粘度計(jì)是一種用于測(cè)量流體粘度和液體流動(dòng)特性的儀器。讓我們討論一下各種類型的粘度計(jì)、它們的內(nèi)部特性以及執(zhí)行精確且可重復(fù)的粘度測(cè)量的因素。
在摩擦學(xué)和潤(rùn)滑研究中，粘度通常被稱為基礎(chǔ)油最重要的特性。為什么粘度在機(jī)器潤(rùn)滑中如此重要？一方面，粘度太低會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部組件在運(yùn)動(dòng)中發(fā)生界面接觸，從而產(chǎn)生磨損。
另一方面，粘度過高會(huì)迫使機(jī)器更加努力地工作以克服潤(rùn)滑劑的內(nèi)部流動(dòng)阻力。因此，重要的是不僅要了解基礎(chǔ)油的粘度，還要了解它可能會(huì)因操作或環(huán)境條件的波動(dòng)而發(fā)生怎樣的變化。
粘度計(jì)與流變儀
粘度是流體在給定溫度下的流動(dòng)阻力（剪切應(yīng)力）的量度。隨著流動(dòng)條件的變化，并非所有流體都保持不變的粘度。粘度隨流動(dòng)條件而變化的流體稱為非牛頓流體。這些類型的流體的粘度由流變儀測(cè)量。粘度計(jì)測(cè)量牛頓流體的粘度。
運(yùn)動(dòng)學(xué)與絕對(duì)粘度
在各種粘度計(jì)方法中，有兩種不同的方法可以表示粘度：運(yùn)動(dòng)粘度和絕對(duì)粘度。兩者之間的主要區(qū)別在于，運(yùn)動(dòng)粘度是通過觀察流體在重力作用下的流動(dòng)阻力來測(cè)量的，而絕對(duì)粘度是通過觀察流體在外力和受控力下的流動(dòng)阻力來測(cè)量的，無論是通過毛細(xì)管還是通過身體在流體中的運(yùn)動(dòng)。
運(yùn)動(dòng)粘度以厘沲 (cSt) 為單位，但絕對(duì)粘度以厘泊 (cP) 為單位。為了比較，絕對(duì)粘度通常通過將其除以流體的比重 (SG) 轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)粘度。
cSt = cP/SG或等式的倒數(shù)：cP = cSt x SG
粘度測(cè)試方法
已經(jīng)建立了幾種粘度測(cè)試方法，每種方法都有其優(yōu)點(diǎn)。以下是基礎(chǔ)油粘度測(cè)試中最常用的技術(shù)列表。
毛細(xì)管（玻璃）粘度計(jì)測(cè)試
毛細(xì)管粘度計(jì)測(cè)試中使用的主要設(shè)備是一個(gè)“U”形的玻璃管，這給了它通常的相關(guān)名稱，U 型管。U 型管的程序要求將管浸入溫度控制的浴槽（通常為 40 或 100 攝氏度）中，并在固定量的流體在管內(nèi)流動(dòng)所需的時(shí)間精確讀數(shù)（以秒為單位）管通過吸力或重力從一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)到另一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)。
然后將該測(cè)量時(shí)間乘以常數(shù)（與特定管相關(guān)）以計(jì)算絕對(duì)粘度（吸力）或運(yùn)動(dòng)粘度（重力）。
旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的關(guān)鍵特性涉及一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置，稱為主軸，浸沒在測(cè)試流體中。然后使用旋轉(zhuǎn)軸上的扭矩來測(cè)量流體的流動(dòng)阻力。
由于該測(cè)量不涉及重力，而是流體內(nèi)部剪切應(yīng)力的函數(shù)，因此旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)計(jì)算流體的絕對(duì)粘度。這種粘度計(jì)的常見變體稱為布魯克菲爾德粘度計(jì)。
Stabinger 粘度計(jì)是旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的一種改進(jìn)型。它使用改進(jìn)的獨(dú)立浮動(dòng)主軸，由電磁力控制在流體內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。這是有利的，因?yàn)樗藢⒏郊与姍C(jī)與主軸的軸承摩擦考慮在內(nèi)的困難任務(wù)。
落球和落活塞粘度計(jì)測(cè)試
用于測(cè)量粘度的不太常見的替代方法包括落球和落活塞粘度計(jì)。在這些測(cè)試中，讓球或活塞落入液體中，并測(cè)量從一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)經(jīng)過第二個(gè)標(biāo)記點(diǎn)之間的時(shí)間。為了根據(jù)斯托克斯定律計(jì)算粘度，必須知道球或活塞的已知終端速度、尺寸和密度。
其他測(cè)試方法
在油粘度測(cè)試中不常見的某些情況下，可以使用氣泡法。該測(cè)試通常涉及測(cè)量氣泡上升特定距離所需的時(shí)間。然后，該測(cè)量時(shí)間可以與流體的粘度成比例地關(guān)聯(lián)。另一種變化包括測(cè)量探頭對(duì)振動(dòng)的抵抗力。
粘度計(jì)的類型
盡管有幾種方法可以確定粘度，但大多數(shù)粘度計(jì)都是商業(yè)銷售的，以最適合其預(yù)期用途。以下是這些粘度計(jì)類別的列表。
便攜式粘度計(jì)
顧名思義，便攜式粘度計(jì)適用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境不實(shí)用的任何地方。在許多現(xiàn)場(chǎng)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，粘度計(jì)需要提供快速、近似的粘度讀數(shù)，通常是為了保證進(jìn)一步分析。
小型現(xiàn)場(chǎng)粘度計(jì)
為了獲得更準(zhǔn)確的粘度讀數(shù)，小型現(xiàn)場(chǎng)粘度計(jì)適用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，但價(jià)格合理。這種粘度計(jì)包括 U 型管品種或 Brookfield 粘度計(jì)。
全方位服務(wù)的粘度計(jì)
為了在粘度測(cè)試中獲得最高的準(zhǔn)確度，必須使用全方位服務(wù)的粘度計(jì)。這些裝置通常能夠在很寬的溫度范圍內(nèi)自動(dòng)測(cè)試運(yùn)動(dòng)粘度和絕對(duì)粘度，并提供密度和比重計(jì)算。油品分析實(shí)驗(yàn)室面臨的一個(gè)常見挑戰(zhàn)是需要進(jìn)行多次測(cè)試的樣品是用盡可能少的樣品進(jìn)行這些測(cè)試的能力。
一些更復(fù)雜的全方位服務(wù)粘度計(jì)可以使用小于 0.1 毫升的樣本量進(jìn)行精確測(cè)量，重復(fù)性在 0.1% 以內(nèi)。在每天測(cè)試數(shù)百個(gè)樣品的大型實(shí)驗(yàn)室中，這是全方位服務(wù)粘度計(jì)的必要優(yōu)勢(shì)。
在線/在線粘度計(jì)
雖然大多數(shù)油粘度測(cè)試是在獲取包含的樣品后進(jìn)行的，但一些粘度計(jì)可以在主動(dòng)流動(dòng)管線中連續(xù)提供粘度讀數(shù)。這通常通過直接在線（管道的一部分）或在線（旁路流或傳感器）的傳感器或傳感器來完成。進(jìn)行粘度測(cè)量，然后以電子信號(hào)的形式將其發(fā)送到計(jì)算機(jī)或其他監(jiān)控設(shè)備。
影響粘度測(cè)量的因素
盡管流體的粘度看起來很容易分析，但對(duì)此類流體進(jìn)行精確測(cè)量可能是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。為了使測(cè)量有效，必須知道幾個(gè)因素并保持不變，其中包括：
溫度
就重要性而言，溫度與粘度之比就像粘度與基礎(chǔ)油之比一樣。溫度控制浴的唯一職責(zé)是確保整個(gè)粘度測(cè)量實(shí)驗(yàn)保持在精確的溫度（通常在 40 或 100 攝氏度）并控制在 0.02 攝氏度以內(nèi)。將浴控制到這個(gè)程度可能具有挑戰(zhàn)性，這就是為什么更復(fù)雜的粘度計(jì)包括溫控浴系統(tǒng)作為單元的一部分。
粘度計(jì)玻璃
毛細(xì)管粘度計(jì)的準(zhǔn)確性不僅取決于溫度，還取決于管內(nèi)的精確內(nèi)徑。出于這個(gè)原因，這些玻璃管由完全退火的低膨脹硼硅酸鹽玻璃制成，并且通常帶有與管相關(guān)的粘度計(jì)常數(shù)作為校正因子。每年根據(jù)將要使用的溫度重新校準(zhǔn)粘度計(jì)的常數(shù)是常見的做法，以確保盡可能少的誤差。
粘度計(jì)尺寸
由于可以測(cè)試的粘度范圍很廣，粘度計(jì)的尺寸會(huì)有所不同。建議粘度計(jì)至少花 200 秒（對(duì)于使用秒表進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量）讓測(cè)試流體從一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)通過另一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，以避免人為錯(cuò)誤。
測(cè)量之間的沖洗
另一個(gè)重要的粘度計(jì)測(cè)試因素是測(cè)量之間管內(nèi)沖洗的質(zhì)量。通常，使用各種無殘留溶劑進(jìn)行清潔、漂洗和干燥階段。在大容量粘度計(jì)上連續(xù)運(yùn)行樣品的實(shí)驗(yàn)室中，內(nèi)置清潔系統(tǒng)可確保清潔效率。盡管如此，仍然需要進(jìn)行目視檢查以確定是否需要進(jìn)行第二次沖洗循環(huán)，尤其是對(duì)于用過的油。
其他可能影響粘度測(cè)量的重要因素包括計(jì)時(shí)裝置的方法和準(zhǔn)確性、正確的樣品處理以及深入和持續(xù)的質(zhì)量控制。
多年來，粘度測(cè)量隨著各種風(fēng)格和方法的發(fā)展而發(fā)展。值得贊揚(yáng)的是 ASTM 和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)，粘度計(jì)測(cè)試方法、程序、校準(zhǔn)、清潔和其他因素也得到了發(fā)展，以確保不同粘度計(jì)之間的準(zhǔn)確性和一致性。
畢竟，粘度是基礎(chǔ)油最重要的物理特性，通過謹(jǐn)慎的方法和嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行粘度測(cè)量的努力可以等同于更可靠的機(jī)械潤(rùn)滑，并最終使機(jī)械壽命更長(zhǎng)。
