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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：10616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部摩擦現象，衡量牛頓內摩擦力的大小。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的重要內容。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、醫藥、高分子、精細化工等行業。

2.發展歷史

2.1粘度計的發展粘度計種類繁多，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。最早發展的是表盤式粘度計。表盤式粘度計到旋轉粘度計的發展用了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展而來。隨著粘度計的發展，粘度測量越來越簡便，越來越精確，目前還發展了數顯粘度計。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，占據儀器主要市場。2.2 旋轉粘度計的發展旋轉粘度計主要有轉筒式、錐板式、數字式、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，分析計算得到粘度等參數。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，分析計算得到粘度等參數。數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。

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，轉動發生滯后，滯后通常可以轉化成另一部件（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儀器參數以NDJ-1為例介紹儀器參數。測定范圍：1~1x105 mPa.s；轉子規格：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樣品要求常規液體樣均可以測試。

5.優缺點

5.1優點（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。實驗結果發現，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境下水泥砂漿的粘度隨著時間變化的規律。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測定粘度數值，部分結果如圖10所示。實驗結果發現，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].企業技術開發,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-質譜聯用系統的研制》一文。 (2) 圖2、圖3來源于網絡。

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