוכה בשימוש בויסקומטר נימי זכוכית מכויל(כמו ubbelohde) שקוע באמבטיה טמפרטורה קבועה מאוד יציבה, בדיוק מדידה שלזְמַןנדרש לנפח קבוע של הנוזל לזרום בין שני סימנים תחת כוח המשיכה, ולהכפיל את הפעם על ידי הוויסקומטרקבוע כיולו הקפדה על נהלים המפורטים בסטנדרטים (ASTM D445, ISO 3104) ותשומת לב מדוקדקת לניקיון, בקרת טמפרטורה ודיוק תזמון הם חיוניים לתוצאות אמינות.