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粘度計(jì)分類與工作原理
粘度計(jì)(Viscosimeter) 用于測(cè)量流體(液體和氣體)的粘度的儀器。粘度是表示流體在流動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)部發(fā)生內(nèi)摩擦的物理量，是流體反抗形變的能力，是用來(lái)鑒定某些成品或半成品的一項(xiàng)重要指標(biāo)。粘度隨流體不同而不同，隨溫度變化而變化。主要有毛細(xì)管粘度計(jì)，旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)和落球粘度計(jì)三類。
粘度概念
液體在流動(dòng)時(shí)，在其分子間產(chǎn)生內(nèi)摩擦的性質(zhì)，稱為液體的粘性，粘性的大小用粘度表示，是用來(lái)表征液體性質(zhì)相關(guān)的阻力因子。絕緣油的粘度與一般液體的粘度概念相同，就是液體的內(nèi)摩擦，即表示絕緣油在外力作用下，作相對(duì)層流運(yùn)動(dòng)時(shí)。絕緣油分子問產(chǎn)生內(nèi)摩擦阻力的性質(zhì)。絕緣油的內(nèi)摩擦力愈大，粘度也愈大，流動(dòng)愈困難，散熱性能差。
粘度的表示方法較多，大體可分為兩類：按粘度定義直接測(cè)得的粘度稱為“絕對(duì)粘度"，如動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度等。若在一定條件下與已知粘度的液體比較所測(cè)得的粘度稱為“相對(duì)粘度"或“條件粘度"，如恩氏粘度等。
根據(jù)測(cè)定方法，粘度一般分為三種：動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和恩氏粘度。
粘度計(jì)是測(cè)量流體粘度的物性分析儀器。粘度是流體物質(zhì)的一種物理特性，它反映流體受外力作用時(shí)分子間呈現(xiàn)的內(nèi)部摩擦力，物質(zhì)的粘度與其化學(xué)成分密切相關(guān)。在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中，常通過測(cè)量粘度來(lái)監(jiān)控物質(zhì)的成分或品質(zhì)。如在高分子材料的生產(chǎn)過程中，應(yīng)用粘度計(jì)可以監(jiān)測(cè)合成反應(yīng)生成物的粘度，自動(dòng)控制反應(yīng)終點(diǎn)。其他如石油裂化、潤(rùn)滑油摻合、某些食品和藥物等的生產(chǎn)過程自動(dòng)控制，原油管道輸送過程監(jiān)測(cè)，各種石油制品和油漆的品質(zhì)檢驗(yàn)等，都需要進(jìn)行粘度測(cè)量。
主要分類
1.按操作方式分：毛細(xì)管式、旋轉(zhuǎn)式和振動(dòng)式3種。毛細(xì)管式粘度計(jì)：
毛細(xì)管式粘度計(jì)的工作原理是，通過樣品流過容器內(nèi)的時(shí)間來(lái)判斷樣品的粘度。測(cè)量數(shù)值的絕對(duì)值稱為動(dòng)粘度，廣泛應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域。
毛細(xì)管式粘度計(jì)通常為賽氏粘度計(jì)，是一種常見的粘度計(jì)。其工作原理是：樣品容器（包括流出毛細(xì)管）內(nèi)充滿待測(cè)樣品，處于恒溫浴內(nèi)，液柱高度為h。打開旋塞，樣品開始流向受液器，同時(shí)開始計(jì)算時(shí)間，到樣品液面達(dá)到刻度線為止。樣品粘度越大，這段時(shí)間越長(zhǎng)。因此，這段時(shí)間直接反映出樣品的粘度。
旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)：常見的旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)是錐板式粘度計(jì)。它主要包括一塊平板和一塊錐板。電動(dòng)機(jī)經(jīng)變速齒輪帶動(dòng)平板恒速旋轉(zhuǎn)，依靠毛細(xì)管作用使被測(cè)樣品保持在兩板之間，并借樣品分子間的摩擦力而帶動(dòng)錐板旋轉(zhuǎn)。在扭矩檢測(cè)器內(nèi)的扭簧的作用下，錐板旋轉(zhuǎn)一定角度后不再轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，扭簧所施加的扭矩與被測(cè)樣品的分子內(nèi)部摩擦力（即粘度）有關(guān)：樣品粘度越大，扭矩越大。扭矩檢測(cè)器內(nèi)設(shè)有一個(gè)可變電容器，其動(dòng)片隨著錐板轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變本身的電容數(shù)值。這一電容變化反映出的扭簧扭矩即為被測(cè)樣品的粘度，由儀表顯示出來(lái)。
旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)的測(cè)定原理：通過一個(gè)彈簧片帶動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)子在流體中持續(xù)旋轉(zhuǎn)，通過彈簧的扭變程度判斷粘度。需注意，旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)所需測(cè)量的粘度范圍與粘度計(jì)轉(zhuǎn)子的大小和形狀以及轉(zhuǎn)速有關(guān)。旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)是實(shí)驗(yàn)室中普遍使用的粘度計(jì)。
振動(dòng)式粘度計(jì)：這種粘度計(jì)的工作原理是：處于流體內(nèi)的物體振動(dòng)時(shí)會(huì)受到流體的阻礙作用，此作用的大小與流體的粘度有關(guān)。常用的振動(dòng)式粘度計(jì)有超聲波粘度計(jì)，其探測(cè)器內(nèi)有一個(gè)彈片。在受脈沖電流激勵(lì)時(shí)，彈片產(chǎn)生超聲波范圍的機(jī)械振動(dòng)。當(dāng)彈片浸在被測(cè)樣品中時(shí)，彈片的振幅與樣品的粘度和密度有關(guān)。在已知密度的情況下，可從測(cè)出的振幅數(shù)據(jù)求得粘度數(shù)值。
振動(dòng)式粘度計(jì)的振動(dòng)傳感器發(fā)出一定的頻率，通過振動(dòng)幅度的變化換算粘度或者通過改變驅(qū)動(dòng)力量的變化保持傳感器振動(dòng)幅度一致，計(jì)算驅(qū)動(dòng)力量的變化計(jì)算粘度。由于振動(dòng)傳感器的形狀，振動(dòng)方式等的不一樣，振動(dòng)式粘度計(jì)又有好幾種。
落球式落球粘度計(jì)是基于Hoeppler測(cè)量原理，對(duì)透明牛頓流體進(jìn)行簡(jiǎn)單而精確的動(dòng)態(tài)粘度測(cè)量。核心理念就是測(cè)量落球在重力作用下，經(jīng)傾斜成一個(gè)工作角度的樣品填充管降落所需要的時(shí)間。
福特杯粘度計(jì)是按美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)油漆及原材料標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定制作，用來(lái)測(cè)定油墨、涂料、油漆等粘性比較的粘度計(jì)。通過測(cè)定鋁杯中一定容量的試料由底部的小孔中流出所需的時(shí)間來(lái)測(cè)得試料的粘性。在歐洲和北美洲一些國(guó)家使用比較廣泛。福特杯是容量為100ml的優(yōu)質(zhì)鋁杯精制而成。
2.按工作方式分：離線粘度計(jì)（取樣檢測(cè)）、在線粘度計(jì)（24小時(shí)連續(xù)測(cè)量）、便攜式粘度計(jì)
3.按測(cè)量產(chǎn)品的種類：
錫膏粘度計(jì)：錫膏粘度計(jì)采用了螺旋泵式傳感器的共軸雙重圓筒型回轉(zhuǎn)粘度計(jì)，主要用來(lái)測(cè)量錫膏、膜厚粘膏、粘合劑、錫膏抗焊漆、液狀抗焊漆、其他的油墨、粘膏類等。根據(jù)測(cè)定部密封性，具有溫度調(diào)整技能，能夠連接到個(gè)人電腦，自動(dòng)測(cè)量，數(shù)據(jù)讀取做自動(dòng)計(jì)算。
便攜式粘度計(jì)：便攜式粘度計(jì)是采用共軸二重圓筒式，螺形線滑法泵傳感器維持固定流，根據(jù)連接攪拌粘度變化正確能測(cè)量粘體的粘度。
粘度控制儀：粘度控制儀能夠很好地管理涂料、墨水、粘著劑、食品、藥品、油等各種各樣的流體的粘度；采用共軸二重圓筒式；螺形線滑法泵傳感器維持固定流，能得到穩(wěn)定了的數(shù)值；接連根據(jù)攪拌粘度變化的粘性體的粘度正確能測(cè)量。
斯托默粘度計(jì)：斯托默粘度計(jì)是用于測(cè)定油漆和其他用KU值表示涂料粘稠度的測(cè)試儀器。該儀器遵循的設(shè)計(jì)依據(jù)為ASTM標(biāo)準(zhǔn)及GB9269—88標(biāo)準(zhǔn)。天津市精科材料試驗(yàn)機(jī)廠是專業(yè)生產(chǎn)油漆、涂料、油墨設(shè)備材料試驗(yàn)機(jī)及涂料行業(yè)試驗(yàn)室專用設(shè)備的大型企業(yè)。本粘度計(jì)采用單片微機(jī)，操作者不用查表即可從本儀器上直接讀得測(cè)樣品的KU值。
主要應(yīng)用
實(shí)際工程和工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要在線檢測(cè)流體的粘度，以保證最佳的過程運(yùn)行環(huán)境和產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高生產(chǎn)效益。通過在線測(cè)量過程中的液體粘度，可以得到液體流變行為的數(shù)據(jù)，對(duì)于預(yù)測(cè)產(chǎn)品工藝過程的工藝控制，輸送性以及產(chǎn)品在使用時(shí)的操作性有著重要的指導(dǎo)價(jià)值。液體的特性往往和產(chǎn)品的其他特性如顏色,密度,穩(wěn)定性,固體成分含量和分子量的改變有關(guān)系,而檢測(cè)這些特性的方便和靈敏的方法就是在線檢測(cè)液體的粘度.在生產(chǎn)過程中 根據(jù)工藝技術(shù)要求的范圍進(jìn)行在線粘度檢測(cè),可以最大限度的減少產(chǎn)品的報(bào)廢率和生產(chǎn)線的停工期。
旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)使用方法
1、機(jī)器一定要保持水平狀態(tài)
2、轉(zhuǎn)子放入樣品中時(shí)要避免產(chǎn)生氣泡，否則測(cè)量出的粘度值會(huì)降低，避免的方法是將轉(zhuǎn)子傾斜的放入樣品中，然后再安裝轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子不能碰到杯壁和杯底，被測(cè)量的樣品必須沒過規(guī)定的刻度。
3、再測(cè)量不同的樣品時(shí)，必須保持轉(zhuǎn)子的清潔和干燥，如果轉(zhuǎn)子殘留有其它樣品或清潔后殘留的水，就會(huì)影響測(cè) 量的準(zhǔn)確度
4、酸性(PH)最大不能超過2，如果酸性過大應(yīng)選用特殊轉(zhuǎn)子，使用ULA時(shí)要確定好樣品量(只需16ml)
5、根據(jù)測(cè)定的粘度范圍選擇粘度標(biāo)準(zhǔn)液，并在每次使用粘度計(jì)或流變儀前對(duì)儀器進(jìn)行驗(yàn)證，或定期校驗(yàn)，以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性.可提供各粘度范圍的符合牛頓流體性質(zhì)的硅油或油類標(biāo)準(zhǔn)品，精度±1%，粘度標(biāo)準(zhǔn)液的建議使用期限為自開封起一年。
6、連接轉(zhuǎn)子時(shí)要用左手輕輕托起并捏住心軸(主機(jī)上)，右手旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，這樣操作是為了保護(hù)機(jī)身內(nèi)的心軸和游絲，這樣可以延長(zhǎng)儀器的使用壽命
7、取值要在數(shù)值比較穩(wěn)定時(shí)，否則取得的數(shù)值會(huì)存在較大的誤差
8、選擇轉(zhuǎn)子時(shí)，要看被測(cè)量的樣品的粘度和幾號(hào)轉(zhuǎn)子的測(cè)量范圍接近，就選幾號(hào)。
注意事項(xiàng)
根據(jù)其測(cè)量原理，為了獲得準(zhǔn)確可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)必須注意以下幾點(diǎn)：
一、儀器的性能指標(biāo)必須滿足國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程度要求。使用中的儀器要進(jìn)行周期檢定，必要時(shí)（儀器使用頻繁或處于合格臨界狀態(tài)）要進(jìn)行中間自查以確定其計(jì)量性能合格，系數(shù)誤差在允許范圍內(nèi)，否則無(wú)法獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。
二、特別注意被測(cè)液體的溫度。許多用戶忽視這一點(diǎn)，認(rèn)為溫度差一點(diǎn)無(wú)所謂，我們的實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)溫度偏差0.5℃ 時(shí)，有些液體粘度值偏差超過5%，溫度偏差對(duì)粘度影響很大，溫度升高，粘度下降。所以要特別注意將被測(cè)液體的溫度恒定在規(guī)定的溫度點(diǎn)附近，對(duì)精確測(cè)量最好不要超過0.1℃。
三、測(cè)量容器（外筒）的選擇。對(duì)于雙筒旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)要仔細(xì)閱讀儀器說明書，不同的轉(zhuǎn)子（內(nèi)筒）匹配相應(yīng)的外筒，否則測(cè)量結(jié)果會(huì)偏差巨大。對(duì)于單一圓筒旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，原理上要求外筒半徑無(wú)限大，實(shí)際測(cè)量時(shí)要求外筒即測(cè)量容器的內(nèi)徑不低于某一尺寸。例如上海天平儀器廠生產(chǎn)的NDJ-1型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，要求測(cè)量用燒杯或直筒形容器直徑不小于70mm。實(shí)驗(yàn)證明特別在使用一號(hào)轉(zhuǎn)子時(shí)，若容器內(nèi)徑過小引起較大的測(cè)量誤差。
四、正確選擇轉(zhuǎn)子或調(diào)整轉(zhuǎn)速，使示值在20~90格之間。該類儀器采用刻度盤加指針方式讀數(shù)，其穩(wěn)定性及讀數(shù)偏差綜合在一起有0.5格，如果讀數(shù)偏小如5格附近，引起的相對(duì)誤差在10%以上，如果選擇合適的轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)速使讀數(shù)在50格，那么其相對(duì)誤差可降低到1%。如果示值在90格以上，使游絲產(chǎn)生的扭矩過大，容易產(chǎn)生蠕變，損傷游絲，所以一定要正確選擇轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)速。
五、頻率修正。對(duì)于國(guó)產(chǎn)儀器名義頻率在50Hz，而中國(guó)的供電頻率也是50 Hz，用頻率計(jì)測(cè)試變動(dòng)性小于0.5%，所以一般測(cè)量不需要頻率修正。但對(duì)于日本和歐美的有些儀器，名義頻率在60Hz，必須進(jìn)行頻率修正，否則會(huì)產(chǎn)生20%的誤差，修正公式為： 實(shí)際粘度=指示粘度×名義頻率÷實(shí)際頻率
六、轉(zhuǎn)子浸入液體的深度及氣泡的影響。旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)對(duì)轉(zhuǎn)子浸入液體的深度有嚴(yán)格要求,必須按照說明書要求*作（有些雙筒儀器對(duì)測(cè)試的液體用量有嚴(yán)格要求，必須用量筒量取）。在轉(zhuǎn)子浸入液體的過程中往往帶有氣泡，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后一段時(shí)間大部分會(huì)上浮消失，附在轉(zhuǎn)子下部的氣泡有時(shí)無(wú)法消除，氣泡的存在會(huì)給測(cè)量數(shù)據(jù)帶來(lái)較大的偏差，所以傾斜緩慢地浸入轉(zhuǎn)子是一個(gè)有效的辦法。
七、轉(zhuǎn)子的清洗。測(cè)量用的轉(zhuǎn)子（包括外筒）要清潔無(wú)污物，一般要在測(cè)量后及時(shí)清洗，特別在測(cè)油漆和膠粘劑之后。要注意清洗的方法，可用合適的有機(jī)溶劑浸泡，千萬(wàn)不要用金屬刀具等硬刮，因?yàn)檗D(zhuǎn)子表面有嚴(yán)重的刮痕時(shí)會(huì)帶來(lái)測(cè)量結(jié)果的偏差。
八、其他需注意的問題。
1．大部分儀器需要調(diào)整水平，在更換轉(zhuǎn)子和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子高度后以及在測(cè)量過程中隨時(shí)注意水平問題，否則會(huì)引起讀數(shù)偏差甚至無(wú)法讀數(shù)。
2．有些儀器需裝保護(hù)架，仔細(xì)閱讀說明書按規(guī)定安裝，否則會(huì)引起讀數(shù)偏差。
3．確定是否為近似牛頓流體，對(duì)于非牛頓流體應(yīng)經(jīng)過選擇后規(guī)定轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)時(shí)間，以免誤解為儀器不準(zhǔn)。綜上所述，旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，但如果不正確使用，一臺(tái)檢定合格的儀器卻不能得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，影響產(chǎn)品質(zhì)量。
安裝注意
1、裝卸轉(zhuǎn)子時(shí)應(yīng)小心操作，裝卸時(shí)應(yīng)將連接螺桿微微抬起進(jìn)行操作，不要用力過大，不要使轉(zhuǎn)子橫向受力，以免轉(zhuǎn)子彎曲。
2、請(qǐng)不要把已裝上轉(zhuǎn)子的粘度計(jì)側(cè)放或倒放。
3、連接螺桿和轉(zhuǎn)子連接端面及螺紋處保持清潔，否則會(huì)影響轉(zhuǎn)子晃動(dòng)度。
4、粘度計(jì)升降時(shí)應(yīng)用手托住，防止粘度計(jì)因自重而下落。
5、調(diào)換轉(zhuǎn)子后，請(qǐng)及時(shí)輸入新的轉(zhuǎn)子號(hào)。每次使用后對(duì)換下來(lái)的轉(zhuǎn)子應(yīng)及時(shí)清潔（擦干凈）并放回到轉(zhuǎn)子架中。請(qǐng)不要把轉(zhuǎn)子留在儀器上進(jìn)行清潔。
6、當(dāng)調(diào)換被測(cè)液體時(shí)，請(qǐng)及時(shí)清潔（擦干凈）轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子保護(hù)框架，避免由于被測(cè)液體相混淆而引起的測(cè)量誤差。
7、儀器和轉(zhuǎn)子為一對(duì)一匹配，請(qǐng)不要把數(shù)臺(tái)儀器及轉(zhuǎn)子相混淆。
8、請(qǐng)不要隨意拆卸和調(diào)整儀器零件。
9、搬動(dòng)及運(yùn)輸儀器時(shí)，應(yīng)將黃色蓋帽裝在連接螺桿處，并把螺釘擰緊，放入包裝箱中。
10、裝上轉(zhuǎn)子后，請(qǐng)不要在無(wú)液體的情況下長(zhǎng)期旋轉(zhuǎn)，以免損壞軸尖。
11、懸濁液、乳濁液、高聚物及其它高粘度液體中有許多屬“非牛頓液體"，其粘度值隨切變速度和時(shí)間等條件的變化而變化，故在不同轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)速和時(shí)間下測(cè)定的結(jié)果不一致屬正常情況，并非儀器誤差。對(duì)非牛頓液體的測(cè)定一般應(yīng)規(guī)定轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)速和時(shí)間。
12、做到下列各點(diǎn)將有助于測(cè)得更精確的數(shù)值：
精確地控制被測(cè)液體的溫度。
將轉(zhuǎn)子以足夠長(zhǎng)的時(shí)間浸于被測(cè)液體中，使兩者溫度一致。
保持液體的均勻性。
測(cè)定時(shí)將轉(zhuǎn)子置于容器中心，并一定要裝上轉(zhuǎn)子保護(hù)框架。
保證轉(zhuǎn)子的清潔和晃動(dòng)度。
當(dāng)高轉(zhuǎn)速測(cè)定立即變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)關(guān)機(jī)一下，或在低轉(zhuǎn)速的測(cè)定時(shí)間掌握稍長(zhǎng)一點(diǎn)，以克服由于液體旋轉(zhuǎn)慣性造成的誤差。
低速測(cè)定粘度時(shí)，測(cè)定時(shí)間相對(duì)要長(zhǎng)些。
測(cè)定過程中由于調(diào)換轉(zhuǎn)子、被測(cè)液體等需要，通過旋動(dòng)升降夾頭改變過粘度計(jì)的位置后，應(yīng)及時(shí)查看并調(diào)整粘度計(jì)的水平位置。