Rheonics أجهزة الاستشعار من النوع SR هي أدوات مدمجة لقياس لزوجة وكثافة السائل في الوقت الحقيقي، بالإضافة إلى درجة الحرارة ومشتقاتها. Rheonics تُقدّم الشركة مقياس لزوجة العمليات SRV لقياس اللزوجة، ومقياس الكثافة المدمج SRD لقياس قيم الكثافة واللزوجة للسوائل. يتميز كلا المستشعرين بصغر حجمهما وخفة وزنهما وإحكام إغلاقهما، مما يجعلهما مناسبين لجميع العمليات الصناعية التي تتضمن سوائل.

يعتمد كل من مستشعري SRV وSRD على تقنية الرنان الالتوائي المتوازن (BTR). يقيس كلا المستشعرين لزوجة السائل الذي يتلامسان معه ويخرجان قياسات لها. بالنسبة للسوائل النيوتونية، نحصل على نفس قيمة اللزوجة بغض النظر عن الجهاز المستخدم. أما بالنسبة للسوائل غير النيوتونية، فالأمر مختلف، حيث تقيس الأجهزة المختلفة قيمًا مختلفة للزوجة - وغالبًا لا يعود ذلك إلى عدم دقة الجهاز نفسه، بل إلى اعتماد اللزوجة على معدل القص، وحقيقة أن الأجهزة المختلفة تقيس عند معدلات قص مختلفة.

نظراً لاعتماد اللزوجة على معدل القص في السوائل غير النيوتونية، ولتمكين المقارنة بين أجهزة قياس اللزوجة المختلفة (غالباً بين أجهزة قياس اللزوجة المستخدمة في العمليات الصناعية مثل SRV وأجهزة المختبر مثل مقياس اللزوجة الدوراني أو مقياس الريولوجيا)، فمن الضروري فهم معدل القص الفعال الذي تُجرى عنده القياسات بواسطة SRV أو SRD. يشير التحليل أدناه إلى SRV، ولكنه ينطبق أيضاً على SRD.

يتكون عنصر الاستشعار في مستشعر مركبة السطح السطحية من قضيب وكتلة متصلة بنهايته، ويكون هذا القضيب وطرفه دائريين وأسطوانيين. أما الطرف الآخر فيتصل بالجسم الذي يحتوي على محولات الطاقة اللازمة للإثارة والاستشعار.

يهتز المستشعر بفعل الالتواء، وتتميز الرنانات الالتوائية بثباتها العالي وعزلها الأفضل عن بيئتها الميكانيكية. تهتز الرنانات الالتوائية الأسطوانية بشكل موازٍ لأسطحها، وتتأثر بقوى القص، ولذلك فهي حساسة بشكل أساسي لقوى التبديد (التخميد اللزج) بدلاً من تأثيرات تحميل الكتلة (التي يشار إليها أيضاً بالتخميد القصوري).

تتغير لزوجة السوائل غير النيوتونية تبعاً لمعدل القص الذي تتعرض له. وهذا يعني أنه لا يمكن ربط قيمة لزوجة واحدة بهذا النوع من السوائل في جميع الحالات (مثل السكون، والتدفق بسرعات مختلفة). 

تسمح أجهزة قياس اللزوجة المختبرية في كثير من الأحيان للمستخدمين بتغيير معدل القص أو سرعة الدوران التي يتم عندها قياس اللزوجة. Rheonics عادةً ما يكون معدل القص في أجهزة SRV و SRD أعلى بكثير من معدل القص في أجهزة المختبر، ولا يمكن للمستخدمين تغييره.

من الممكن تكوين فكرة نوعية عن نطاق القص المتوقع لمستشعرات لزوجة SRV، وتُعرض الحسابات في هذه المقالة. يساعد ذلك في تحديد (وإلى حد ما تحديد كمي) الظروف التي تُقاس فيها اللزوجة، وربط القراءات بأجهزة أخرى.

مع ذلك، فإن الارتباطات الفعلية بين معدل القص في قياسات لزوجة النوع SR وأجهزة المختبر الأخرى هي في الغالب تجريبية وقد لا تتطابق مع التقدير النوعي. قد لا يتطابق معدل القص المُقدَّر تمامًا مع قيمة اللزوجة المُقاسة بجهاز قياس اللزوجة. ضع في اعتبارك ما يلي: Rheonics تُعد أجهزة الاستشعار أجهزة للتحكم في العمليات أكثر من مجرد مستشعر لزوجة مع التركيز على التكرار العالي للغاية، وإمكانية إعادة إنتاج القياسات بدقة لا مثيل لها (غالبًا ما تكون أعلى بمقدار 10-100 مرة من أجهزة المختبر).

هناك معياران أساسيان لتقدير القص، وهما سعة السرعة وسُمك الطبقة الحدية. من الضروري حساب المعايير التالية.
يُعطى إجهاد القص بالعلاقة التالية:

المعادلة 1: إجهاد القص.

بالنسبة لسائل نيوتوني، فإن η هو ثابت مادي مميز للسائل، و∂v/∂x هو معدل القص في السائل. بتطبيق معادلات نافيير-ستوكس، وحلها في ظل ظروف دورية أحادية المحور، يكون حل سعة السرعة كما يلي:

المعادلة 2: سعة السرعة

أين:

• x: المسافة من جدار المستشعر
• V: سعة السرعة عند سطح المستشعر، وR هو نصف قطر الطرف
• δ: سمك الطبقة الحدية
• i: هو الجذر التربيعي لـ -1

استخدم سمك الطبقة الحدية يمكن إيجادها باستخدام المعادلة التالية:

المعادلة 2: سُمك الطبقة الحدية

• ηاللزوجة الديناميكية
• ωالتردد الزاوي
• ρكثافة السائل

بأخذ ذلك في الاعتبار س = 2δ تنخفض السرعة إلى 13% من قيمتها على سطح المستشعر. معدل القص γ=∂v(0)/∂x على سطح المستشعر (x=0) يكون ما يلي:

المعادلة 4: معدل القص

حيث يتم إعطاء سعة السرعة V(R) (5) بواسطة:

 المعادلة 5: سعة السرعة

• Rالمسافة من محور الاهتزاز إلى سطح المستشعر
• φ: سعة الاهتزاز الزاوي.

يقوم طرف جهاز SRV باهتزاز دوراني جيبي φ حول محور تناظره.

 المعادلة 5: الاهتزاز الدوراني الجيبي

بالنسبة للمركبة السطحية، تبلغ السرعة V(R) حوالي 50 مم/ث والتردد 7500 هرتز → ω=2π x 7500

المعلمة V(R) لا يعتمد على اللزوجة، ولكن سمك الطبقة الحدية للسائل δ يزداد. يوضح الرسم البياني التالي سلوك معدل القص مقابل اللزوجة، ويُظهر تغير معدل القص مع كل من لزوجة وكثافة السائل قيد الدراسة.