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嘉峪检测网 2025-08-12 18:40
粘度计是一种用于测量流体(包括液体和气体)粘度的仪器。粘度是流体抵抗流动的内摩擦力的量度,它反映了流体的粘稠程度,比如蜂蜜的粘度远大于水的粘度。
粘度计的种类繁多,根据其测量原理、应用场景和被测流体的特性,主要可以分为以下几大类:
一、 按核心测量原理分类
1.旋转式粘度计:
同轴圆筒粘度计: 转子是一个浸没在样品杯中的圆柱体(内筒),外筒固定或旋转。精度高,适合较宽粘度范围的流体。样品量相对较大。
锥板粘度计: 转子是一个锥角很小的圆锥体,与一个水平的平板组成测量系统。锥尖几乎接触平板,间隙非常小且均匀。所需样品量少,剪切速率均匀,是研究非牛顿流体流变学的标准工具。易于清洗,适合高粘度样品。
桨式/叶片式粘度计: 转子形状多样(如桨叶、叶片、圆盘),更接近实际搅拌或加工条件。常用于在线或过程控制,以及测量含有颗粒或纤维的非均匀流体。精度通常低于同轴圆筒和锥板式。
原理: 通过电机驱动转子(如圆筒、圆盘、锥板)在流体中旋转,测量流体对转子产生的粘性阻力(扭矩),从而计算粘度。可以控制旋转速度(即剪切速率),因此特别适合研究流体的流变特性(如剪切变稀、触变性等)。
特点: 测量范围广(低粘度到极高粘度),可控制剪切速率,适用于牛顿流体和非牛顿流体,可测量流变曲线。是实验室最常用的类型
2.毛细管粘度计:
奥氏粘度计: 最常用,有一个储液球和毛细管,通过U形管结构利用重力驱动流动。
乌氏粘度计: 有侧管,通过抽吸形成液位差驱动流动,测量时不受装液量影响。
坎农-芬斯克粘度计: 适用于不透明液体。
高压毛细管流变仪: 通过活塞施加高压驱动流体通过毛细管,测量压力和流量,用于模拟高分子熔体在高剪切速率下的加工行为(如挤出、注塑)。
原理: 测量一定体积的流体在重力或外加压力作用下,流过一根已知长度和内径的细玻璃管(毛细管)所需的时间。流动时间与流体的运动粘度成正比(依据泊肃叶定律)。
特点: 结构简单、成本低、精度高(尤其对低粘度牛顿流体),是测量运动粘度的标准方法(ASTM D445等)。主要限制: 通常只能提供单一剪切速率下的粘度值(重力驱动型),难以研究非牛顿流体的流变行为;样品量要求相对固定;清洁干燥要求高;易碎。
3.落球/落体式粘度计:
霍普勒落球粘度计: 球体在倾斜的样品管中沿管壁滚落。
直管落球粘度计: 球体在垂直的样品管中心自由下落(需精确居中)。
原理: 测量一个球体(或圆柱体、针体)在重力作用下,在装有被测流体的倾斜或垂直管中下落一定距离所需的时间(斯托克斯定律)。下落时间与流体的动力粘度相关。
特点: 原理简单直观,适用于测量透明牛顿流体的粘度。主要限制: 精度受球体居中性、管壁效应影响;难以用于不透明流体;通常只能测量低到中等粘度;剪切速率不明确。
4.振动式粘度计:
优点: 响应速度快,非常坚固耐用,易于清洁(探头式),非常适合在线过程控制和便携式现场测量。对安装方向不敏感。部分设计可用于高压、高温或卫生要求高的场合。
缺点: 通常测量的是特定条件下的“表观粘度”,对密度变化敏感(需要补偿),绝对精度通常低于旋转式和毛细管式。剪切速率通常较低且不明确。
原理: 测量一个在流体中振动的元件(棒、片、球、音叉)的振幅衰减、频率变化或功率消耗。这些变化与流体施加的阻尼力(即粘度)相关。
特点:
应用: 石油化工、食品饮料、制药等行业的过程监控。
5.超声波粘度计:
原理: 测量超声波在流体中传播的衰减或速度变化,这些参数与流体的粘度和密度相关。
特点: 非接触或侵入性很小,响应极快,适用于极端条件(高温、高压、腐蚀性流体)或卫生要求极高的场合(如生物制药)。通常用于在线监测。精度和稳定性受多种因素影响,标定复杂。
二、 按应用和设计特点分类
6.平板粘度计 (如 Krebs Stormer 粘度计):常用于油漆、涂料行业测量KU值。桨叶在样品杯中被重物或电机驱动旋转,测量达到特定转速所需重量或维持转速所需扭矩。
7.杯式粘度计 (如 Ford Cup, Zahn Cup):本质上是一种特定形状的毛细管粘度计(流出杯)。测量一定体积流体从杯底小孔完全流出所需时间。结构极其简单,成本低,广泛用于现场快速检查(如油漆、油墨粘度)。精度较低,结果受操作影响大。
8.斯托默粘度计:类似于平板粘度计,常用于油漆行业测量 Krebs Unit (KU)。
9.气泡粘度计:测量气泡在装于特殊玻璃管内的流体中上升的速度。主要用于清漆、树脂等粘稠液体,提供相对粘度比较。
10.挤出式流变仪/塑度仪:测量材料(如密封胶、膏体、口香糖)在压力下通过孔口挤出的难易程度或挤出量,反映其表观粘度或稠度。
粘度计类型总结表
主要类型 |
测量原理 |
典型应用场景 |
优点 |
缺点/限制 |
旋转式 |
转子旋转受粘性阻力 |
实验室主流,牛顿/非牛顿流体,流变研究 |
范围广,控剪切速率,功能强大 |
仪器较贵,部分类型清洗稍复杂 |
毛细管式 |
流体流过细管时间 |
标准方法,油品、化学品等牛顿流体 |
精度高(牛顿流体),成本低 |
单点测量,难用于非牛顿流体,清洁要求高,易碎 |
落球/落体式 |
球体下落时间 |
透明牛顿流体基础测量 |
原理简单 |
精度受限制,难用于不透明流体,剪切速率不明 |
振动式 |
振动元件阻尼变化 |
在线过程控制,现场便携测量 |
坚固耐用,响应快,易于清洁,适合在线 |
多为“表观粘度”,对密度敏感,剪切速率不明 |
超声波式 |
超声波衰减/速度变化 |
极端条件,卫生要求高,在线监测 |
非接触/微侵入,响应快,耐苛刻环境 |
标定复杂,精度影响因素多 |
杯式 (Ford/Zahn) |
流体流出杯孔时间 |
现场快速检查 (油漆、油墨) |
极其简单便宜,便携 |
精度低,操作依赖性强 |
平板 (Krebs) |
桨叶旋转所需力 |
油漆、涂料行业 (KU值) |
行业标准方法 |
应用领域较特定 |
如何选择合适的粘度计?
选择粘度计时需要考虑以下关键因素:
被测流体的性质: 牛顿流体还是非牛顿流体?粘度范围(低、中、高)?是否透明?是否含颗粒?是否易挥发或具有腐蚀性?
所需的测量信息: 只需要单点粘度?还是需要完整的流变曲线(粘度随剪切速率变化)?是否需要屈服应力、触变性等参数?
精度要求: 需要高精度标准测量还是快速估计?
测量环境: 是否需要控温?实验室离线分析?在线过程控制?现场便携检测?
样品量: 可用的样品量是多少?
预算: 不同原理和品牌的仪器价格差异很大。
行业标准: 特定行业是否有规定的测试方法和对应仪器(如ASTM, ISO标准)?
了解不同类型的粘度计及其原理和特点,结合具体的应用需求,就能做出更合适的选择。如果你能提供更具体的应用场景或测量需求,我可以帮你推荐更合适的类型。
来源:涂料检测那点事