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旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的測量原理和應(yīng)用

來源：時(shí)間：2022-12-27 10:26:38 瀏覽：4587次

1.簡介

粘度是物質(zhì)的一種重要的物理性質(zhì)，表征物質(zhì)的流動(dòng)性，反應(yīng)流體分子在運(yùn)動(dòng)過程中的相互作用。粘度是流體粘性的表征，表示流體流動(dòng)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(zhì)在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到阻力，造成機(jī)械損耗。粘度測量是計(jì)算工藝參數(shù)的重要內(nèi)容。粘度計(jì)由此而來。目前常用的粘度計(jì)有毛細(xì)管式、旋轉(zhuǎn)式、落球式等。旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)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(yīng)用于石油化工、食品、醫(yī)藥、高分子、精細(xì)化工等行業(yè)。

2.發(fā)展歷史

2.1粘度計(jì)的發(fā)展粘度計(jì)種類繁多，主要有表盤式粘度計(jì)、毛細(xì)管式粘度計(jì)、落球式粘度計(jì)、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、振動(dòng)式粘度計(jì)等。最早發(fā)展的是表盤式粘度計(jì)。表盤式粘度計(jì)到旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的發(fā)展用了75年。旋轉(zhuǎn)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(tái)動(dòng)力粘度測量儀，也是第一臺(tái)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，至今布式粘度計(jì)就是從旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)發(fā)展而來。隨著粘度計(jì)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(jì)。旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)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(zhuǎn)粘度計(jì)的發(fā)展旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)主要有轉(zhuǎn)筒式、錐板式、數(shù)字式、指針式等幾種形式。轉(zhuǎn)筒式粘度計(jì)外部是一個(gè)平底的圓筒，同軸的中心配置一個(gè)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(shí)，將待測液體加入到這個(gè)狹縫中，當(dāng)圓筒旋轉(zhuǎn)，待測液體受到剪切力的作用，發(fā)生流動(dòng)，液體的粘性帶動(dòng)圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)。給圓柱體連接感應(yīng)裝置，通過轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩等參數(shù)，分析計(jì)算得到粘度等參數(shù)。錐板式粘度計(jì)主要由一個(gè)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(shí)，流體處于圓錐體和圓板構(gòu)成的夾角，圓板轉(zhuǎn)動(dòng)，流體的粘性帶動(dòng)圓錐體轉(zhuǎn)動(dòng)，圓錐體連接感應(yīng)裝置，通過轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩等參數(shù)，分析計(jì)算得到粘度等參數(shù)。數(shù)字式粘度計(jì)是智能化的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，測試粘度更加便捷，利用微機(jī)控制測試流程，提高了測試的準(zhǔn)確度。

指針式粘度計(jì)采用同步電機(jī)以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，連接刻度盤，通過游絲和轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。安裝指針固定控制裝置，轉(zhuǎn)速快慢均可準(zhǔn)確讀數(shù)。

3.原理與特點(diǎn)

3.1原理介紹[2-3]旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)工作時(shí)，利用電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)部圓筒、椎體、球體、指針等剛性物件，帶動(dòng)流體旋轉(zhuǎn)，由于流體的粘性，轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生滯后，滯后通常可以轉(zhuǎn)化成另一部件（游絲）的扭矩，通過檢測這種滯后分析計(jì)算粘度。旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動(dòng)滯后來確定流體粘度的一種方法。3.2測試示意圖旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測試示意圖如圖所示。

4.儀器介紹

以轉(zhuǎn)筒式旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)為例介紹儀器組成、儀器參數(shù)等。4.1 儀器組成[4]旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)主要由電機(jī)、齒輪、游絲、轉(zhuǎn)子、外筒等組成。電機(jī)：動(dòng)力源，主要用于帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。齒輪：連接轉(zhuǎn)動(dòng)各部件。游絲：游絲是旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)最重要的部件，游絲的好壞會(huì)影響測試粘度的準(zhǔn)確性。游絲是粘性扭矩接收部件。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，流體粘性造成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)滯后，連接轉(zhuǎn)子的游絲，產(chǎn)生反向扭矩。

轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子種類很多，轉(zhuǎn)筒式旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，轉(zhuǎn)子是圓柱體。也有錐體、指針式、球體等。轉(zhuǎn)子主要是通過電機(jī)的帶動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)，是待測流體和轉(zhuǎn)子間由于摩擦阻力、流體粘性，改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速變化，轉(zhuǎn)化為游絲的扭矩，檢測扭矩，分析計(jì)算的粘度。旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)通常配置可更換的轉(zhuǎn)子，針對(duì)不同的流體，選擇適合的轉(zhuǎn)子，可以提高測試準(zhǔn)確度。

外筒：主要作用是待測流體裝置器。外筒一般設(shè)置為不動(dòng)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(zhuǎn)子規(guī)格：0、1、2、3、4號(hào)五種轉(zhuǎn)子，其中0號(hào)轉(zhuǎn)子是選件，可以測試最低粘度為0.1 mPa.s；儀器轉(zhuǎn)速：6轉(zhuǎn)/分、12轉(zhuǎn)/分、30轉(zhuǎn)/分、60轉(zhuǎn)/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(diǎn)

5.1優(yōu)點(diǎn)（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(dòng)；（7）轉(zhuǎn)子種類多，更換方便；5.2缺點(diǎn)測試完成需要清洗轉(zhuǎn)子和外筒。

6.應(yīng)用

6.1油的粘度測定何飛飛[5]等使用Brook Field 的 DV2T型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測試了標(biāo)準(zhǔn)油的粘度，并研究了粘度和溫度的關(guān)系。該設(shè)備測試精度可以達(dá)到±1%，實(shí)驗(yàn)采用2號(hào)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速30 rpm/min。實(shí)驗(yàn)對(duì)不同溫度下2種標(biāo)準(zhǔn)油的粘度進(jìn)行了測定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(zhuǎn)粘度計(jì)研究了不同水環(huán)境下水泥砂漿的粘度隨著時(shí)間變化的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)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(jié)果如圖10所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著是時(shí)間的增長，水泥砂漿粘度值變大。

參考文獻(xiàn)[1]童剛,陳麗君,冷健.旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)綜述[J].自動(dòng)化博覽,2007,(01):68-70.[2]楊斌,程杰,李國芳.淺談旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的使用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2014,(02):52+58.[3]鄭永真,王路艷,陳紅巖.一種帶有粘溫轉(zhuǎn)換功能的新型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)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(yàn)粘度計(jì)的設(shè)計(jì)[J].企業(yè)技術(shù)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(duì)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn)作用的探討[J].計(jì)量學(xué)報(bào),2017,(S1):142-145.[6]熊俊成,鄭春雨,劉勇,李鵬,田偉權(quán),王倩.海水環(huán)境下水泥漿液粘度時(shí)變特性試驗(yàn)研究[J].硅酸鹽通報(bào),2020,(07):2059-2064.說明： (1)封面圖來源于崔利利的《一種新型電化學(xué)-質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)的研制》一文。 (2) 圖2、圖3來源于網(wǎng)絡(luò)。

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