粘溫曲線的建立對旋轉粘度計現場校準作用的探

導讀:在 20 ～ 25 ℃溫度范圍內對標準粘度液的粘度值進行了精密量，建立了標準粘度液的粘度值隨著溫度變化的關聯曲線y = － 9. 573x + 733. 0，實驗結果顯示: 其相關系數 r = 0. 99，最大線性誤差

來源：未知發布日期：2019-09-19 14:06【大中小】

引言

在旋轉粘度計的校準中，通常根據 JJG 2002— 2005《旋轉粘度計檢定規程》的要求，采用牛頓流體標準粘度液作為標準物質，目前普遍使用的是以精制石油產品和以硅油為主要成分的國家二級標準粘度液，但是由于溫度對于標準粘度液的粘度值影響較大，所以旋轉粘度計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，目前國家標準粘度液的標準值均是在 20 ℃下定值的，而在日常檢定中，常常遇到現場環境無法達到規程要求，并且儀器使用用戶無法將設備送至校準實驗室進行校準的情況，因此，對現場校準能力提出了更高的要求。本文主要探討在非標準環境下，粘溫曲線的建立對旋轉粘度計實現現場校準起到的作用。

測量原理

2. 1 旋轉粘度計的工作原理
上海昌吉旋轉粘度計的工作原理是以一個微型同步( 轉速幾乎不受電壓變化影響) 電動機為動力，通過聯軸器帶動轉筒旋轉，轉筒在被測液體中旋轉受到了粘滯阻力作用，產生反作用，迫使懸掛安裝的電機殼體偏轉( 電機殼體能作 0 ～ 90°偏轉) 。電機殼體和一正一反安裝的游絲相連，當殼體偏轉時，使游絲產生扭轉。
當游絲的扭矩與粘滯阻力達到平衡時，固定在電機殼體上的撥叉將指針穩定在某一個刻度上，刻度與轉筒所受的粘滯阻力成正比。因此，將刻度讀數乘上特定系數 f( 即轉筒因子) ，就表示成粘滯系數的量值，而數字式的粘度計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
任一點上的剪應力都同剪切變形速率呈線性函數關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 相互平行運動時，兩板間粘性流體的低速定常剪切運動( 或庫埃特流動) 。水、酒精等大多數純液體、輕質油、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。

實驗部分

3. 1 旋轉粘度計和對應轉子的常數修正
實驗選用的旋轉粘度計為 Brook Field 的 DV2T 型號，測量精度達到測量范圍的 ± 1% ，實驗過程采用 LV-02 號轉子，轉速設定值為 30 rpm /min，最大量程為 1 000 MPa·s; 實驗選用的高精密度水銀溫度計測量范圍為 19 ～ 21 ℃，分度值達到 0. 01 ℃ ; 實驗采用的恒溫水浴為 TC-550 型號，溫度波動度達 0. 01 ℃ ; 實驗采用國家標物中心生產的國家一級有證標物 GBW13607 號標準油，20 ℃ 時標準值為 166. 49 MPa·s，U = 0. 27% ，k = 2; GBW13608 號標準油，20 ℃時標準值為 544. 66 MPa·s，U = 0. 33% ， k = 2。將恒溫水浴恒溫至 20. 0 ℃，后經高精密度水銀溫度計測量修正至 20. 4 ℃，用 GBW13607 和 GBW13608 兩個規格的標準油對同一個 LV-02 號轉子進行測量.結合 JJG 155—2005《工作用毛細管粘度計檢定規程》的同列重復性和不同列重復性的計算方法，參照 JJG 1002—2005《旋轉粘度計檢定規程》的重復性檢定指標，故暫且將本次實驗用的轉子常數 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 號轉子進行測量，轉子轉速為 30 rpm /min，記錄當前溫度下的粘度實測值，將溫度與之相對應的粘度實測值作為擬合對象進行線性擬合，圖 1、圖 2 分別為 GBW 13607 和 GBW 13608 標準粘度液對實驗用旋轉粘度計進行測量所得粘度實測值與溫度的擬合曲線。

結果與討論

4. 1 對擬合出的線性誤差進行計算
結合實驗所得的結果，對使用 GBW 13607 和 GBW 13608 兩種粘度標準液均可以擬合出一條粘溫曲線，為了證實這條粘溫曲線是否可以應用于現場實驗，分別對兩條曲線方程根據式做線性誤差的計算。用 GBW13608 標準粘度液進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粘度計的現場校準，其相關系數 r = 0. 99，最大線性誤差為－ 0. 57% ; 用 GBW13607 標準粘度液進行測量得出的結果明顯在 25. 0 ℃ 時出現了拐點，從而使得粘度值與溫度不再呈線性變化。經查閱標準物質證書得知，GBW13607 的成份為石油精煉產品，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的線型聚硅氧烷產品，具有良好的化學穩定性; 而石油精煉產品由于其中組份較復雜，因此，隨著溫度的升高，其化學特性不穩定，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定性的以硅油為標準的粘度液。

4. 2 粘度值其他影響因素
在旋轉粘度計的測試過程中，還有許多其他的影響因素，比如外筒的半徑，外筒內壁與轉子外壁的間隔距離，測量液面高度以及轉子的浸沒深度，均會對測量結果產生一定的影響。在后續研究中，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，來不斷提高旋轉粘度計現場校準的準確度與精密度。

結論

本文基于牛頓流體粘度值和溫度的變化關系，在 20. 0 ～ 25. 0 ℃范圍內對標準粘度油的粘度值進行了精密測量，得到粘溫曲線 y = － 9. 573x + 733. 0; 實驗結果顯示，相關系數為 0. 99，線性誤差達到－ 0. 57% 。針對牛頓流體的測量，在 20. 0 ～ 25. 0 ℃的溫度范圍內，解決了旋轉粘度計現場校準的難題。

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導讀:在 20 ～ 25 ℃溫度范圍內對標準粘度液的粘度值進行了精密量，建立了標準粘度液的粘度值隨著溫度變化的關聯曲線y = － 9. 573x + 733. 0，實驗結果顯示: 其相關系數 r = 0. 99，最大線性誤差

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