粘度計簡介

粘度計是測量流體流量和液體粘度的儀器。液體的粘度會影響其性能，無論是泵送還是管道輸送，還是浸漬和涂層的性能。

因此，測量粘度適用于各種材料，包括：

• 油

• 塑料

• 油漆

• 涂料

• 粘合劑

• 某物

• 瀝青

測量粘度和流動特性也適用于食品和飲料、牙膏、化妝品和洗發水等常見消費品的生產。

粘度計有什么作用？

粘度計測量液體的粘度和流動特性，并具有廣泛的應用，測量不同物質和材料的這些特性。

這些應用的例子包括：

• 監控食品調味品生產過程中果醬和糖漿的粘度，以確保批次一致

• 在為牛奶設計管道系統時分析牛奶的流動特性

• 測量不同溫度條件下機油的流動方式

• 測試噴墨打印機墨水的粘度。

粘度在機器潤滑中很重要。如果它太低，內部組件之間將有太多接觸，因此會磨損。如果太高，它會迫使機器更加努力地工作，以克服潤滑劑自身的內部流動阻力。

什么是粘度？

粘度是衡量材料在施加力時對運動的抵抗力的量度。

例如，如果你擠一管牙膏，內容物從管子末端流出的難易程度如何？

有一個測量粘度的公式：

粘度 = 剪切應力/剪切速率。

你用厘泊 (cP) 來表示這個公式的結果。厘泊相當于 1 mPa s（毫帕秒）。

這適用于絕對粘度。對于運動粘度，測量是不同的，我們將在后面解釋。

• 剪切應力是移動一層流體相對于另一層流體所需的每單位面積的力

• 剪切速率是中間層相對于彼此的運動中速度變化的量度。

對于許多液體，引起流動的應力與剪切應變率成正比。對于給定流體，在特定溫度下，剪應力除以剪切速率是恒定的。

該常數是動態或絕對粘度。但您也可以簡單地將其稱為材料的粘度。

將粘度視為流體的厚度的一種簡單方法，但是當您查看具有不同密度的流體時，描述粘度的最清晰方法是流動阻力。

為什么測量粘度很重要？

材料的工藝條件在其生產和最終用途中都很重要。

材料的粘度也是一種有用的間接衡量其特性的方法，例如分子量和密度。這些材料特性會影響流動行為。

測量粘度是質量控制和批次一致性的重要組成部分。

測量粘度也很重要，因為并非所有流體的行為方式都相同。

大體上，有兩種類型：

• 牛頓

• 非牛頓。

牛頓是指牛頓粘度定律，這是測量它的既定公式。

在牛頓流體中，無論剪切速率如何變化，粘度都保持不變。

典型的牛頓流體的例子包括水和機油。

但是，在非牛頓流體中，粘度會波動。這些流體包括以下類型：

• 塑料

• 假塑性

• 流變型

• 觸變的

• 擴張

非牛頓流體的一個日常例子是番茄醬，當你搖動瓶子時，它會變得更稀。番茄醬具有剪切稀化特性，因為它的粘度會隨著剪切應力的增加而降低。

運動學和絕對粘度

有兩種表示粘度的方法：

• 運動學

• 絕對

您可以通過觀察流體在重力作用下的流動阻力來測量運動粘度。

您可以通過測量在外力和受控力下的流動阻力來測量絕對粘度。

這兩種粘度表示的測量也不同。

• 運動粘度以厘沲 (CSt) 為單位測量

• 絕對粘度以厘泊 (cP) 為單位測量。

粘度計有哪些種類？

測量粘度有兩種基本方法：

要么一個物體穿過一個靜止的材料，要么材料流過或流過一個靜止的物體。

使用任何一種方法，您都可以記錄操作發生所需的時間，從而測量流動阻力。

使用這兩種方法中的任何一種，都有各種粘度計：

• 毛細管或玻璃粘度計

• 旋轉粘度計

• 落球和落活塞粘度計。

粘度計測量牛頓粘度。

還有用于測量非牛頓粘度的流變儀，它們使用多個參數進行測量。

毛細管粘度計

您經常會在實驗室環境中找到毛細管粘度計。這是一個 u 形玻璃管（它的另一個名稱是 u 形管粘度計）。

粘度測量過程包括將玻璃管浸入溫度控制的浴槽中，通常為 40 或 100°C。

有一個精確的時間讀數，以秒為單位，即固定量的流體在兩個標記點之間在 U 形管內流動所需的時間。

您可以通過吸力或重力實現這種流動。

一旦你有了這個測量值，你就可以將它乘以一個常數，該常數特定于你使用的管子類型，它將計算出：

• 運動粘度（如果使用抽吸法），或

• 絕對粘度（如果使用重力。

旋轉粘度計

這種類型的粘度計使用稱為主軸的旋轉裝置，您將其浸沒在您正在測試的流體中。

然后，主軸旋轉軸上的扭矩將測量流體的流動阻力。

旋轉粘度計測量流體的絕對粘度。

這使用電磁控制的主軸在流體內產生旋轉，消除了電動主軸的軸承摩擦因素。

落球和落活塞粘度計

這些不是測量粘度的常用方法。在落球和落活塞粘度計測試中，球或活塞落入液體中，您測量標記點之間的時間。

但是，要做到這一點，您必須知道您正在使用的球或活塞的最終速度、大小和密度。

流變儀

流變學是對物質流動的研究，通常為液態，但也適用于某些固體。它檢查材料如何響應與流動相關的響應，以響應施加的力。

從技術上講，粘度屬于更廣泛的流變技術類別。

流變儀是測量非牛頓流體粘度的理想選擇。它們的工作原理與粘度計相似，但應用范圍更廣。

這是因為非牛頓流體比牛頓流體具有更復雜的流變特性，當你對它們施加力時會改變它們的粘度。

流變儀有四種類型：

• 毛細管

• 動態旋轉

• 扭矩

• 振蕩的

毛細管和旋轉流變儀類似于相應的粘度計。

扭矩流變儀測量混合螺桿或電機上的扭矩，顯示混合樣品材料的難度。

振蕩流變儀在樣品材料中引起正弦波型剪切變形，將它們放置在兩個板之間并測量扭矩效應。

流變儀和粘度計之間的主要區別在于，流變儀傾向于對它們正在測試的物質施加某種形式的剪切力。

您如何準備測量樣品？

在流變和粘度測量中，樣品制備都會影響測量結果。

在低剪切速率下測量樣品時尤其如此。

• 重要的是不要在測量前搖晃或攪拌樣品，因為這會使樣品承受無法定義的剪切載荷，除非樣品有沉淀物或其他一些分離物。在這種情況下，必須使用一致的方法和工具進行攪拌或搖動。

• 您的應用方法也應該一致，例如勺子或抹刀。

• 移液器或注射器應用僅適用于油、樹脂或溶劑。對于其他物質，這些應用方法會增加剪切載荷，從而降低測量值和歪斜結果。

• 盡量確保沒有氣泡，因為這些氣泡會模擬非牛頓行為并給出錯誤的測量結果。

• 您使用的樣品體積必須與您使用的測量方法相匹配。樣品過多或過少都會導致測量誤差。

• 遵循等待時間的指導。準備工作會對樣品造成壓力，因此需要一段恢復期。將測量系統放置到位后，樣品結構可能需要重新生成，然后才能進行準確測量。

• 您還必須確保防止樣品干燥，因為這會導致您的測量值過高。

哪些因素會影響粘度測量？

雖然測量流體粘度的過程可能看起來很簡單，但如果這些測量結果準確，則需要考慮一些因素。

溫度是一個關鍵因素。恒溫槽的功能是在整個過程中保持精確的溫度。您應該能夠將浴槽溫度控制在所需溫度的 0.02°C 以內（通常為 40 或 100°C）。

有溫度控制的浴缸系統可以讓您更輕松地做到這一點。

在毛細管粘度計中，U 形玻璃的直徑必須精確才能準確測量。因此，這些玻璃通常使用低膨脹硼硅酸鹽玻璃制造。這有助于最大限度地減少誤差，并每年重新校準毛細管粘度計。

在測量之間使用無殘留溶劑徹底沖洗和干燥也很重要。

粘度計的尺寸會有所不同，以測量不同類型的粘度。無論儀器尺寸如何，他建議粘度計進行測量的最短時間應為 200 秒。這允許流體在標記點之間通過。

哪些行業受益于粘度計和流變儀？

各種行業和部門都使用粘度計和流變儀。

這些包括：

• 制藥、生物技術和臨床研究

• 石化和石油

• 飲食

• 化工

• 美容和化妝品

• 取證

• 環境測試

• 制造研發。

以下是在各個行業中應用粘度測量的幾個示例。

粘合劑

在粘合劑的生產中測量粘度很重要。根據粘合劑的類型及其最終應用，它需要以一定的最佳速率流動。

低粘度粘合劑比高粘度粘合劑更自由流動。對一些人來說，目的是讓粘合劑更牢固地停留在一個地方，而對另一些人來說，目的是更廣泛地傳播。

食物

在食品行業，粘度測量有助于最大限度地提高生產效率，并確保成本效益。

在產品作為生產的一部分進行管道輸送的情況下，粘度會影響這種傳輸的速度，以及各種食品需要多長時間才能凝固或干燥，或者需要多長時間才能將其分配到包裝中。

粘度會對食品生產過程產生巨大影響，它是食品質地的主要因素。

任何批次不一致都可能導致產品不符合消費者標準。

油

粘度在油中非常重要。它將決定油的密封效果及其消耗率。

機油粘度會影響軸承、齒輪組和氣缸的熱摩擦相關溫度。它將影響機械的效率，以及它在不同溫度下啟動和運行的速度。

您測量油的運動粘度，從而得出其粘度指數 (VI) 等級。具有較高 VI 的油更有效，從而減少消耗并減少潤滑中的磨損。

在油中測量的另一個因素是它在流體動力潤滑期間抵抗剪切的能力。

油的粘度必須符合其潤滑部件的溫度條件、速度和負載，這一點很重要。

具體的

在混凝土工業中，混凝土的塑性粘度和屈服應力對其可加工性和澆筑性至關重要。

混凝土的流變特性決定了它的機械質量、耐久性和整體質量。

為確保混凝土結構的可持續性以及混凝土在施工時的可用性，它必須具有合適的粘度。

化妝品

在美容和化妝品行業，測量粘度是質量控制的關鍵要素。

例如，潤唇膏必須具有高粘度，以確保它能夠正確地粘附在皮膚上并保護它。

另一方面，身體噴霧需要低粘度才能從其分配器中自由均勻地流動。

在化妝品公司將產品描述為奢華的地方，這些產品更有可能需要更高的粘度來強化這種印象。

您可以使用毛細管粘度計測試許多油基和水基化妝品化合物的粘度，因為它們是牛頓流體。但其他化合物將具有非牛頓特性，因此需要流變測試。

因此，根據您的需求范圍選擇合適的粘度計或流變儀非常重要。

如何選擇粘度計？

正如我們所見，粘度計和流變儀的應用范圍很廣。

在選擇測量粘度的儀器時應考慮哪些因素？

• 您需要測量哪種類型的粘度，絕對粘度、運動粘度或兩者兼而有之？

• 你將在哪里進行你的工作，在實驗室環境中，在移動中，還是在其他地方？

• 您要測量的材料有多復雜或多變？

通常，流變儀比粘度計更通用且更昂貴，但流變儀將測量非牛頓流體。

當涉及粘度計和流變儀的類型時，有各種廣泛的儀器類別，包括：

• 便攜式手持式粘度計

• 玻璃毛細管粘度計

• 旋轉粘度計

• 滾珠軸承和空氣軸承流變儀。