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    旋轉(zhuǎn)黏度計常數(shù)檢定溫度和使用溫度不同對測量結(jié)果的影響

    2011-01-22 00:59:39李瑞雪張春霞
    化學(xué)分析計量 2011年4期
    關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)筒黏度計常數(shù)

    李瑞雪 郭 毅 張春霞 李 菁

    (陜西省計量科學(xué)研究院, 西安 710065)

    旋轉(zhuǎn)黏度計的檢定方法是在標(biāo)準(zhǔn)黏度液定值溫度下,用相對法標(biāo)定黏度計常數(shù)或轉(zhuǎn)子常數(shù),黏度計常數(shù)或轉(zhuǎn)子常數(shù)與轉(zhuǎn)子的幾何尺寸有關(guān),儀器在不同溫度下使用時,轉(zhuǎn)子的幾何尺寸會發(fā)生變化,為此筆者就非檢定溫度下使用儀器時,黏度計常數(shù)或轉(zhuǎn)子常數(shù)因轉(zhuǎn)筒幾何尺寸的改變對測量結(jié)果產(chǎn)生的影響進(jìn)行了探討。

    1 旋轉(zhuǎn)黏度計測量方法

    當(dāng)圓筒、圓板或球體在流體中轉(zhuǎn)動或物體靜止而周圍流體作同心狀轉(zhuǎn)動時,這些物體均受到流體的粘性力矩的作用。若轉(zhuǎn)動物體的幾何尺寸、轉(zhuǎn)速等條件固定不變,物體所受粘性力矩將隨流體的黏度變化而變化。流體的黏度越大,作用于物體的粘性力矩越大。旋轉(zhuǎn)法測量黏度就是通過測定作用于物體的粘性力矩或轉(zhuǎn)速來確定流體黏度的大小,流體黏度相對測量法計算公式如下:

    η=Kα

    (1)

    (2)

    式中:η——動力黏度;

    K——儀器常數(shù);

    α——儀器偏轉(zhuǎn)角(轉(zhuǎn)盤讀數(shù));

    Z——轉(zhuǎn)筒常數(shù);

    γ——剪切速率。

    K、Z值與轉(zhuǎn)筒的浸沒高度、內(nèi)外筒尺寸及轉(zhuǎn)筒相對轉(zhuǎn)動角速度有關(guān),按下式計算:

    (3)

    Z=Kγ

    (4)

    式中:M—— 粘性力矩;

    h—— 內(nèi)桶的浸沒高度;

    Ri、Ra—— 內(nèi)、外筒的半徑;

    ω—— 內(nèi)筒相對于外筒旋轉(zhuǎn)的角速度。

    在黏度測量中,對于一定的測量系統(tǒng)γ和ω是固定不變的,通常不采用直接測量轉(zhuǎn)筒所受的粘性力矩和轉(zhuǎn)子幾何尺寸的絕對法求得黏度,而是采用相對測量法測量流體的黏度。具體操作如下:旋轉(zhuǎn)黏度計常數(shù)、轉(zhuǎn)子常數(shù)或數(shù)字式儀器的修正系數(shù)是在黏度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值溫度下檢定并給出的,當(dāng)使用上述儀器測量流體黏度時,對于指針式儀器是測出轉(zhuǎn)筒在粘性力矩作用下的偏轉(zhuǎn)角,用公式(1)或(2)計算出被測液體的動力黏度,對于數(shù)字式儀器則直接給出被測液體的黏度值。

    由式(3)可以看出,儀器在不同溫度下使用時,轉(zhuǎn)子的幾何尺寸會發(fā)生變化,而轉(zhuǎn)筒的表面積也會隨著轉(zhuǎn)子尺寸的變化產(chǎn)生改變,使其所受的粘性力矩發(fā)生變化。因此,以下主要討論非檢定溫度下使用儀器時,隨著溫度變化、轉(zhuǎn)子幾何尺寸的改變對儀器常數(shù)造成的影響。

    2 實驗部分

    目前黏度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)大多只提供20℃的運動黏度和動力黏度標(biāo)準(zhǔn)值,根據(jù)黏度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書中規(guī)定,該標(biāo)準(zhǔn)黏度液只能在20℃條件下使用,然而實際工作中往往在非檢定溫度下使用儀器。因此在非檢定溫度下使用儀器對測量結(jié)果的影響成了使用者最關(guān)心的問題,以下針對該問題進(jìn)行試驗。

    2.1 主要儀器設(shè)備與材料

    標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管黏度計:沈陽玻璃儀器廠;

    二等石油密度計:浙江余姚儀表二廠;

    旋轉(zhuǎn)黏度計:NDJ 79型,同濟大學(xué)機電廠;

    標(biāo)準(zhǔn)黏度油:國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心。

    2.2 試驗方法

    根據(jù)使用者的實際要求設(shè)計試驗,分別在20℃和25℃條件下對旋轉(zhuǎn)黏度計的不同測量單元進(jìn)行檢定,對不同溫度下的儀器常數(shù)進(jìn)行比較,以此評價旋轉(zhuǎn)黏度計的使用溫度和儀器常數(shù)檢定溫度不同時對測量結(jié)果造成的影響。

    3 結(jié)果與討論

    試驗選擇了NDJ-79型旋轉(zhuǎn)黏度計的1#、10#、100#轉(zhuǎn)筒和2#轉(zhuǎn)片作實驗樣本。分別在20℃和25℃條件下,用標(biāo)準(zhǔn)黏度液檢定主機和上述各測量單元組合的儀器常數(shù)。表1列出了20℃和25℃條件下標(biāo)準(zhǔn)黏度液動力黏度值,以及動力黏度的變化率。表2列出了20℃和25℃條件下,不同測量單元被檢定儀器的常數(shù),以及黏度計常數(shù)的變化率 。

    表1 20℃和25℃標(biāo)準(zhǔn)黏度液動力黏度值及變化率

    油號20#50#200#標(biāo)定溫度/℃202520252025ν/mm2·s-120.34516.29050.01938.329208.11149.00ρ/g·cm-30.87090.86780.87430.86980.87770.8713η/mPa·s17.71814.13743.73233.339182.66129.82η20-η25η20×100%20.2%23.7%28.9%油號500#1000#2000#標(biāo)定溫度/℃202520252025ν/mm2·s-1560.41507.83954.60862.502502.62266.7ρ/g·cm-30.97250.96870.97230.96840.97360.9699η/mPa·s545.00491.93928.16835.2424362198.5η20-η25η20×100%9.7%10.0%9.7%

    表2 20℃和25℃不同測量單元儀器常數(shù)及變化率

    由表1和表2可以得出,當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)黏度液的標(biāo)定溫度從20℃上升到25℃時,對于石油產(chǎn)品混合物其動力黏度變化率為20.2%~28.9%,對于硅油其動力黏度變化率為9.7%~10.0%。當(dāng)儀器的檢定溫度從20℃變?yōu)?5℃時,各測量單元儀器常數(shù)的變化率僅為0.8%~1.6%。即20℃檢定儀器常數(shù)在25℃下使用,對流體黏度測量結(jié)果的影響小于1.6%。

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