液体粘度测定方法及装置研究现状与发展趋势简述

　　1　引　言

　　粘度是液体的重要物理性质和技术指标之一,粘度的准确测定在许多工业部门和科学研究领域中都具有重要意义,特别是在石油化工、医药、冶金、食品等行业中[1,2]。如在石油化工中,准确测定石油的粘度,可以提高其产品的质量和产量;在医学上,人体内正常血液循环要求血液粘度保持在合适的水平上,血液粘度异常会导致微循环和组织的新陈代谢出现障碍,因而血液粘度的准确测量将有助于病情的及时诊断和疾病的有效预防[3];在基础研究中,粘度的测定也占有非常重要的地位。如研究胶体稀溶液的粘度可以帮助了解质点的大小与形状、质点与介质间的相互作用等[4]。因此,粘度测定技术一直以来备受关注,有关液体粘度测定方法及装置的研究成果也比较多。受篇幅所限,本文主要对有代表性的传统测定方法及装置作简要回顾,并对几种粘度测定新技术的基本工作原理以及粘度测定技术发展趋势做些介绍。

　　2　液体粘度的传统测定方法及装置

　　液体粘度通常是指单相液体内部的粘度,即液体流动时所表现的内摩擦[5],它有别于液体的表(界)面粘度。测定液体粘度的方法很多,典型的传统测定方法主要有毛细管法、扭摆振动法、落球法、旋转法等[6~9]。

　　2.1　毛细管法

　　毛细管法测定液体粘度的理论基础是Poiseulle定律[10],即:

　　式(1)的推导过程可参见文献[10],假设粘滞液体在内径为r的管内以一定速度流动,如图1所示,则该部分液体的动能增加要消耗外力,因此在Poiseulle公式中需引入动能修正项,式(1)变为:

　　液体在毛细管两端流动时,不可能完全保持层流条件,要有径向流动,于是还须引入附加管长修正项nr,则公式变为:

　　根据上述原理制成的典型装置是水平毛细管粘度计[11],如图2所示,该装置用石英玻璃制成,毛细管内径r=0. 1mm,长L=175mm。它既可测量常温液体粘度,还可测高温液态金属粘度。当测高温液态金属粘度时,首先由加样磨口管将金属试样加到样品容器内,打开真空活塞将体系抽成真空,然后将装置伸入高温炉的恒温箱中,倾斜炉体,使金属熔体流经已知容器和毛细管进入储存容器。然后向相反方向倾斜炉体,使金属熔体重新流回已知体积V的容器中,通过炉子另一端石英窗观察,使液面略高于容器的上部刻线a后,立即将炉子恢复水平,此时金属熔体靠自身重力而流入毛细管,用秒表准确记录熔体液面流经容器上、下刻线a、b所需的时间t,代入式(3)即可求得被测金属液粘度值。

　　对某一毛细管粘度计,A、B为仪器常数,可用两种已知粘度的液体进行标定。该装置即为典型的Spell装置,它的突出优点是测量范围广,从10-4Pa·S的低粘度液体到105Pa·S的高粘度液体都可测定;但是它操作繁琐,而且用秒表记录时间会带来主观性误差,大大降低测量精度,不适合在线快速检测。