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旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)與旋轉(zhuǎn)流變儀測黏度有什么差異
2020-7-3 閱讀(2313)
總是被問到“旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)與旋轉(zhuǎn)流變儀測黏度有什么差異”這個(gè)問題，那今天就索性就來聊聊這個(gè)話題。旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)及其測量轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)流變儀及其測量夾具系統(tǒng)通常如下圖所示。
從上圖右圖可以看出，旋轉(zhuǎn)流變儀常用的測量夾具系統(tǒng)分別為錐板、平行板和同心圓筒，其每一種測量系統(tǒng)均有明確的幾何和尺寸，其測量場可以精確量化；測量黏度用到的剪切速率和剪切應(yīng)力均可由儀器控制和量測的角速率和扭矩精確換算得到。也就是說，在旋轉(zhuǎn)流變儀上測量黏度時(shí)，測量條件參數(shù)非常明確，且測量黏度用到的剪切應(yīng)力和剪切速率均可精確控制和測量。
從上圖左圖可以看出，旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)的轉(zhuǎn)子雖然也有著精確的形狀和尺寸，但與其配套使用的外杯通常并沒有嚴(yán)格的限制，這使得旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)的測量場不能準(zhǔn)確量化，因此，使用黏度計(jì)測量黏度時(shí)，并沒有像旋轉(zhuǎn)流變儀那樣明確的剪切速率和剪切應(yīng)力概念，而是直接使用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和扭矩使用如下方程計(jì)算黏度。
黏度 = (扭矩/轉(zhuǎn)速) * 轉(zhuǎn)子因數(shù)
其中轉(zhuǎn)子因數(shù)通常是通過測量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)如標(biāo)準(zhǔn)油標(biāo)定得到的?？梢钥闯?，旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)在測量黏度時(shí)存在如下問題：
1）沒有明確的剪切速率概念，測試參數(shù)轉(zhuǎn)速與剪切速率雖然成正相關(guān)，但不太容易換算到剪切速率；
2）轉(zhuǎn)子因數(shù)確定需要通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定，這使得旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)的準(zhǔn)確度還依賴于用于標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。
若測試的樣品為牛頓流體，由于其黏度不依賴于剪切速率，使用黏度計(jì)理論上是可以測量準(zhǔn)確的。但若樣品是非牛頓流體，由于其黏度依賴于剪切速率，這種情況下使用黏度計(jì)測量得到的結(jié)果會由于沒有明確的剪切速率對應(yīng)而使得其不太好用于實(shí)際應(yīng)用場合的性能評估而實(shí)用價(jià)值不大。
有不少讀者可能會有這樣的疑惑“相同轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)與旋轉(zhuǎn)流變儀的測量非牛頓流體的結(jié)果有可比性嗎？”，答案是沒有可比性。
在旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)上，即使轉(zhuǎn)子固定，給定的轉(zhuǎn)速也很難換算出對應(yīng)的剪切速率，而非牛頓流體的黏度是依賴于剪切速率的。而在旋轉(zhuǎn)流變儀上，即使轉(zhuǎn)速相同，但若測量夾具不同或測量夾具的幾何因子不同，同一轉(zhuǎn)速換算得到的剪切速率也是不同的，從而使得依賴于剪切速率的黏度并不會因?yàn)閮H僅是轉(zhuǎn)速相同就可以一致了。
需要說明的是，近年來一些高級旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)也引入了與旋轉(zhuǎn)流變儀相同的測量夾具系統(tǒng)，從而可以給出明確的剪切速率和剪切應(yīng)力，使得其測量結(jié)果在與旋轉(zhuǎn)流變儀基本一致；但其測量僅限于黏度測量，而不能像旋轉(zhuǎn)流變儀測量動態(tài)模量、松弛模量和蠕變?nèi)崃康?，其功能與旋轉(zhuǎn)流變儀仍存在較大差距……
