粘度計是測量流體流量和液體粘度的儀器。液體的粘度會(huì )影響其性能，無(wú)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(dòng)特性也適用于食品和飲料、牙膏、化妝品和洗發(fā)水等常見(jiàn)消費品的生產(chǎn)。

粘度計有什么作用？

粘度計測量液體的粘度和流動(dòng)特性，并具有廣泛的應用，測量不同物質(zhì)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(chǎn)過(guò)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(shí)分析牛奶的流動(dòng)特性

• 測量不同溫度條件下機油的流動(dòng)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(huì )磨損。如果太高，它會(huì )迫使機器更加努力地工作，以克服潤滑劑自身的內部流動(dòng)阻力。

什么是粘度？

粘度是衡量材料在施加力時(shí)對運動(dòng)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(gè)測量粘度的公式：

粘度 = 剪切應力/剪切速率。

你用厘泊 (cP) 來(lái)表示這個(gè)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(dòng)粘度，測量是不同的，我們將在后面解釋。

• 剪切應力是移動(dòng)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(dòng)中速度變化的量度。

對于許多液體，引起流動(dòng)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(dòng)態(tài)或絕對粘度。但您也可以簡(jiǎn)單地將其稱(chēng)為材料的粘度。

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

為什么測量粘度很重要？

材料的工藝條件在其生產(chǎn)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(huì )影響流動(dòng)行為。

測量粘度是質(zhì)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(lèi)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(wú)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(huì )波動(dòng)。這些流體包括以下類(lèi)型：

• 塑料

• 假塑性

• 流變型

• 觸變的

• 擴張

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

運動(dòng)學(xué)和絕對粘度

有兩種表示粘度的方法：

• 運動(dòng)學(xué)

• 絕對

您可以通過(guò)觀(guān)察流體在重力作用下的流動(dòng)阻力來(lái)測量運動(dòng)粘度。

您可以通過(guò)測量在外力和受控力下的流動(dòng)阻力來(lái)測量絕對粘度。

這兩種粘度表示的測量也不同。

• 運動(dòng)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(lèi)？

測量粘度有兩種基本方法：

要么一個(gè)物體穿過(guò)一個(gè)靜止的材料，要么材料流過(guò)或流過(guò)一個(gè)靜止的物體。

使用任何一種方法，您都可以記錄操作發(fā)生所需的時(shí)間，從而測量流動(dòng)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(gè)參數進(jìn)行測量。

毛細管粘度計

您經(jīng)常會(huì )在實(shí)驗室環(huán)境中找到毛細管粘度計。這是一個(gè) u 形玻璃管（它的另一個(gè)名稱(chēng)是 u 形管粘度計）。

粘度測量過(guò)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(gè)精確的時(shí)間讀數，以秒為單位，即固定量的流體在兩個(gè)標記點(diǎn)之間在 U 形管內流動(dòng)所需的時(shí)間。

您可以通過(guò)吸力或重力實(shí)現這種流動(dòng)。

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

• 運動(dòng)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(lèi)型的粘度計使用稱(chēng)為主軸的旋轉裝置，您將其浸沒(méi)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(dòng)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(chǎn)生旋轉，消除了電動(dòng)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(diǎn)之間的時(shí)間。

但是，要做到這一點(diǎn)，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(xué)是對物質(zhì)流動(dòng)的研究，通常為液態(tài)，但也適用于某些固體。它檢查材料如何響應與流動(dòng)相關(guān)的響應，以響應施加的力。

從技術(shù)上講，粘度屬于更廣泛的流變技術(shù)類(lèi)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(shí)會(huì )改變它們的粘度。

流變儀有四種類(lèi)型：

• 毛細管

• 動(dòng)態(tài)旋轉

• 扭矩

• 振蕩的

毛細管和旋轉流變儀類(lèi)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(gè)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(zhì)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(huì )影響測量結果。

在低剪切速率下測量樣品時(shí)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(huì )使樣品承受無(wú)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(jìn)行攪拌或搖動(dòng)。

• 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(shù)脂或溶劑。對于其他物質(zhì)，這些應用方法會(huì )增加剪切載荷，從而降低測量值和歪斜結果。

• 盡量確保沒(méi)有氣泡，因為這些氣泡會(huì )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(guò)多或過(guò)少都會(huì )導致測量誤差。

• 遵循等待時(shí)間的指導。準備工作會(huì )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(jìn)行準確測量。

• 您還必須確保防止樣品干燥，因為這會(huì )導致您的測量值過(guò)高。

哪些因素會(huì )影響粘度測量？

雖然測量流體粘度的過(guò)程可能看起來(lái)很簡(jiǎn)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(gè)關(guān)鍵因素。恒溫槽的功能是在整個(gè)過(guò)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?xún)龋ㄍǔ?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(diǎn)。

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(wú)殘留溶劑徹底沖洗和干燥也很重要。

粘度計的尺寸會(huì )有所不同，以測量不同類(lèi)型的粘度。無(wú)論儀器尺寸如何，他建議粘度計進(jìn)行測量的最短時(shí)間應為 200 秒。這允許流體在標記點(diǎn)之間通過(guò)。

哪些行業(yè)受益于粘度計和流變儀？

各種行業(yè)和部門(mén)都使用粘度計和流變儀。

這些包括：

• 制藥、生物技術(shù)和臨床研究

• 石化和石油

• 飲食

• 化工

• 美容和化妝品

• 取證

• 環(huán)境測試

• 制造研發(fā)。

以下是在各個(gè)行業(yè)中應用粘度測量的幾個(gè)示例。

粘合劑

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

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

食物

在食品行業(yè)，粘度測量有助于最大限度地提高生產(chǎn)效率，并確保成本效益。

在產(chǎn)品作為生產(chǎn)的一部分進(jìn)行管道輸送的情況下，粘度會(huì )影響這種傳輸的速度，以及各種食品需要多長(cháng)時(shí)間才能凝固或干燥，或者需要多長(cháng)時(shí)間才能將其分配到包裝中。

粘度會(huì )對食品生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生巨大影響，它是食品質(zhì)地的主要因素。

任何批次不一致都可能導致產(chǎn)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(huì )影響軸承、齒輪組和氣缸的熱摩擦相關(guān)溫度。它將影響機械的效率，以及它在不同溫度下啟動(dòng)和運行的速度。

您測量油的運動(dòng)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(gè)因素是它在流體動(dòng)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(diǎn)很重要。

具體的

在混凝土工業(yè)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(guān)重要。

混凝土的流變特性決定了它的機械質(zhì)量、耐久性和整體質(zhì)量。

為確保混凝土結構的可持續性以及混凝土在施工時(shí)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(yè)，測量粘度是質(zhì)量控制的關(guān)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(dòng)。

在化妝品公司將產(chǎn)品描述為奢華的地方，這些產(chǎn)品更有可能需要更高的粘度來(lái)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(jiàn)，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(shí)應考慮哪些因素？

• 您需要測量哪種類(lèi)型的粘度，絕對粘度、運動(dòng)粘度或兩者兼而有之？

• 你將在哪里進(jìn)行你的工作，在實(shí)驗室環(huán)境中，在移動(dòng)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(lèi)型時(shí)，有各種廣泛的儀器類(lèi)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。