工作用毛細(xì)管粘度計(jì)的不確定度

萬(wàn)俊彥

無(wú)錫市計(jì)量測(cè)試院 江蘇無(wú)錫 214000

1 毛細(xì)管粘度計(jì)工作原理

毛細(xì)管粘度計(jì)是粘度計(jì)中相當(dāng)重要的一種，一般情況下為平氏或是烏氏粘度計(jì)，使用相當(dāng)普遍。

1.1 毛細(xì)管粘度計(jì)的實(shí)驗(yàn)原理

將盛滿待測(cè)樣品的測(cè)量容器置于恒溫水浴中，并記錄下此刻的液柱高度。在打開(kāi)容器旋塞讓樣品流入受液器的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，直到受液器中液體達(dá)到標(biāo)記刻度線方停止計(jì)時(shí)。樣品的粘度越大，則所需時(shí)間便越長(zhǎng)。故而，所耗時(shí)間可以反映樣品的粘度[1]。

1.2 工作用毛細(xì)管粘度計(jì)原理

當(dāng)裝有樣液時(shí)，毛細(xì)管的兩端所存在的壓力差與流體本身的粘度是正比關(guān)系。毛細(xì)管粘度計(jì)基于此正比關(guān)系利用電信號(hào)替代壓力差，從而實(shí)現(xiàn)一系列的顯示與控制。

2 影響毛細(xì)血管粘度計(jì)準(zhǔn)確度的因素

2.1 粘度本身受溫度影響

粘度對(duì)于溫度感受極其敏感，主要是因?yàn)樵诓煌瑴囟葘?duì)分子的活躍程度有很大的影響，分子間作用力也會(huì)有所不同。液體粘度與溫度是非線性的關(guān)系，在溫度越低的情況下，粘度對(duì)溫度變化的反應(yīng)更明顯，因此在實(shí)際檢定過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格把控溫度。

2.2 裝液與檢定溫差帶來(lái)的影響

如若裝液與檢定時(shí)存在溫差，檢定溫度下的樣品體積必定會(huì)與裝液時(shí)有所不同，從而導(dǎo)致樣液的有效高度發(fā)生一定變化，并且影響到毛細(xì)管中樣液的流動(dòng)時(shí)間，最終會(huì)會(huì)影響到整個(gè)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度。裝液與檢定溫差過(guò)大會(huì)使得毛細(xì)管常數(shù)與實(shí)際情況發(fā)生偏離，所得檢定結(jié)果的有效性難以保障[2]。

2.3 流動(dòng)時(shí)間因素

毛細(xì)管粘度計(jì)管徑眾多，不同樣液應(yīng)選用相應(yīng)的管徑的粘度計(jì)。如若選擇失誤，會(huì)導(dǎo)致樣液在管內(nèi)的流動(dòng)時(shí)間過(guò)短或是過(guò)長(zhǎng)。本檢定方法是建立在液體層流的條件下，然而倘若時(shí)間過(guò)短，樣液在管內(nèi)的流速過(guò)快極易形成湍流，嚴(yán)重違背了檢定基礎(chǔ)。而時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則容易有溫度變化或是意外因素影響流體的性質(zhì)而導(dǎo)致誤差，所得測(cè)量結(jié)果也會(huì)與真實(shí)值偏離較大。

2.4 毛細(xì)管粘度計(jì)安裝的垂直度

毛細(xì)管安裝的垂直度會(huì)對(duì)管內(nèi)樣液的流動(dòng)時(shí)間有著很明顯的影響，并且會(huì)使液柱高度產(chǎn)生一定變化。當(dāng)毛細(xì)管與工作臺(tái)面垂直時(shí)，檢定結(jié)果最為準(zhǔn)確可靠。當(dāng)兩者非垂直關(guān)系時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)時(shí)間縮短或是變長(zhǎng)，從而會(huì)使得檢定出的毛細(xì)管常數(shù)變大或變小。

2.5 是否清洗并干燥毛細(xì)管

未進(jìn)行清洗和干燥處理的毛細(xì)管內(nèi)壁容易存在雜質(zhì)以及油膜，這會(huì)使得檢定時(shí)樣液出現(xiàn)掛壁現(xiàn)象，從而導(dǎo)致重復(fù)測(cè)量時(shí)樣液在毛細(xì)管內(nèi)的流動(dòng)時(shí)間差異過(guò)大，所造成的重復(fù)性超差致使數(shù)據(jù)的不確定度增大或是數(shù)據(jù)無(wú)效。

2.6 計(jì)時(shí)誤差

流動(dòng)時(shí)間是整個(gè)檢定中最重要的數(shù)據(jù)，計(jì)時(shí)工作的重要性不言而喻，容易引起計(jì)時(shí)誤差的因素有：①計(jì)時(shí)所采用的秒表不符合檢定合格標(biāo)準(zhǔn)；②秒表啟動(dòng)瞬間視線未能與樣液彎月面平行相切；③秒表的啟動(dòng)和停止過(guò)快或過(guò)慢；④測(cè)量人員本身的專(zhuān)注度。

2.7 樣液中存在氣泡

在檢定時(shí)，若毛細(xì)管內(nèi)的樣液存在氣泡，會(huì)影響吸入樣液的體積，進(jìn)而改變樣液的密度。同時(shí)，氣泡所產(chǎn)生的氣阻會(huì)使樣液的非連續(xù)流動(dòng)，從而使得流動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)，進(jìn)一步加大檢測(cè)值的誤差。

3 降低毛細(xì)血管粘度計(jì)不確定度的方法

為使粘度檢定結(jié)果更貼近實(shí)際值，降低工作使用毛細(xì)管粘度計(jì)過(guò)程中的不確定度，筆者在此將針對(duì)上文所提及的影響因素介紹一些可降低毛細(xì)血管粘度計(jì)不確定度的方法。

3.1 嚴(yán)格控制溫度

在前文有關(guān)溫度的影響的描述中，主要提及了樣液和裝液與檢定溫差這兩個(gè)方面。針對(duì)這種問(wèn)題，可采用控溫效果較高的恒溫水槽的來(lái)對(duì)樣液、裝液溫度以及檢定溫度進(jìn)行控制，注意保證溫度的穩(wěn)定以及差距保持在0.1℃內(nèi)。

3.2 保持毛細(xì)管與工作臺(tái)面垂直

在毛細(xì)管粘度計(jì)儀器進(jìn)行安裝時(shí)，可使用鉛垂線使其與工作臺(tái)面處于垂直狀態(tài)，以此解決因粘度計(jì)的傾斜導(dǎo)致內(nèi)摩擦力變大和靜壓力降低對(duì)結(jié)果造成的誤差。在調(diào)整過(guò)程中，視線的參照物應(yīng)該以毛細(xì)管為準(zhǔn)而非粘度計(jì)管壁。不僅在安裝時(shí)要保證兩者的垂直關(guān)系，在進(jìn)行裝液以及整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中都應(yīng)該保持認(rèn)真細(xì)心，避免改變粘度計(jì)與工作臺(tái)面之間的垂直度。另外還需注意的是，在每次計(jì)時(shí)開(kāi)始前液應(yīng)當(dāng)檢查粘度計(jì)的垂直度，盡量減小因?yàn)榇怪倍人鶎?dǎo)致的誤差。

3.3 正確選擇毛細(xì)管管徑，控制樣液流動(dòng)時(shí)間

可根據(jù)樣液的物理特性以及體積等選擇合適管徑，使流動(dòng)時(shí)間居中。一般而言，粘度計(jì)內(nèi)徑超過(guò)0.6毫米的樣液流動(dòng)時(shí)間應(yīng)高于200s，而內(nèi)徑為0.4毫米時(shí)流動(dòng)時(shí)間不得低于350s。

3.4 正確清洗毛細(xì)管，避免雜質(zhì)影響

按照檢定流程規(guī)范的要求，需在檢定時(shí)保持毛細(xì)管無(wú)水污及油污，即處于干燥透明的狀態(tài)。在每次都檢定前應(yīng)使用專(zhuān)用的清洗液將毛細(xì)管清洗干凈，并且需要進(jìn)行干燥處理。清洗劑方面，可采用鉻酸洗液、水以及一定濃度的乙醇等。此外，需要定期對(duì)同款毛細(xì)管測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

3.5 避免氣泡

主要在裝液和吸液兩個(gè)環(huán)節(jié)避免氣泡產(chǎn)生。在裝液時(shí)，謹(jǐn)慎且細(xì)心操作以做到不斷流和無(wú)氣泡。而在吸液時(shí)，應(yīng)當(dāng)使毛細(xì)管的管口在樣液中有一定深度，并且需要對(duì)抽氣速度進(jìn)行控制。

4 結(jié)語(yǔ)

粘度作為石油等流體質(zhì)量的重要判定標(biāo)準(zhǔn)，因此需要定期對(duì)工作毛細(xì)管粘度計(jì)進(jìn)行檢定，從而能保證不確定度在控制范圍內(nèi)。在檢定過(guò)程，應(yīng)注重溫度、裝液、計(jì)時(shí)、毛細(xì)管清洗等對(duì)檢定結(jié)果產(chǎn)生的影響，嚴(yán)格按照檢定要求進(jìn)行檢測(cè)。