6 种测量流体粘度的方法
粘度是涂料、油漆和粘合剂等工业流体最重要的物理特性之一。
本质上，粘度表示流体对剪切或拉伸应力变形的抵抗力。换句话说，该属性描述了流体分子之间的摩擦，导致以不同速度运动的流体层之间的相对运动。粘度可以作为流体在外力或自身重量下的行为方式的线索。
流体越粘稠，它看起来就越“稠”。例如，油或油脂的粘度比水高，因此看起来更稠。
油、涂料、油漆和粘合剂制造商的任务通常是确定其产品在特定应用中的最佳粘度。 （有关此主题的更多信息，请参阅： 涂料的服务要求和环境因素 .)
低粘度流体往往更容易流动。因此，涂料的粘度太低会导致流挂和流挂。另一方面，粘度过高的涂料可能会“僵硬”，难以施工。
在本文中，我们将了解动态粘度和运动粘度之间的区别以及测量它们的各种方法。
动态粘度
动态粘度，也称为绝对粘度，是流体由于施加的外力而对剪切流的阻力。它描述了当一层流体在水平面上移动到另一层时提供的内阻量。
动态粘度在描述非牛顿流体时特别有用。
在数学上，动态粘度可表示为：
μ =τ dy / dc =τ/γ
地点：
- τ =流体中的剪切应力 (N/m 2 )。
- μ =流体的动态粘度 (N s/m 2 )。
- dc =单位速度 (m/s)。
- dy =层之间的单位距离 (m)。
- γ =dc / dy =剪切速率 (s -1 )。
动态粘度的 SI 单位是 N s/m 2 或帕斯卡秒 (Pa s)。动态粘度的另一个测量单位是泊 (p)，其中一泊等于十分之一 N s/m 2 或 1/10 Pa s。
泊位单位有时对于实际目的来说太大了。因此，通常使用厘泊 (cP) 单位来代替它。以厘泊为单位，1 cP 等于 0.01P，0.001 N s/m 2 或 0.001 Pa s。
运动粘度
运动粘度只是动态粘度与流体密度的比值。它反映了流体在重力作用下对剪切流的阻力，即流体自重产生的剪切流。
这种粘度在描述牛顿流体时特别有用。在数学上，运动粘度可表示为：
ν =μ / ρ
地点：
- ν =运动粘度 (m 2 /s)。
- μ =绝对或动态粘度 (N s/m 2 )。
- ρ =密度（kg/m 3 )。
动态粘度的 SI 单位是 m 2 /秒。此属性的另一个度量单位是斯托克 (St)，其中一个 St 等于 10 -4 m 2 /s 等于 1 厘米 2 /s.
当斯托克的粘度值太大时，通常使用较小的单位厘沲 (cSt) 来代替。在厘沲中，一 cSt 等于 10 -6 m 2 /s =1 毫米 2 /s.
如何测量粘度？
有几种不同的方法来测量动态和运动粘度。一些最常见的方法如下：
1.粘度杯
粘度杯用于确定流体的运动粘度，通常由带有不锈钢孔的阳极氧化铝制成。 （有关此主题的更多信息，请参阅： 了解铝腐蚀 .)
这个相对简单的测试包括将流体放入底部有小开口的容器中。允许流体以精确的量流过开口。通过使用为给定杯子提供的图表来测量流体通过开口所需的时间并将其与粘度相关联。
粘度杯通常用于测量油漆、清漆和类似产品的稠度。然后使用一个表格将流出时间（以秒为单位）转换为以厘沲（cSt）为单位的粘度。
Ford 和 Zahn 杯是一些最常用的粘度杯品种。每个杯子的设计都是独一无二的；因此，在比较不同杯子类型之间的粘度值时必须小心。粘度杯提供的值是一个绝对值，不包括允许的公差——因为每个标准之间存在很大差异。
2.振动粘度计
振动粘度计通过将振荡机电谐振器浸入测试流体中并测量流体提供的阻尼程度来操作。谐振器通常发生扭转或横向振荡，阻尼可由下式确定：
- 记录保持设备以恒定幅度振动所需的功率输入。
- 测量关闭振动后振荡的时间衰减。
- 测量谐振器相对于不同相位角的频率。
石英粘度计是振动粘度计的一个例子。使用这种方法，将振荡的石英晶体浸入流体中，对振荡行为的特定影响决定了粘度。施加到振荡器上的电场使传感器移动并导致流体剪切。 （有关此主题的更多信息，请参阅： 埋地金属结构中的腐蚀和电干扰 .)
然后传感器的运动受到流体的外力（剪切应力）的影响，从而影响传感器的电响应。
3.旋转粘度计
旋转粘度计通过测量在测试流体中旋转物体所需的扭矩来工作。流程如下：
- 其中一个表面是静止的。
- 配合面由外部驱动器旋转。
- 流体填充表面之间的空间。测量并记录以预定速度旋转圆盘或摆锤所需的扭矩。
保持设定速度的扭矩与粘度成正比；因此，该设备能够输出粘度、剪切应力和剪切速率值。由于对液体施加了外部剪切力，因此旋转粘度计可以测量流体的动态粘度。
杯子、鲍勃、锥体和盘子都是旋转粘度计的类型。杯式和鲍勃式粘度计由不同直径的同轴圆柱体组成。待剪切样品的体积存储在测试单元中；测量并绘制达到一定转速所需的扭矩。
锥板式粘度计有一个精确的扭矩计，它以离散的转速驱动。它使用靠近平板的窄角锥体。粘度由剪切应力和剪切速率计算。 （有关此主题的更多信息，请参阅： 腐蚀对材料剪切行为的影响 .)
4.毛细管粘度计
毛细管粘度计是已知最早的流体粘度测定方法之一。
该方法测量限定体积的流体流过已知直径和长度的 U 形毛细管所用的时间。管子通常有两个标记——一个上标记和一个下标记——用作测量参考。流体流过这些标记所需的时间与运动粘度成正比；因此可以使用标准公式确定粘度。
毛细管粘度计包括 Ostwald 和 Ubbelohde 粘度计。两者都是 U 形仪器，有两个玻璃灯泡并使用毛细管。 （有关玻璃如何防止腐蚀的更多信息，请参阅： 了解用于内部腐蚀保护的防腐蚀衬里 .)
然而，乌氏粘度计的一个主要优点是它获得的值与所用液体的总体积无关。 Ostwald粘度计和Ubbelohde粘度计的主要区别在于Ostwald粘度计适用于测量中低粘度液体，而Ubbelohde粘度计适用于测量高粘度液体。
5.落球粘度计
落球粘度计用于测定透明牛顿流体的动力粘度。
该概念涉及测量已知密度的球体在重力作用下通过充满样品的管子所需的时间。该管通常安装在可以快速旋转 180 度以允许重复测试的设备上。记录三个测试的平均时间并用于转换公式以确定样品的粘度。
落球粘度计用于各个行业以及学术机构的质量控制，以说明科学方法。记录时间测量的易用性和直接方法确保了有意义的测试结果。
6.浓度计
稠度计是一种由金属槽组成的装置，在弹簧加载门后面有一个小部分。以下是它的工作原理：
- 将要测试的样品放在弹簧加载门的后面。
- 打开闸门，让样品在自身重量下自由流动。
- 液体在特定时间内流动的距离是通过设备的渐变来测量的。
稠度计本身不直接测量粘度值；相反，它允许用户针对正在测试的产品开发自己的标准。这种方法在食品工业中更为流行，通常用于测量番茄酱、蛋黄酱、蜜饯、馅料、汤、婴儿食品和沙拉酱等产品的粘度。 （有关食品行业的更多信息，请参阅： 铝及其合金的腐蚀性能 .)
影响粘度的因素
流体粘度取决于多种因素。它们是：
- 流体温度。 通常，液体的粘度随着温度的升高而降低。但是，气体的粘度通常会随着温度的升高而增加。
- 流动条件。 对于层流，液体的粘度保持不变；而对于湍流粘度变化。
- 压力。 当压力增加时，气体的粘度通常会增加。对于液体，由于它们是不可压缩的，压力不会产生太大影响。
- 多相流。 多相流的粘度随各相体积的变化而变化。
- 悬浮粒子。 悬浮材料会导致粘度增加。
牛顿粘度定律
流体在机械应力作用下的剪切应力与剪切速率的关系符合牛顿粘度定律。
牛顿粘度定律指出，对于给定的温度和压力，流体中两个相邻层之间的剪切应力与这些层之间的速度梯度成正比。换句话说，流体中的剪切应力与剪切速率之比是一个常数，是粘度系数。
但是，牛顿粘度定律仅适用于牛顿流体。非牛顿流体不遵循牛顿粘度定律；因此它们的粘度会发生变化并取决于剪切速率。
结论
粘度是一种重要的流体特性，对于各行各业的许多不同产品至关重要。
动态和运动粘度描述了不同的特性，并且在测试流体时会产生非常不同的结果。因此，了解粘度类型之间的差异并为手头的样品采取适当的测试机制非常重要。
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