粘度计简介

粘度计是测量流体流量和液体粘度的仪器。液体的粘度会影响其性能，无论是泵送还是管道输送，还是浸渍和涂层的性能。

因此，测量粘度适用于各种材料，包括：

• 油

• 塑料

• 油漆

• 涂料

• 粘合剂

• 某物

• 沥青

测量粘度和流动特性也适用于食品和饮料、牙膏、化妆品和洗发水等常见消费品的生产。

粘度计有什么作用？

粘度计测量液体的粘度和流动特性，并具有广泛的应用，测量不同物质和材料的这些特性。

这些应用的例子包括：

• 监控食品调味品生产过程中果酱和糖浆的粘度，以确保批次一致

• 在为牛奶设计管道系统时分析牛奶的流动特性

• 测量不同温度条件下机油的流动方式

• 测试喷墨打印机墨水的粘度。

粘度在机器润滑中很重要。如果它太低，内部组件之间将有太多接触，因此会磨损。如果太高，它会迫使机器更加努力地工作，以克服润滑剂自身的内部流动阻力。

什么是粘度？

粘度是衡量材料在施加力时对运动的抵抗力的量度。

例如，如果你挤一管牙膏，内容物从管子末端流出的难易程度如何？

有一个测量粘度的公式：

粘度 = 剪切应力/剪切速率。

你用厘泊 (cP) 来表示这个公式的结果。厘泊相当于 1 mPa s（毫帕秒）。

这适用于绝对粘度。对于运动粘度，测量是不同的，我们将在后面解释。

• 剪切应力是移动一层流体相对于另一层流体所需的每单位面积的力

• 剪切速率是中间层相对于彼此的运动中速度变化的量度。

对于许多液体，引起流动的应力与剪切应变率成正比。对于给定流体，在特定温度下，剪应力除以剪切速率是恒定的。

该常数是动态或绝对粘度。但您也可以简单地将其称为材料的粘度。

将粘度视为流体的厚度的一种简单方法，但是当您查看具有不同密度的流体时，描述粘度的最清晰方法是流动阻力。

为什么测量粘度很重要？

材料的工艺条件在其生产和最终用途中都很重要。

材料的粘度也是一种有用的间接衡量其特性的方法，例如分子量和密度。这些材料特性会影响流动行为。

测量粘度是质量控制和批次一致性的重要组成部分。

测量粘度也很重要，因为并非所有流体的行为方式都相同。

大体上，有两种类型：

• 牛顿

• 非牛顿。

牛顿是指牛顿粘度定律，这是测量它的既定公式。

在牛顿流体中，无论剪切速率如何变化，粘度都保持不变。

典型的牛顿流体的例子包括水和机油。

但是，在非牛顿流体中，粘度会波动。这些流体包括以下类型：

• 塑料

• 假塑性

• 流变型

• 触变的

• 扩张

非牛顿流体的一个日常例子是番茄酱，当你摇动瓶子时，它会变得更稀。番茄酱具有剪切稀化特性，因为它的粘度会随着剪切应力的增加而降低。

运动学和绝对粘度

有两种表示粘度的方法：

• 运动学

• 绝对

您可以通过观察流体在重力作用下的流动阻力来测量运动粘度。

您可以通过测量在外力和受控力下的流动阻力来测量绝对粘度。

这两种粘度表示的测量也不同。

• 运动粘度以厘沲 (CSt) 为单位测量

• 绝对粘度以厘泊 (cP) 为单位测量。

粘度计有哪些种类？

测量粘度有两种基本方法：

要么一个物体穿过一个静止的材料，要么材料流过或流过一个静止的物体。

使用任何一种方法，您都可以记录操作发生所需的时间，从而测量流动阻力。

使用这两种方法中的任何一种，都有各种粘度计：

• 毛细管或玻璃粘度计

• 旋转粘度计

• 落球和落活塞粘度计。

粘度计测量牛顿粘度。

还有用于测量非牛顿粘度的流变仪，它们使用多个参数进行测量。

毛细管粘度计

您经常会在实验室环境中找到毛细管粘度计。这是一个 u 形玻璃管（它的另一个名称是 u 形管粘度计）。

粘度测量过程包括将玻璃管浸入温度控制的浴槽中，通常为 40 或 100°C。

有一个精确的时间读数，以秒为单位，即固定量的流体在两个标记点之间在 U 形管内流动所需的时间。

您可以通过吸力或重力实现这种流动。

一旦你有了这个测量值，你就可以将它乘以一个常数，该常数特定于你使用的管子类型，它将计算出：

• 运动粘度（如果使用抽吸法），或

• 绝对粘度（如果使用重力。

旋转粘度计

这种类型的粘度计使用称为主轴的旋转装置，您将其浸没在您正在测试的流体中。

然后，主轴旋转轴上的扭矩将测量流体的流动阻力。

旋转粘度计测量流体的绝对粘度。

这使用电磁控制的主轴在流体内产生旋转，消除了电动主轴的轴承摩擦因素。

落球和落活塞粘度计

这些不是测量粘度的常用方法。在落球和落活塞粘度计测试中，球或活塞落入液体中，您测量标记点之间的时间。

但是，要做到这一点，您必须知道您正在使用的球或活塞的最终速度、大小和密度。

流变仪

流变学是对物质流动的研究，通常为液态，但也适用于某些固体。它检查材料如何响应与流动相关的响应，以响应施加的力。

从技术上讲，粘度属于更广泛的流变技术类别。

流变仪是测量非牛顿流体粘度的理想选择。它们的工作原理与粘度计相似，但应用范围更广。

这是因为非牛顿流体比牛顿流体具有更复杂的流变特性，当你对它们施加力时会改变它们的粘度。

流变仪有四种类型：

• 毛细管

• 动态旋转

• 扭矩

• 振荡的

毛细管和旋转流变仪类似于相应的粘度计。

扭矩流变仪测量混合螺杆或电机上的扭矩，显示混合样品材料的难度。

振荡流变仪在样品材料中引起正弦波型剪切变形，将它们放置在两个板之间并测量扭矩效应。

流变仪和粘度计之间的主要区别在于，流变仪倾向于对它们正在测试的物质施加某种形式的剪切力。

您如何准备测量样品？

在流变和粘度测量中，样品制备都会影响测量结果。

在低剪切速率下测量样品时尤其如此。

• 重要的是不要在测量前摇晃或搅拌样品，因为这会使样品承受无法定义的剪切载荷，除非样品有沉淀物或其他一些分离物。在这种情况下，必须使用一致的方法和工具进行搅拌或摇动。

• 您的应用方法也应该一致，例如勺子或抹刀。

• 移液器或注射器应用仅适用于油、树脂或溶剂。对于其他物质，这些应用方法会增加剪切载荷，从而降低测量值和歪斜结果。

• 尽量确保没有气泡，因为这些气泡会模拟非牛顿行为并给出错误的测量结果。

• 您使用的样品体积必须与您使用的测量方法相匹配。样品过多或过少都会导致测量误差。

• 遵循等待时间的指导。准备工作会对样品造成压力，因此需要一段恢复期。将测量系统放置到位后，样品结构可能需要重新生成，然后才能进行准确测量。

• 您还必须确保防止样品干燥，因为这会导致您的测量值过高。

哪些因素会影响粘度测量？

虽然测量流体粘度的过程可能看起来很简单，但如果这些测量结果准确，则需要考虑一些因素。

温度是一个关键因素。恒温槽的功能是在整个过程中保持精确的温度。您应该能够将浴槽温度控制在所需温度的 0.02°C 以内（通常为 40 或 100°C）。

有温度控制的浴缸系统可以让您更轻松地做到这一点。

在毛细管粘度计中，U 形玻璃的直径必须精确才能准确测量。因此，这些玻璃通常使用低膨胀硼硅酸盐玻璃制造。这有助于最大限度地减少误差，并每年重新校准毛细管粘度计。

在测量之间使用无残留溶剂彻底冲洗和干燥也很重要。

粘度计的尺寸会有所不同，以测量不同类型的粘度。无论仪器尺寸如何，他建议粘度计进行测量的最短时间应为 200 秒。这允许流体在标记点之间通过。

哪些行业受益于粘度计和流变仪？

各种行业和部门都使用粘度计和流变仪。

这些包括：

• 制药、生物技术和临床研究

• 石化和石油

• 饮食

• 化工

• 美容和化妆品

• 取证

• 环境测试

• 制造研发。

以下是在各个行业中应用粘度测量的几个示例。

粘合剂

在粘合剂的生产中测量粘度很重要。根据粘合剂的类型及其最终应用，它需要以一定的最佳速率流动。

低粘度粘合剂比高粘度粘合剂更自由流动。对一些人来说，目的是让粘合剂更牢固地停留在一个地方，而对另一些人来说，目的是更广泛地传播。

食物

在食品行业，粘度测量有助于最大限度地提高生产效率，并确保成本效益。

在产品作为生产的一部分进行管道输送的情况下，粘度会影响这种传输的速度，以及各种食品需要多长时间才能凝固或干燥，或者需要多长时间才能将其分配到包装中。

粘度会对食品生产过程产生巨大影响，它是食品质地的主要因素。

任何批次不一致都可能导致产品不符合消费者标准。

油

粘度在油中非常重要。它将决定油的密封效果及其消耗率。

机油粘度会影响轴承、齿轮组和气缸的热摩擦相关温度。它将影响机械的效率，以及它在不同温度下启动和运行的速度。

您测量油的运动粘度，从而得出其粘度指数 (VI) 等级。具有较高 VI 的油更有效，从而减少消耗并减少润滑中的磨损。

在油中测量的另一个因素是它在流体动力润滑期间抵抗剪切的能力。

油的粘度必须符合其润滑部件的温度条件、速度和负载，这一点很重要。

具体的

在混凝土工业中，混凝土的塑性粘度和屈服应力对其可加工性和浇筑性至关重要。

混凝土的流变特性决定了它的机械质量、耐久性和整体质量。

为确保混凝土结构的可持续性以及混凝土在施工时的可用性，它必须具有合适的粘度。

化妆品

在美容和化妆品行业，测量粘度是质量控制的关键要素。

例如，润唇膏必须具有高粘度，以确保它能够正确地粘附在皮肤上并保护它。

另一方面，身体喷雾需要低粘度才能从其分配器中自由均匀地流动。

在化妆品公司将产品描述为奢华的地方，这些产品更有可能需要更高的粘度来强化这种印象。

您可以使用毛细管粘度计测试许多油基和水基化妆品化合物的粘度，因为它们是牛顿流体。但其他化合物将具有非牛顿特性，因此需要流变测试。

因此，根据您的需求范围选择合适的粘度计或流变仪非常重要。

如何选择粘度计？

正如我们所见，粘度计和流变仪的应用范围很广。

在选择测量粘度的仪器时应考虑哪些因素？

• 您需要测量哪种类型的粘度，绝对粘度、运动粘度或两者兼而有之？

• 你将在哪里进行你的工作，在实验室环境中，在移动中，还是在其他地方？

• 您要测量的材料有多复杂或多变？

通常，流变仪比粘度计更通用且更昂贵，但流变仪将测量非牛顿流体。

当涉及粘度计和流变仪的类型时，有各种广泛的仪器类别，包括：

• 便携式手持式粘度计

• 玻璃毛细管粘度计

• 旋转粘度计

• 滚珠轴承和空气轴承流变仪。