粘溫曲線的建立對旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn)作用的探

導(dǎo)讀:在 20 ～ 25 ℃溫度范圍內(nèi)對標(biāo)準(zhǔn)粘度液的粘度值進(jìn)行了精密量，建立了標(biāo)準(zhǔn)粘度液的粘度值隨著溫度變化的關(guān)聯(lián)曲線y = － 9. 573x + 733. 0，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示: 其相關(guān)系數(shù) r = 0. 99，最大線性誤差

來源：未知發(fā)布日期：2019-09-19 14:06【大中小】

引言

在旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的校準(zhǔn)中，通常根據(jù) JJG 2002— 2005《旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)檢定規(guī)程》的要求，采用牛頓流體標(biāo)準(zhǔn)粘度液作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，目前普遍使用的是以精制石油產(chǎn)品和以硅油為主要成分的國家二級標(biāo)準(zhǔn) 粘度液，但是由于溫度對于標(biāo)準(zhǔn)粘度液的粘度值影響較大，所以旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的檢定需要在溫度波動度不大于 0. 1 ℃的恒溫槽中完成。然而，目前國家標(biāo)準(zhǔn)粘度液的標(biāo)準(zhǔn)值均是在 20 ℃下定值的，而在日常檢定中，常常遇到現(xiàn)場環(huán)境無法達(dá)到規(guī)程要求，并且儀器使用用戶無法將設(shè)備送至校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)的情況，因此，對現(xiàn)場校準(zhǔn)能力提出了更高的要求。本文主要探討在非標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，粘溫曲線的建立對旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場校準(zhǔn)起到的作用。

測量原理

2. 1 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的工作原理
上海昌吉旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的工作原理是以一個微型同步( 轉(zhuǎn) 速幾乎不受電壓變化影響) 電動機(jī)為動力，通過聯(lián) 軸器帶動轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)筒在被測液體中旋轉(zhuǎn)受到了粘滯阻力作用，產(chǎn)生反作用，迫使懸掛安裝的電機(jī)殼體偏轉(zhuǎn)( 電機(jī)殼體能作 0 ～ 90°偏轉(zhuǎn)) 。電機(jī)殼體和一正一反安裝的游絲相連，當(dāng)殼體偏轉(zhuǎn)時，使游絲產(chǎn) 生扭轉(zhuǎn)。
當(dāng)游絲的扭矩與粘滯阻力達(dá)到平衡時，固定在電機(jī)殼體上的撥叉將指針穩(wěn)定在某一個刻度上，刻度與轉(zhuǎn)筒所受的粘滯阻力成正比。因此，將刻度讀數(shù)乘上特定系數(shù) f( 即轉(zhuǎn)筒因子) ，就表示成粘滯系數(shù)的量值，而數(shù)字式的粘度計(jì)就直接將被測對象的粘度值顯示在顯示屏上。

2. 2 牛頓流體
任一點(diǎn)上的剪應(yīng)力都同剪切變形速率呈線性函數(shù)關(guān)系的流體稱為牛頓流體。最簡單的牛頓流體流動是二無限平板以相對速度 v 相互平行運(yùn)動時，兩板間粘性流體的低速定常剪切運(yùn)動( 或庫埃特流動) 。水、酒精等大多數(shù)純液體、輕質(zhì)油、合成潤滑油低分子化合物溶液以及低速流動的氣體等均為牛頓流體。本文探討的是針對牛頓流體的測量過程中的粘溫曲線的建立。

實(shí)驗(yàn)部分

3. 1 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)和對應(yīng)轉(zhuǎn)子的常數(shù)修正
實(shí)驗(yàn)選用的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)為 Brook Field 的 DV2T 型號，測量精度達(dá)到測量范圍的 ± 1% ，實(shí)驗(yàn)過程采用 LV-02 號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速設(shè)定值為 30 rpm /min，最大量程為 1 000 MPa·s; 實(shí)驗(yàn)選用的高精密度水銀溫度計(jì)測量范圍為 19 ～ 21 ℃，分度值達(dá)到 0. 01 ℃ ; 實(shí) 驗(yàn)采用的恒溫水浴為 TC-550 型號，溫度波動度達(dá) 0. 01 ℃ ; 實(shí)驗(yàn)采用國家標(biāo)物中心生產(chǎn)的國家一級有證標(biāo) 物 GBW13607 號標(biāo) 準(zhǔn) 油，20 ℃ 時標(biāo) 準(zhǔn) 值為 166. 49 MPa·s，U = 0. 27% ，k = 2; GBW13608 號標(biāo) 準(zhǔn)油，20 ℃時標(biāo)準(zhǔn)值為 544. 66 MPa·s，U = 0. 33% ， k = 2。將恒溫水浴恒溫至 20. 0 ℃，后經(jīng)高精密度水銀溫度計(jì) 測量修正至 20. 4 ℃，用 GBW13607 和 GBW13608 兩個規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)油對同一個 LV-02 號轉(zhuǎn) 子進(jìn)行測量.結(jié)合 JJG 155—2005《工作用毛細(xì)管粘度計(jì)檢定規(guī)程》的同列重復(fù)性和不同列重復(fù)性的計(jì)算方法，參照 JJG 1002—2005《旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)檢定規(guī)程》的重復(fù) 性檢定指標(biāo)，故暫且將本次實(shí)驗(yàn)用的轉(zhuǎn)子常數(shù) f 定為 1. 006 0。

3. 2 不同溫度下粘度約定真值測量
將恒溫水浴按溫度梯度從 20. 0 ℃ 至 25. 0 ℃，每間隔 1 ℃恒溫 1 h，對 LV-02 號轉(zhuǎn)子進(jìn)行測量，轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)速為 30 rpm /min，記錄當(dāng)前溫度下的粘度實(shí)測值，將溫度與之相對應(yīng)的粘度實(shí)測值作為擬合對象進(jìn)行線性擬合，圖 1、圖 2 分別為 GBW 13607 和 GBW 13608 標(biāo)準(zhǔn)粘度液對實(shí)驗(yàn)用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)進(jìn)行測量所得粘度實(shí)測值與溫度的擬合曲線。

結(jié)果與討論

4. 1 對擬合出的線性誤差進(jìn)行計(jì)算
結(jié)合實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果，對使用 GBW 13607 和 GBW 13608 兩種粘度標(biāo)準(zhǔn)液均可以擬合出一條粘溫曲線，為了證實(shí)這條粘溫曲線是否可以應(yīng)用于現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，分別對兩條曲線方程根據(jù) 式做線性誤差的計(jì)算。用 GBW13608 標(biāo)準(zhǔn)粘度液進(jìn)行測量得出的粘度約定真值—溫度擬合曲線更加適用于旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的現(xiàn)場校準(zhǔn)，其相關(guān) 系數(shù) r = 0. 99，最大線性誤差為－ 0. 57% ; 用 GBW13607 標(biāo)準(zhǔn)粘度液進(jìn)行測量得出的結(jié)果明顯在 25. 0 ℃ 時出現(xiàn) 了拐點(diǎn)，從而使得粘度值與溫度不再呈線性變化。經(jīng)查閱標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書得知，GBW13607 的成份為石油精煉產(chǎn)品，而 GBW13608 的成份為硅油，兩者之間的粘度差異可能來源與組份的影響，硅油是保持液體狀態(tài)的線型聚硅氧烷產(chǎn)品，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性; 而石油精煉產(chǎn)品由于其中組份較復(fù)雜，因此，隨著溫度的升高，其化學(xué)特性不穩(wěn)定，造成粘溫曲線不成線性變化。由此，粘溫曲線 y = － 9573x + 733. 0 更加適用與具有良好穩(wěn)定性的以硅油為標(biāo) 準(zhǔn)的粘度液。

4. 2 粘度值其他影響因素
在旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的測試過程中，還有許多其他的影響因素，比如外筒的半徑，外筒內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子外壁的間隔距離，測量液面高度以及轉(zhuǎn)子的浸沒深度，均會對測量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。在后續(xù) 研究中，需要以外筒半徑、液面高度、浸沒深度等影響量作為變量，尋找一組最合適的測量方法，來不斷提高旋轉(zhuǎn) 粘度計(jì) 現(xiàn) 場校準(zhǔn) 的準(zhǔn) 確度與精密度。

結(jié) 論

本文基于牛頓流體粘度值和溫度的變化關(guān)系，在 20. 0 ～ 25. 0 ℃范圍內(nèi)對標(biāo)準(zhǔn)粘度油的粘度值進(jìn) 行了精密測量，得到粘溫曲線 y = － 9. 573x + 733. 0; 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，相關(guān)系數(shù)為 0. 99，線性誤差達(dá)到－ 0. 57% 。針對牛頓流體的測量，在 20. 0 ～ 25. 0 ℃的溫度范圍內(nèi)，解決了旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn) 的難題。

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