扩大粘度基准量程的研究

    1　引　言

    在航天、军工、石油、化工、建材等领域中广泛涉及粘度高于1×105mm2/s的物质(诸如固、液体燃料、石油沥青、高聚物、粘胶等)。为了测量这些物质的粘度,迫切需要统一粘度高于1×5⁵mm²/s量程的粘度量值。我国现有的粘度基准量程只到1×10⁵mm²/s,不能满足需要。为此两年前本课题列入国家科委95攻关项目,现课题业已完成。课题的完成使粘度量程提高一个数量级,由1×10⁵mm²/s提高到1×10⁶mm²/s。此外还研制及定值了三种高粘度标准物质(聚异丁烯),达到了预定指标。

    经过对一些方法的比较研究,我们认为毛细管法精度最高,故本课题选用与原粘度基准相同的毛细管法。原基准毛细管粘度计的毛细管内径共有9种(0·35~6·9mm),每种3支。相应的粘度标准液有16种: 8种石油产品,粘度2 ~ 500mm²/s; 8种甲基硅油,粘度5×102~ 1×105mm²/s。粘度基准是以20℃纯水的粘度为基础,用相对法公式(2)建立的。以纯水为起始标准,借助一系列标准液,用阶升程序标定出每一组粘度计的常数,同时给每一种标准液定值。

    对于2×10⁵~1×10⁶mm²/s高粘度量程,我们没有增加毛细管内径更大的一组基准,而是利用现有基准内径最大(6·9mm)的一组作研究。这样虽然实验技术上有许多困难,但可以避免增加累积不确定度。

    为了获得高准确度的粘度测量,需要有高精度的温度控制与测量和高精度的时间测量。对于毛细管法高粘度测量,本课题的研究重点是残留量的影响。

    2　残留量影响的研究

    2·1　方法原理

    毛细管法运动粘度的测量原理是基于泊氏定律

　　　　　　　　ν=πRg⁴ht/8VL　　　　　　　　(1)

式中　ν———运动粘度

      R———毛细管半径

　　　L———毛细管长度

　　　V———液体体积(通常视为计时球体积)

　　　h———压差高度

　　　g———重力加速度

　　　t———V体积的液体流经毛细管的时间

公式(2)用于相对测量

　　　　　　　　　　　ν=Ct　　　　　　　　　　(2)

式中　C———仪器常数

    对于相对测量,计时球的体积V是常数,包括在仪器常数C中。但实际上在时间t内,计时球中液体不可能完全流出,一部分仍然残留在计时球中,流出的液体不应是V,而应是V-ΔV,本文对公式(2)应作如下修正:

式中,ΔV及ΔVs分别为被定值液体与标定液体的残留量, v为被定值液体与标准液相对残留量之差。ΔV与粘度ν成正比,与流动时间t成反比,即ΔV∝(ν/t)。对于相对测量,粘度相同的液体,显然ΔV=ΔV_s, _v=0;不同粘度的液体,在小粘度量程,ΔV与ΔV_s的绝对值很小,两者几乎完全抵消;在中粘度量程,也能抵消大部分。关于这一点国外已有不少报道,我们以前的研究也证明,在2~100×103mm2/s量程, v大约为0·03%~0·2%。但本课题所涉及的粘度量程很高,是甲基硅油过渡到聚异丁烯的粘度, v高达0·6%,是不能忽略的。