粘温曲线的建立对旋转粘度计现场校准作用的探

导读:在 20 ～ 25 ℃温度范围内对标准粘度液的粘度值进行了精密量，建立了标准粘度液的粘度值随着温度变化的关联曲线y = － 9. 573x + 733. 0，实验结果显示: 其相关系数 r = 0. 99，最大线性误差

来源：未知发布日期：2019-09-19 14:06【大中小】

引言

在旋转粘度计的校准中，通常根据 JJG 2002— 2005《旋转粘度计检定规程》的要求，采用牛顿流体标准粘度液作为标准物质，目前普遍使用的是以精制石油产品和以硅油为主要成分的国家二级标准粘度液，但是由于温度对于标准粘度液的粘度值影响较大，所以旋转粘度计的检定需要在温度波动度不大于 0. 1 ℃的恒温槽中完成。然而，目前国家标准粘度液的标准值均是在 20 ℃下定值的，而在日常检定中，常常遇到现场环境无法达到规程要求，并且仪器使用用户无法将设备送至校准实验室进行校准的情况，因此，对现场校准能力提出了更高的要求。本文主要探讨在非标准环境下，粘温曲线的建立对旋转粘度计实现现场校准起到的作用。

测量原理

2. 1 旋转粘度计的工作原理
上海昌吉旋转粘度计的工作原理是以一个微型同步( 转速几乎不受电压变化影响) 电动机为动力，通过联轴器带动转筒旋转，转筒在被测液体中旋转受到了粘滞阻力作用，产生反作用，迫使悬挂安装的电机壳体偏转( 电机壳体能作 0 ～ 90°偏转) 。电机壳体和一正一反安装的游丝相连，当壳体偏转时，使游丝产生扭转。
当游丝的扭矩与粘滞阻力达到平衡时，固定在电机壳体上的拨叉将指针稳定在某一个刻度上，刻度与转筒所受的粘滞阻力成正比。因此，将刻度读数乘上特定系数 f( 即转筒因子) ，就表示成粘滞系数的量值，而数字式的粘度计就直接将被测对象的粘度值显示在显示屏上。

2. 2 牛顿流体
任一点上的剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系的流体称为牛顿流体。最简单的牛顿流体流动是二无限平板以相对速度 v 相互平行运动时，两板间粘性流体的低速定常剪切运动( 或库埃特流动) 。水、酒精等大多数纯液体、轻质油、合成润滑油低分子化合物溶液以及低速流动的气体等均为牛顿流体。本文探讨的是针对牛顿流体的测量过程中的粘温曲线的建立。

实验部分

3. 1 旋转粘度计和对应转子的常数修正
实验选用的旋转粘度计为 Brook Field 的 DV2T 型号，测量精度达到测量范围的 ± 1% ，实验过程采用 LV-02 号转子，转速设定值为 30 rpm /min，最大量程为 1 000 MPa·s; 实验选用的高精密度水银温度计测量范围为 19 ～ 21 ℃，分度值达到 0. 01 ℃ ; 实验采用的恒温水浴为 TC-550 型号，温度波动度达 0. 01 ℃ ; 实验采用国家标物中心生产的国家一级有证标物 GBW13607 号标准油，20 ℃ 时标准值为 166. 49 MPa·s，U = 0. 27% ，k = 2; GBW13608 号标准油，20 ℃时标准值为 544. 66 MPa·s，U = 0. 33% ， k = 2。将恒温水浴恒温至 20. 0 ℃，后经高精密度水银温度计测量修正至 20. 4 ℃，用 GBW13607 和 GBW13608 两个规格的标准油对同一个 LV-02 号转子进行测量.结合 JJG 155—2005《工作用毛细管粘度计检定规程》的同列重复性和不同列重复性的计算方法，参照 JJG 1002—2005《旋转粘度计检定规程》的重复性检定指标，故暂且将本次实验用的转子常数 f 定为 1. 006 0。

3. 2 不同温度下粘度约定真值测量
将恒温水浴按温度梯度从 20. 0 ℃ 至 25. 0 ℃，每间隔 1 ℃恒温 1 h，对 LV-02 号转子进行测量，转子转速为 30 rpm /min，记录当前温度下的粘度实测值，将温度与之相对应的粘度实测值作为拟合对象进行线性拟合，图 1、图 2 分别为 GBW 13607 和 GBW 13608 标准粘度液对实验用旋转粘度计进行测量所得粘度实测值与温度的拟合曲线。

结果与讨论

4. 1 对拟合出的线性误差进行计算
结合实验所得的结果，对使用 GBW 13607 和 GBW 13608 两种粘度标准液均可以拟合出一条粘温曲线，为了证实这条粘温曲线是否可以应用于现场实验，分别对两条曲线方程根据式做线性误差的计算。用 GBW13608 标准粘度液进行测量得出的粘度约定真值—温度拟合曲线更加适用于旋转粘度计的现场校准，其相关系数 r = 0. 99，最大线性误差为－ 0. 57% ; 用 GBW13607 标准粘度液进行测量得出的结果明显在 25. 0 ℃ 时出现了拐点，从而使得粘度值与温度不再呈线性变化。经查阅标准物质证书得知，GBW13607 的成份为石油精炼产品，而 GBW13608 的成份为硅油，两者之间的粘度差异可能来源与组份的影响，硅油是保持液体状态的线型聚硅氧烷产品，具有良好的化学稳定性; 而石油精炼产品由于其中组份较复杂，因此，随着温度的升高，其化学特性不稳定，造成粘温曲线不成线性变化。由此，粘温曲线 y = － 9573x + 733. 0 更加适用与具有良好稳定性的以硅油为标准的粘度液。

4. 2 粘度值其他影响因素
在旋转粘度计的测试过程中，还有许多其他的影响因素，比如外筒的半径，外筒内壁与转子外壁的间隔距离，测量液面高度以及转子的浸没深度，均会对测量结果产生一定的影响。在后续研究中，需要以外筒半径、液面高度、浸没深度等影响量作为变量，寻找一组最合适的测量方法，来不断提高旋转粘度计现场校准的准确度与精密度。

结论

本文基于牛顿流体粘度值和温度的变化关系，在 20. 0 ～ 25. 0 ℃范围内对标准粘度油的粘度值进行了精密测量，得到粘温曲线 y = － 9. 573x + 733. 0; 实验结果显示，相关系数为 0. 99，线性误差达到－ 0. 57% 。针对牛顿流体的测量，在 20. 0 ～ 25. 0 ℃的温度范围内，解决了旋转粘度计现场校准的难题。

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粘温曲线的建立对旋转粘度计现场校准作用的探

导读:在 20 ～ 25 ℃温度范围内对标准粘度液的粘度值进行了精密量，建立了标准粘度液的粘度值随着温度变化的关联曲线y = － 9. 573x + 733. 0，实验结果显示: 其相关系数 r = 0. 99，最大线性误差

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