六种测量液体粘度的方法

要点了解动态粘度与运动粘度之间的差异,并对手头的样品采取适当的测试机制,这一点非常重要。粘度是涂料、油漆和粘合剂等工业流体最基本的物理性质之一。本质上讲,粘度表示流体抵抗剪切或拉伸应力变形的能力。换句话说,这个特性描述了流体分子之间的摩擦,导致以不同速度运动的流体层之间的相对运动。粘度可以作为流体在外力或自身重量作用下如何行为的线索。液体的粘性越大,它看起来就越“厚”。例如,油或油脂的粘度比水高,因此看起来更稠。油、涂料、油漆和粘合剂制造商通常负责确定其产品在特定应用中的最佳粘度。低粘度液体更容易流动。因此,粘度过低的涂层可能会导致流挂。另一方面,粘度过高的涂层可能会“僵硬”,难以应用。在本文中,我们将研究动态粘度和运动粘度之间的差异,以及测量它们的各种方法。动态粘度动态粘度,也被称为绝对粘度,是流体在外力作用下对剪切流的阻力。它描述了当一层流体在水平面上越过另一层时所产生的内阻量。在描述非牛顿流体时,动态粘度特别有用。动态粘度可以用数学公式表示为:μ=τdy/dc=τ/γ其中:τ=流体中的剪应力(N/m2)。μ=流体的动态粘度(Ns/m2)。dc=单位速度(m/s)。dy=层间单位距离(m)。γ=dc/dy=剪切速率(s-1)。动态粘度的国际单位制为Ns/m2或帕斯卡秒(Pas)。动态粘度的另一个测量单位是泊(p),其中1泊等于十分之一Ns/m2或1/10Pas。事实上,泊这个单位有时可能太大。因此,常使用厘泊(cP)装置代替它。在厘泊单位中,一个cP等于0.01P、0.Ns/m2或0.Pas。运动粘度运动粘度就是动态粘度与流体密度之比。它反映了流体在重力影响下对剪切流的阻力,即流体自身重量引起的剪切流。这种粘度在描述牛顿流体时特别有用。运动粘度可以用数学公式表示为:ν=μ/ρ其中:ν=运动粘度(m2/s)。μ=绝对或动态粘度(Ns/m2)。ρ=密度(kg/m3)。动态粘度的国际单位制单位为m2/s。该特性的另一个测量单位为斯托克(St),其中一St等于10-4m2/s等于1cm2/s。如果以斯托克为单位的粘度值太大,则通常使用较小的单位厘斯托克(cSt)代替。在厘斯托克,一个cSt等于10-6m2/s=1mm2/s。粘度是如何测量的?有几种不同的方法来测量动态粘度和运动粘度。一些最常用的方法如下:1.粘度杯粘度杯用于测定流体的运动粘度,通常由带有不锈钢孔的阳极氧化铝制成。这个相对简单的测试包括将液体放入底部有一个小开口的容器中。允许液体以精确的量流过开口。通过使用提供给给定杯子的图表,测量液体通过开口所需的时间,并将其与粘度相关联粘度杯通常用于测量油漆、清漆和类似产品的稠度。然后使用表格将流出时间(以秒为单位)转换为粘度(以厘斯托克(cSt)为单位)。福特杯和扎恩杯是一些最常用的粘度杯品种。每个杯子的设计都是独一无二的;因此,在比较不同杯型之间的粘度值时必须小心。粘度杯提供的值是绝对值,不包括允许的公差,因为每个标准之间的公差差异很大。2.振动粘度计振动粘度计的工作原理是将振动机电谐振器浸入测试流体中,并测量流体提供的阻尼程度。谐振器通常扭转或横向振动,阻尼可通过以下方式确定:

记录保持仪器以恒定振幅振动所需的功率输入。

测量振动关闭后振动的时间衰减。

根据不同的相位角测量谐振器的频率。

石英粘度计是振动粘度计的一个实例。通过这种方法,将振荡石英晶体浸入流体中,对振荡行为的具体影响决定了粘度。施加在振荡器上的电场会导致传感器移动,并导致流体剪切。然后,流体的外力(剪切应力)会影响传感器的移动,从而影响传感器的电气响应。3.旋转型粘度计旋转粘度计的工作原理是测量旋转试验流体中物体所需的扭矩。以下是如何完成整个过程:1)其中一个表面静止。2).通过外部驱动装置旋转配合面。3)液体填充表面之间的空间。测量并记录以预定速度旋转圆盘或摆锤所需的扭矩。保持设定速度的扭矩与粘度成正比;因此,该装置能够输出粘度、剪切应力和剪切速率值。由于外部剪切力作用于液体,旋转粘度计测量液体的动态粘度。杯式、桶式、锥式和板式都是旋转粘度计类型。杯式和鲍勃式粘度计由不同直径的同轴圆筒组成。将要剪切的样品体积存储在测试单元内;测量并绘制达到特定转速所需的扭矩。锥形和板式粘度计有一个精确的扭矩计,以离散转速驱动。它在靠近平板的地方使用窄角锥体。粘度由剪切应力和剪切速率计算得出。4.毛细管粘度计毛细管粘度计是已知最早测定流体粘度的方法之一。该方法测量一定体积的流体流过已知直径和长度的U形毛细管所需的时间。管子通常有两个标记——上标记和下标记,用作测量参考。流体流过这些标记所需的时间与运动粘度成正比;因此,可以使用标准公式确定粘度。毛细管粘度计包括奥斯特瓦尔德粘度计和乌贝洛德粘度计。两者都是U形仪器,有两个玻璃灯泡并使用毛细管。然而,乌贝洛德粘度计的一个主要优点是,它获得的值与所用液体的总体积无关。奥斯特瓦尔德粘度计和乌贝洛德粘度计之间的关键区别在于,奥斯特瓦尔德粘度计适用于测量低至中等粘度的液体,而乌贝洛德粘度计适用于测量高粘度的液体。5.落球粘度计落球粘度计用于测定透明牛顿流体的动态粘度。这个概念涉及测量已知密度的球体在重力作用下通过充满样本的管所需的时间。该管通常安装在能够快速旋转度以允许重复测试的设备上。记录三次试验的平均时间,并将其用于换算公式中,以确定样品的粘度。落球粘度计用于各种行业和学术机构的质量控制,用以阐述科学方法。记录时间测量的简单易用和直接方法确保了有意义的测试结果。6.稠度计稠度计是一种由金属槽组成的仪器,金属槽的一小部分被挡在弹簧加载的闸门后面。工作原理如下:1)将待测样品放置在弹簧加载闸门后面。2)提升闸门,使样品在自身重量下自由流动。3)液体在特定时间内流动的距离通过仪器的梯度测量。稠度计本身不直接测量粘度值;相反,它允许用户针对被测试的产品制定自己的标准。这种方法在食品行业更受欢迎,通常用于测量产品的粘度,如番茄酱、蛋黄酱、蜜饯、馅料、汤、婴儿食品和沙拉酱。影响粘度的因素

流体粘度取决于多种因素。这些因素有:

流体温度通常液体的粘度随着温度的升高而降低。然而,气体的粘度通常会随着温度的升高而增加。流动条件对于层流,液体的粘度保持不变;而对于湍流,粘度会发生变化。压力当压力增加时,气体的粘度通常会增加。对于液体,因为它们是不可压缩的,所以压力没有太大的影响。多相流。多相流的粘度随各相的体积而变化。悬浮颗粒物。悬浮物会导致粘度增加。牛顿粘度定律流体的剪切应力和机械应力下的剪切速率之间的关系由牛顿粘度定律决定。牛顿粘度定律表明,对于给定的温度和压力,流体中两个相邻层之间的剪切应力与这些层之间的速度梯度成正比。换句话说,流体中的剪切应力与剪切速率之比是一个常数,是粘度系数。然而,牛顿粘度定律只适用于牛顿流体。非牛顿流体不遵循牛顿粘度定律;因此,它们的粘度会发生变化,并且取决于剪切速率。结论粘度是一种重要的流体性质,对不同行业的许多不同产品至关重要。动态粘度和运动粘度描述了不同的特性,在测试流体时会产生非常不同的结果。因此,了解粘度类型之间的差异,并对手头的样品采取适当的测试机制非常重要。本篇为笔者译稿,阅读英文原稿请移步:


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