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旋转粘度计的测量原理和应用

来源：时间：2022-12-27 10:26:38 浏览：2258次

1.简介

粘度是物质的一种重要的物理性质，表征物质的流动性，反应流体分子在运动过程中的相互作用。粘度是流体粘性的表征，表示流体流动力造成的内部摩擦现象，衡量牛顿内摩擦力的大小。在粘度的作用下，物质在流体中运动时会受到阻力，造成机械损耗。粘度测量是计算工艺参数的重要内容。粘度计由此而来。目前常用的粘度计有毛细管式、旋转式、落球式等。旋转粘度计是目前主要用于粘度测试的仪器之一。用于测试油脂、食品、药物、聚合物、化妆品等流体的粘度。广泛应用于石油化工、食品、医药、高分子、精细化工等行业。

2.发展历史

2.1粘度计的发展粘度计种类繁多，主要有表盘式粘度计、毛细管式粘度计、落球式粘度计、旋转粘度计、振动式粘度计等。最早发展的是表盘式粘度计。表盘式粘度计到旋转粘度计的发展用了75年。旋转粘度测量法最早由美国Brookfield家族提出，并研发了世界上第一台动力粘度测量仪，也是第一台旋转粘度计，至今布式粘度计就是从旋转粘度计发展而来。随着粘度计的发展，粘度测量越来越简便，越来越精确，目前还发展了数显粘度计。旋转粘度计由于其简便测量方式和精确度依然受到大众的喜爱，占据仪器主要市场。2.2 旋转粘度计的发展旋转粘度计主要有转筒式、锥板式、数字式、指针式等几种形式。转筒式粘度计外部是一个平底的圆筒，同轴的中心配置一个圆柱体[1]。

外部圆筒和内部圆柱体之间存在平行的狭缝，测量时，将待测液体加入到这个狭缝中，当圆筒旋转，待测液体受到剪切力的作用，发生流动，液体的粘性带动圆柱体转动。给圆柱体连接感应装置，通过转动扭矩等参数，分析计算得到粘度等参数。锥板式粘度计主要由一个圆锥体和圆板组成。圆锥体位于上端，下端链接圆板，两者同轴。测量时，流体处于圆锥体和圆板构成的夹角，圆板转动，流体的粘性带动圆锥体转动，圆锥体连接感应装置，通过转动扭矩等参数，分析计算得到粘度等参数。数字式粘度计是智能化的旋转粘度计，测试粘度更加便捷，利用微机控制测试流程，提高了测试的准确度。

指针式粘度计采用同步电机以稳定的转速转动，连接刻度盘，通过游丝和转轴带动转子旋转。安装指针固定控制装置，转速快慢均可准确读数。

3.原理与特点

3.1原理介绍[2-3]旋转粘度计工作时，利用电机转动内部圆筒、椎体、球体、指针等刚性物件，带动流体旋转，由于流体的粘性，转动发生滞后，滞后通常可以转化成另一部件（游丝）的扭矩，通过检测这种滞后分析计算粘度。旋转法是测量流体和物体相互作用，产生的粘性力矩或者物体的转动滞后来确定流体粘度的一种方法。3.2测试示意图旋转粘度计测试示意图如图所示。

4.仪器介绍

以转筒式旋转粘度计为例介绍仪器组成、仪器参数等。4.1 仪器组成[4]旋转粘度计主要由电机、齿轮、游丝、转子、外筒等组成。电机：动力源，主要用于带动转子转动。齿轮：连接转动各部件。游丝：游丝是旋转粘度计最重要的部件，游丝的好坏会影响测试粘度的准确性。游丝是粘性扭矩接收部件。转子转动，流体粘性造成转子的转动滞后，连接转子的游丝，产生反向扭矩。

转子：转子种类很多，转筒式旋转粘度计，转子是圆柱体。也有锥体、指针式、球体等。转子主要是通过电机的带动，转动，是待测流体和转子间由于摩擦阻力、流体粘性，改变转子的转速。转子的转速变化，转化为游丝的扭矩，检测扭矩，分析计算的粘度。旋转粘度计通常配置可更换的转子，针对不同的流体，选择适合的转子，可以提高测试准确度。

外筒：主要作用是待测流体装置器。外筒一般设置为不动装置。

4.2仪器参数以NDJ-1为例介绍仪器参数。测定范围：1~1x105 mPa.s；转子规格：0、1、2、3、4号五种转子，其中0号转子是选件，可以测试最低粘度为0.1 mPa.s；仪器转速：6转/分、12转/分、30转/分、60转/分；测量误差：±5%；电源：220 ±10 V，50 Hz；外形尺寸：400x370x150 mm。4.3样品要求常规液体样均可以测试。

5.优缺点

5.1优点（1）操作简单，测试方便快捷；（2）可测样品种类多；（3）测试精确度高；（4）增加配件可以测试不同温度下的粘度；（5）读数方便；（6）仪器轻巧，暂用空间小，可以挪动；（7）转子种类多，更换方便；5.2缺点测试完成需要清洗转子和外筒。

6.应用

6.1油的粘度测定何飞飞[5]等使用Brook Field 的 DV2T型旋转粘度计测试了标准油的粘度，并研究了粘度和温度的关系。该设备测试精度可以达到±1%，实验采用2号转子，转速30 rpm/min。实验对不同温度下2种标准油的粘度进行了测定，实验结果如表1所示。实验结果发现，随着温度的增加，油的粘度值降低。

6.2水泥砂浆的粘度测定熊俊成[6]等采用NDJ-8S型旋转粘度计研究了不同水环境下水泥砂浆的粘度随着时间变化的规律。实验中采用水和灰配比为1、1.5、1.75、2配置水泥砂浆，间隔3s测定粘度数值，部分结果如图10所示。实验结果发现，随着是时间的增长，水泥砂浆粘度值变大。

参考文献[1]童刚,陈丽君,冷健.旋转式粘度计综述[J].自动化博览,2007,(01):68-70.[2]杨斌,程杰,李国芳.浅谈旋转粘度计的使用[J].现代制造技术与装备,2014,(02):52+58.[3]郑永真,王路艳,陈红岩.一种带有粘温转换功能的新型旋转粘度计的设计[J].仪表技术与传感器,2012,(11):59-60+63.[4]胡志胜,朱自猛,吴桐,龚婵媛,徐东.一种化验粘度计的设计[J].企业技术开发,2017,(04):62-64.[5]何飞飞,李劲松,吴鸿宾.粘温曲线的建立对旋转粘度计现场校准作用的探讨[J].计量学报,2017,(S1):142-145.[6]熊俊成,郑春雨,刘勇,李鹏,田伟权,王倩.海水环境下水泥浆液粘度时变特性试验研究[J].硅酸盐通报,2020,(07):2059-2064.说明： (1)封面图来源于崔利利的《一种新型电化学-质谱联用系统的研制》一文。 (2) 图2、图3来源于网络。

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