旋转式黏度计的研制

　　0　引言

　　目前,液体黏度的测量方法主要有[1-4]:毛细管法、落体法、振动旋法、旋转法、振动法、平板法以及声频共振法等。这些方法各有优缺点,用于不同的场合。而旋转式黏度计广泛应用于测定油脂、油漆、药物、食品、黏胶剂等各种流体的黏度。

　　1　工作原理

　　旋转式黏度计测量液体黏度的基本原理是旋转法,它是一种适用范围最广的液体黏度测量方法,特别适用于粗分散体系的黏度测量[5-6],其原理是:在内外两柱体之间充以待测液体,当外力使两柱体之一匀速转动,而另一个柱体静止不动时,在两柱体之间的径向距离上的液体内部将出现速度梯度,于是在液体中产生了内摩擦。由于内摩擦的作用,在旋转柱体上就产生了液体的黏性力矩作用,测量此力矩即可计算出液体黏度值。

　　若内外两柱体的半径分别为r和R,待测液体在内柱体的浸没深度为h,转动柱体的角速度为ω,测量液体的黏度值为η,同时假设流体为层流流动,液体与柱体接触面之间没有滑动,则由于液体的内摩擦而作用于转动柱体的黏性力矩为

由此可见,若能测定力矩M,浸没深度h,角速度ω,内外柱体的半径r和R,便可计算出液体黏度值η.准确测定力矩M和角速度ω的大小是旋转法测量液体黏度的关键。同时,用旋转法进行黏度测定时,需注意以下2个条件[7]

　　(1)该液体为层流流动且分布均匀。测量时液体所产生的内摩擦与剪切应力必须始终一致,而层流能防止层间成分的交换,所以还必须保证液体分布均匀。

　　(2)液体与柱体接触面之间没有滑动。旋转法所测黏性力矩应为液体内摩擦力,所以液体与内外柱体间不能有滑动摩擦,否则所测力矩会是内摩擦力矩和滑动摩擦力矩之和。旋转式黏度计是一种适用范围广泛的黏度测量仪器,特别适用于粗分散体系的黏度测量。当采用无级调速时,还能测量液体的流变特性。

　　2　旋转式黏度计的硬件结构

　　2.1　机械结构

　　机械结构如图1所示。

　　电机主轴上固定一个圆盘,上有一突出的指针iv子由轴承支撑并通过游丝与固定圆盘相连,并带有指针。当电机选定角速度匀速转动,而转子没有浸入液体时,由于游丝的张力,指针_iv与指针同步转动,无角度偏差。把转子浸入液体,由于液体的作用,将使指针滞后指针iv某个角度。这个滞后张角的大小与游丝的弹性和液体的黏度大小有关,当游丝的料与长度固定及转子大小确定后,则张角的大小只与液体的黏度有关。通过测量张角的大小,可以计算出液体的黏度。由于游丝的张力并不是完全线性的,张角过大或过小时,测量会产生非线性误差,为了避免这种误差,测量中应选择合适的转子与转速,使张角处于满量程的20%~80%之间,从而保证测量的精度。