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旋轉粘度計的測量原理和應用

來源：時間：2022-12-27 10:26:38 瀏覽：6289次

1.簡介

粘度是物質的一種重要的物理性質，表征物質的流動性，反應流體分子在運動過程中的相互作用。粘度是流體粘性的表征，表示流體流動力造成的內(nèi)部摩擦現(xiàn)象，衡量牛頓內(nèi)摩擦力的大小。在粘度的作用下，物質在流體中運動時會受到阻力，造成機械損耗。粘度測量是計算工藝參數(shù)的重要內(nèi)容。粘度計由此而來。目前常用的粘度計有毛細管式、旋轉式、落球式等。旋轉粘度計是目前主要用于粘度測試的儀器之一。用于測試油脂、食品、藥物、聚合物、化妝品等流體的粘度。廣泛應用于石油化工、食品、醫(yī)藥、高分子、精細化工等行業(yè)。

2.發(fā)展歷史

2.1粘度計的發(fā)展粘度計種類繁多，主要有表盤式粘度計、毛細管式粘度計、落球式粘度計、旋轉粘度計、振動式粘度計等。最早發(fā)展的是表盤式粘度計。表盤式粘度計到旋轉粘度計的發(fā)展用了75年。旋轉粘度測量法最早由美國Brookfield家族提出，并研發(fā)了世界上第一臺動力粘度測量儀，也是第一臺旋轉粘度計，至今布式粘度計就是從旋轉粘度計發(fā)展而來。隨著粘度計的發(fā)展，粘度測量越來越簡便，越來越精確，目前還發(fā)展了數(shù)顯粘度計。旋轉粘度計由于其簡便測量方式和精確度依然受到大眾的喜愛，占據(jù)儀器主要市場。2.2 旋轉粘度計的發(fā)展旋轉粘度計主要有轉筒式、錐板式、數(shù)字式、指針式等幾種形式。轉筒式粘度計外部是一個平底的圓筒，同軸的中心配置一個圓柱體[1]。

外部圓筒和內(nèi)部圓柱體之間存在平行的狹縫，測量時，將待測液體加入到這個狹縫中，當圓筒旋轉，待測液體受到剪切力的作用，發(fā)生流動，液體的粘性帶動圓柱體轉動。給圓柱體連接感應裝置，通過轉動扭矩等參數(shù)，分析計算得到粘度等參數(shù)。錐板式粘度計主要由一個圓錐體和圓板組成。圓錐體位于上端，下端鏈接圓板，兩者同軸。測量時，流體處于圓錐體和圓板構成的夾角，圓板轉動，流體的粘性帶動圓錐體轉動，圓錐體連接感應裝置，通過轉動扭矩等參數(shù)，分析計算得到粘度等參數(shù)。數(shù)字式粘度計是智能化的旋轉粘度計，測試粘度更加便捷，利用微機控制測試流程，提高了測試的準確度。

指針式粘度計采用同步電機以穩(wěn)定的轉速轉動，連接刻度盤，通過游絲和轉軸帶動轉子旋轉。安裝指針固定控制裝置，轉速快慢均可準確讀數(shù)。

3.原理與特點

3.1原理介紹[2-3]旋轉粘度計工作時，利用電機轉動內(nèi)部圓筒、椎體、球體、指針等剛性物件，帶動流體旋轉，由于流體的粘性，轉動發(fā)生滯后，滯后通?？梢赞D化成另一部件（游絲）的扭矩，通過檢測這種滯后分析計算粘度。旋轉法是測量流體和物體相互作用，產(chǎn)生的粘性力矩或者物體的轉動滯后來確定流體粘度的一種方法。3.2測試示意圖旋轉粘度計測試示意圖如圖所示。

4.儀器介紹

以轉筒式旋轉粘度計為例介紹儀器組成、儀器參數(shù)等。4.1 儀器組成[4]旋轉粘度計主要由電機、齒輪、游絲、轉子、外筒等組成。電機：動力源，主要用于帶動轉子轉動。齒輪：連接轉動各部件。游絲：游絲是旋轉粘度計最重要的部件，游絲的好壞會影響測試粘度的準確性。游絲是粘性扭矩接收部件。轉子轉動，流體粘性造成轉子的轉動滯后，連接轉子的游絲，產(chǎn)生反向扭矩。

轉子：轉子種類很多，轉筒式旋轉粘度計，轉子是圓柱體。也有錐體、指針式、球體等。轉子主要是通過電機的帶動，轉動，是待測流體和轉子間由于摩擦阻力、流體粘性，改變轉子的轉速。轉子的轉速變化，轉化為游絲的扭矩，檢測扭矩，分析計算的粘度。旋轉粘度計通常配置可更換的轉子，針對不同的流體，選擇適合的轉子，可以提高測試準確度。

外筒：主要作用是待測流體裝置器。外筒一般設置為不動裝置。

4.2儀器參數(shù)以NDJ-1為例介紹儀器參數(shù)。測定范圍：1~1x105 mPa.s；轉子規(guī)格：0、1、2、3、4號五種轉子，其中0號轉子是選件，可以測試最低粘度為0.1 mPa.s；儀器轉速：6轉/分、12轉/分、30轉/分、60轉/分；測量誤差：±5%；電源：220 ±10 V，50 Hz；外形尺寸：400x370x150 mm。4.3樣品要求常規(guī)液體樣均可以測試。

5.優(yōu)缺點

5.1優(yōu)點（1）操作簡單，測試方便快捷；（2）可測樣品種類多；（3）測試精確度高；（4）增加配件可以測試不同溫度下的粘度；（5）讀數(shù)方便；（6）儀器輕巧，暫用空間小，可以挪動；（7）轉子種類多，更換方便；5.2缺點測試完成需要清洗轉子和外筒。

6.應用

6.1油的粘度測定何飛飛[5]等使用Brook Field 的 DV2T型旋轉粘度計測試了標準油的粘度，并研究了粘度和溫度的關系。該設備測試精度可以達到±1%，實驗采用2號轉子，轉速30 rpm/min。實驗對不同溫度下2種標準油的粘度進行了測定，實驗結果如表1所示。實驗結果發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的增加，油的粘度值降低。

6.2水泥砂漿的粘度測定熊俊成[6]等采用NDJ-8S型旋轉粘度計研究了不同水環(huán)境下水泥砂漿的粘度隨著時間變化的規(guī)律。實驗中采用水和灰配比為1、1.5、1.75、2配置水泥砂漿，間隔3s測定粘度數(shù)值，部分結果如圖10所示。實驗結果發(fā)現(xiàn)，隨著是時間的增長，水泥砂漿粘度值變大。

參考文獻[1]童剛,陳麗君,冷健.旋轉式粘度計綜述[J].自動化博覽,2007,(01):68-70.[2]楊斌,程杰,李國芳.淺談旋轉粘度計的使用[J].現(xiàn)代制造技術與裝備,2014,(02):52+58.[3]鄭永真,王路艷,陳紅巖.一種帶有粘溫轉換功能的新型旋轉粘度計的設計[J].儀表技術與傳感器,2012,(11):59-60+63.[4]胡志勝,朱自猛,吳桐,龔嬋媛,徐東.一種化驗粘度計的設計[J].企業(yè)技術開發(fā),2017,(04):62-64.[5]何飛飛,李勁松,吳鴻賓.粘溫曲線的建立對旋轉粘度計現(xiàn)場校準作用的探討[J].計量學報,2017,(S1):142-145.[6]熊俊成,鄭春雨,劉勇,李鵬,田偉權,王倩.海水環(huán)境下水泥漿液粘度時變特性試驗研究[J].硅酸鹽通報,2020,(07):2059-2064.說明： (1)封面圖來源于崔利利的《一種新型電化學-質譜聯(lián)用系統(tǒng)的研制》一文。 (2) 圖2、圖3來源于網(wǎng)絡。

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