أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية لاختبار ثبات السوائل الهيدروليكية تحت القص الصوتي وفق ASTM D5621

تصف طريقة الاختبار القياسية ASTM D5621 اختبار ثبات السوائل الهيدروليكية تحت القص الصوتي ولزوجتها عند 40°C و100°C، على التوالي. لاختبار ثبات لزوجة السوائل الهيدروليكية تحت القص وتحديده، يلزم استخدام طريقة اختبار موثوقة. يُعد ASTM D5621 بروتوكولًا موحدًا لتقييم ثبات السوائل الهيدروليكية تحت القص باستخدام قوى القص بالموجات فوق الصوتية.

اختبار ثبات السوائل الهيدروليكية تحت القص بالموجات فوق الصوتية باستخدام ASTM D5621

يُعد ASTM D5621 بروتوكولًا موحدًا لتحديد فقدان لزوجة السوائل الهيدروليكية تحت القص الصوتي. لذلك، تُطبَّق قوى القص بالموجات فوق الصوتية على عينات من السائل الهيدروليكي لتقييم الثبات تحت القص. وهو مثالي للزيوت الهيدروليكية وزيوت المحركات المحتوية على البوليمرات.
الغرض: تتعرض السوائل الهيدروليكية (مواد تشحيم محددة)، وزيوت المحركات، وسوائل ناقل الحركة للسيارات، وسوائل الجرارات، وغيرها من سوائل نقل القدرة لقوى قص بدرجات متفاوتة أثناء التشغيل المعتاد، مما قد يؤدي إلى تغيرات في اللزوجة وانخفاض لاحق في الكفاءة. ولتحسين مؤشر لزوجة السوائل الهيدروليكية، تُضاف بوليمرات (مثل البوليمرات المشطية) إلى هذه السوائل. يفحص اختبار ASTM D5621 تغيرات اللزوجة في السوائل المحتوية على البوليمرات والمعرضة لقوى القص المتولدة بالموجات فوق الصوتية، وهي ما يُسمى اهتزازات القص الصوتي.
التطبيق: يهدف البروتوكول القياسي ASTM D5621 إلى تحديد لزوجة العينة تحت إجهاد القص. وهذا الاختبار ذو صلة بالسوائل الهيدروليكية لأنها، بوصفها سوائل لنقل القدرة، تتعرض للقص. ويجب تحديد سلوكها في ظروف قص معينة لاختيار درجة الجودة المناسبة للسائل الهيدروليكي المستخدم في آلات ومحركات محددة.
الإجراء: تُحدَّد اللزوجة الابتدائية للسائل الهيدروليكي. ثم تُوضَع العينة في كأس الاختبار، وتُضبَط حرارتها على درجة حرارة الاختبار، وتُعالَج بهزاز يعمل بالموجات فوق الصوتية (أي جهاز قص صوتي) طوال مدة الاختبار المحددة. بعد ذلك، تُقاس لزوجة العينة المعالَجة بالموجات فوق الصوتية. يسرد التقرير اللزوجة الابتدائية واللزوجة النهائية والنسبة المئوية لتغير اللزوجة بوحدة السنتي ستوكس.

المعدات اللازمة لطريقة الاختبار القياسية ASTM D5621 لثبات السوائل الهيدروليكية تحت القص الصوتي

لتنفيذ الإجراء الموصوف والموحد في بروتوكول ASTM D5621، يلزم استخدام معدات محددة.

• جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية: جهاز قص بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار، بتردد ثابت وبوق فوق صوتي (يُعرف أيضًا بالمسبار أو السونوترود). ومن الأجهزة فوق الصوتية النموذجية المستخدمة لاختبارات ASTM D2603 جهاز UP400ST (24kHz, 400W) المزود بمسبار فوق صوتي (بوق / سونوترود) S24d22.

لتسهيل تحقيق أداء منتظم ونتائج قابلة للتكرار، يُوصى بالمعدات المساعدة التالية:

• حمام مائي / ثلجي: حمام مائي للتبريد أو حمام ثلجي قادر على الحفاظ على درجة حرارة الغلاف عند 0°C.
• مستشعر درجة الحرارة مثل PT100 (مرفق مع الأجهزة فوق الصوتية UP400ST)
• كأس Griffin بسعة 50mL، مصنوع من زجاج البوروسيليكات.
• حاوية عزل صوتي (اختيارية): صندوق عزل صوتي (مثل صندوق العزل الصوتي SPB-L لجهاز UP400St) لاحتواء البوق فوق الصوتي وخفض مستوى الضوضاء الناتجة عن جهاز القص الصوتي.
• مقياس اللزوجة: يكفي أي مقياس لزوجة وحمام يستوفيان متطلبات طريقة الاختبار D445.

اختبار القص الصوتي وفق ASTM D6080

“يُحدَّد نظام تصنيف لزوجة السوائل الهيدروليكية في ASTM D6080. يستخدم نظام التصنيف D6080 طريقة الاختبار القياسية ASTM D5621 لثبات السائل الهيدروليكي تحت القص الصوتي، والمشار إليها فيما يلي باختبار القص الصوتي، أساسًا لتحديد درجة لزوجة السوائل الهيدروليكية متعددة الدرجات (ASTM D5621). في إجراء D5621، يُعرَّض الزيت المحتوي على البوليمرات لموجات صادرة عن مذبذب صوتي لمدة 40 min. ينتج تحلل البوليمر بالطريقة الصوتية عن تكوّن فجوات وانهيارها بطاقة عالية داخل السائل، كما قد يحدث في ظروف تجويف السائل. وقد تبيَّن أن هذه الطريقة لتحديد الفقدان الدائم للزوجة تُحدث تغيرات في اللزوجة مشابهة لتلك المرصودة في تطبيقات المضخات الريشية والترسية والمكبسية. كما أُبلغ عن علاقات ارتباط بالكفاءة الحجمية للمضخات. وقد أتاحت السوائل ذات مؤشر اللزوجة المرتفع، التي أظهرت فقدانًا دائمًا أقل للزوجة في اختبار القص الصوتي، كفاءة حجمية محسَّنة للمضخات.” (Michael et al., 2018).
وجد Michael et al. (2018) أيضًا أنه، في هذه الدراسة تحديدًا، أظهر اختبار القص الصوتي بطريقة ASTM D5621 أفضل ارتباط بقياسات اللزوجة في نهاية الاختبار.

لماذا تُستخدم أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher لاختبارات الثبات تحت القص وفق ASTM D5621؟

توفر Hielscher Ultrasonics أجهزة قص بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لاختبارات الثبات تحت القص وفق ASTM D5621 وASTM D2603. وبفضل التردد الثابت وقدرة القص الموثوقة بالموجات فوق الصوتية، تُعد أجهزة القص بالموجات فوق الصوتية من Hielscher مثالية لتقييم ثبات السوائل الهيدروليكية تحت القص. أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher مزودة ببرمجيات وإعدادات ذكية تتيح إجراء اختبارات متقدمة وفق معايير ASTM. ويمكن الوصول إلى القائمة بسهولة عبر شاشة لمس رقمية أو بالتحكم عن بُعد عبر المتصفح. وبينما يكون التردد ثابتًا، وهو أمر مهم للحصول على نتائج موثوقة للمعالجة بالموجات فوق الصوتية وللامتثال لمعايير ASTM، يمكن ضبط السعة بدقة لتحقيق أثر ضربة الاهتزاز المطلوب.
معايرة أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بسيطة، ويمكن إجراؤها بسرعة وسهولة عبر القائمة المتقدمة. جميع أجهزة المعالجة الرقمية بالموجات فوق الصوتية مزودة بمستشعر درجة حرارة قابل للتوصيل، يسجل درجة حرارة العينة باستمرار ويرسلها إلى المولد فوق الصوتي، حيث تُسجَّل تلقائيًا جميع بيانات المعالجة المهمة، مثل السعة ووقت المعالجة بالموجات فوق الصوتية ومدتها ودرجة الحرارة والضغط (عند تركيب مستشعر ضغط)، على بطاقة SD مدمجة. تتيح هذه الميزات الذكية إجراء اختبارات قص بالموجات فوق الصوتية موثوقة وقابلة لإعادة الإنتاج، وتجعل التشغيل سهل الاستخدام وآمنًا.
تتوافق أجهزة Hielscher Ultrasonics لاختبارات الثبات تحت القص مع كلا المعيارين ASTM D-5621 وASTM D-2603.

يعمل UP400St بتردد ثابت يبلغ 24kHz، ومن ثم يتوافق مع ASTM D5621. ويتمثل إعداد نموذجي لاختبار ASTM D5621 في نظام القص بالموجات فوق الصوتية UP400ST المزود بمسبار (بوق / سونوترود) S24d22.