用旋转式粘度计测定非牛顿流体的粘度.docx
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用旋转式粘度计测定非牛顿流体的粘度
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一一…?
f7:
一-
≯
用旋转
重庆市第2号信箱区域计量站0
圭曩词粘度测定计算分析
乍流俸的牛摩
柏道发
提要
经过测定巧克力非牛顿流体粘度的实践,体验到牛顿流体的枯度与切应力和
切变速度等目素无关,非牛顿流体的粘度与切应力和切变速度等目素有关.针对非牛顿流体的这些特性,经过试验,提由用NDJ1型旋转牯度计测定巧克力流悻粘度的条件一和方法,以及消除影响测定牯度的因素.
不服从牛顿内摩擦定律的流体称非牛顿流
一
概
述
体.非牛顿流体的牯度与切应力和切变速度有关,在不同的r,.D下粘度不同.非牛顿流体
大致可以分三类,实际的类型是较多的,流体性质变化也不规律,因此给测定非牛顿流体的牯度带来困难.本文介绍用ND卜1型旋转式牯度计测定巧克力流体（非牛顿流体）牯度的情况.属
测定粘度时必须首先知道被测流体的性质和种类,判定是牛顿流体,非牛顿流体.非牛
顿流体大致可分为三大类:
时间独立性流体,
触变性流体,粞弹性体.根据流体的性质和种
类,选择测定粘度用的粘度计,严格规定测定的条件,否则所决定的牯度值是无用的.
.
服从牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流
体.国科学家牛顿给出表征内摩擦力的定律英1内摩擦力正比于流层移动的相对速度}.
二,旋转粘度计结构原理
如图1所示,步电机以稳定的速度旋转.同连结刻度圆盘,再通过游丝和转轴带动转子旋转.如果转子未受到流体的阻力,则游丝,指
2内摩擦力正比于流层间的接触面积.3内摩擦力随物体的物理性质面改变l.4内摩撩力与正压力无关..
定律由下式表示
,=H..t
式中
（r=≈）或或.D
——内摩擦力,s——流层接触面税,
r—应（一}）—切力r{）f—）l,_D—变度D）—切速（一},
n——粘度（称动力粘度,滞系数,也牯内摩擦系数）.牛顿流体的粘度与切应力和切变速度
无关
一
圈1
针与捌度圆盘同速旋转,指针在刻度盘上指出
的读数为0反之,如果转子受到流体的牯滞阻力,则游丝产生扭矩,与粘滞阻力抗衡最后达到平衡,这时与游丝连接的指针在刻度圆盘
上指示一定的读数（即游丝的扭转角）.将读数.
f
2一2
秉上特定的系数（本旋转粘度计是用已知标准
流体的粘度经检定测得的系数）即得到流体的
粘度.
慢下降,转子逐渐浸入巧克力流体中,直到转子液面标志和巧克力流体面相平为止.调整好仪器的水平位置,变速旋钮置于最低转速档
按下指针控制杆,开启电机,再放松指针控铆
三,测定所需要的设备及材料
1经计量部门检定合格的ND卜1型旋.转式粘度计}
2DL51型超级恒温槽,恒温精度.0
±0.~1Cj
杆,使转子转动.察指针指示格数（转角）观偏,
只要大约在3~900格之间就可以了.如果不
在此范围内,就按下指针控制杆,停电机后将
变速旋钮置于合适的转速再开电机,放松指
针控制杆,转子继续转动,待指针稳定,就进行读数.慢转速,可以不停机,直接读数快
转速,就必须按下指针控制杆,停电机后,再
3分度值为01的水银温度计}..℃450的高型烧杯（广I三角瓶）0ml或Zl,直径约为7rm;0a
·
读数.当停电机后,指针停位不在读数窗内,
再开启电机,反复几次,直到能读数为止.重
5.精度为1嘶的频率表'
6吹风机,.
复测定2～3次,取其平均值,计算测定粘
度值.
7无水乙醇等洗涤剂..
四,测定步骤与方法
首先用无水乙醇等洗涤剂清洗烧杯,转子,保护槊等,再用吹风机吹干或烤干.把巧克力流体倒入50高型烧杯中,0ml投入超级恒温槽内,水面高于巧克力流体面1rm.在S0aO±01C下恒温,用玻棒不断搅..拌,以便加速巧克力藏体温度的均匀.当用温
为了使读者便于用牛顿流体与非牛顿流体进行比较,以加深对测非牛顿流体的认识,因此,就按上述测定方法,测定一个甲基硅油的粘度（牛顿流体）是.
五,计算测定结果
将测定的数值按下式计算粘度
.一
Ka
度计插入巧克力流体中心部位测量它的温度在
30±01时,就可测定粘度了..℃根据巧克力流体在3~的粘度比较大,00时因而就选用3号和4号转子分别来测定它的
粘度.
式中
——流体的粘度}
——
仪器常数（p·s）ar.
口——偏转角.
根据JG1-1.28旋转粘度甘检定规程,对I5
ND卜1型旋转粘度计进行检定,澍出仪器的
常数值翊表2.
_2毫
\
值
根据被测流体的粘度,表l可供选择转子
和转速大小的参考
先装保护槊,再仔细装上转子,将仪器慢
裹1
#/
\
\#/被翻梳体牯\
6o
30
l2
6
备注
.～#
01
\
e0
3O
e
备注
0
丰橙（因坏的）
10100
20200
5o5oo
lool,oO3224639408
g871
2
.
50lO205oo0rOO50o2040l0,2oo0O3i,0O03oo
102005003100000000,00o
§1164o.9186J939BB6
3
4
—
2一3
测定非牛顿流体的表观粘度（非牛顿牯度）
时,需要固定转子,转速和测定时间,在这样
的条件下测得的表观粘度复现性好,枢对误差
小.将测得巧克力流体的表观粘度列于表3.现
/
谢定
列定时间
袭5
l植蔼赢俸l测定温度
}名转干号数
转建-转于常数
4
『
定时括被潮流体I
葺洼
1"651K1小时测完30l;3帱4
膜序
8.9午791上28..9午79I上8.9午791上8.9午791上8.9午T9上6
称i（c.）
针所指格晰（丹,K（as偏转角）rPs转,mP—）数（（）a
303030l.帅3l6ql6391639lB3q169.139B6926ql6q46.q5162934.l6213817l307
7l01T3606
巧克力巧克力巧克力巧克力巧克力巧克力巧克力巧克力巧克力
巧力
30±O1.3±0l030±0130±01.3±D103±0l0
4
l
】54734.】54D『3Bl5433S.
81上午7998..9午791上8..9午791上8.9午791上J
89.上午7.9
430l0
30±0.1
30
163q.l639
i6.93
由于非牛顿流体的表观粘度与切应力和切
据这些有关因素,变换测定条件,测得巧克力
流体的表现牿度如表4.
变速度有关,还与存放的时间长短等有关,根
袭4
瓢序
捌足时屑
体名称（）℃
母敦（/）-）转丹s
Id
l
854842.
3
I平均值（a￡mP）
166607
890午巧克力372上0±01
85r8444
8.2上午7q0巧克力3±.o01
6
9168
2l5227.5243306j
3.下克lD890午巧力31720±
48.0午巧克力l792下30±016
17g7984
916B2.78
.1s15Is.9324
2J2『2758077210379.
已知牯崖为67101
57.下克3o89D午巧力l±1.20
8l午基硅油lo±o1792上甲3.
8..2f7q2下甲基硅油0±013
l3日6360』q3319.q96]0e6563
l2q18T
1639.3.15
625
6f6662525194
3l3l5156l3
（a-mP）
8.292下午甲基硅油1±0130.
8..2午基琏油l0.792下甲3±01
96B1
97816.22
6I306326114D8
6l6.692424102
.1褪量结果分析表明复现性好,标对0次4
六,对测定结果进行分析
1测定非牛顿流体的表现牿度,只要条.
件固定,铡定的时间短,得的结果复现性好,测相对误差小.表3中测得的1O次数据是测定时间在1小时内完成的,温度,转子,转速都是相同的条件.
一
准偏差为95as相对误差为0.和.mP·,7
在生产巧克力的工艺流程中,只要工艺条件规定在什么条件下巧克力的表观粘度最适合
定型,就按照工艺规定的条件下测定它的粘度,为工艺定型提供依据.
2.从表4测得朐9数据中论证了以下组
24一
几个问题,
选择转子的号数（子的大小）和甩它的转,
值来计算读数的格数（器说明书规定读数务仪必在3~900格之间为佳）例如巧克力流体,在30C时的粘度为163a.,4号转予在30mPs3转/时,它的值是163asO分9mP·,它的读
（1从测定顺序1与3数据比较（）组或
2与4）它们的转子与转速相同,只是测定,
的时间不同,测得的结果不同,上午测得的值
小,下午测得的值大.其原因是非牛顿流体经
搅拌和随着存放时间的加长,巧克力流体内部
结构和物理性质在发生变化,所以测得的表观粘度不一致.
数（数）163163=6,,正好在格=0/9.393格
3～9格之间,所以选择4号转子,把转速开00
到3转/就比较理想了.O分
（2）从测定顺序3与4组数据（l与或2）比较,转速相同,转子大小不同.转子体
积小（子号数大的）测定的值大,转子体积转
2.温度是影响牯度的主要因素,因此要严格控制温度,并且必须稳定15分钟,波动
不大于±01..℃
大（子号数小的）测定的值小.因非牛顿流转体的牯度与切应力有关.转子大小不同,即表
面积不同,它的切应力不同.（3从测定顺序4与5组数据比较,转）予相同,转速不同,转速小的测定值大,转速大的测定值小.周非牛顿流体的牯度与切变速
3.装卸转子时要十分小心操作,不要使
转子横向受力,转子转动必须同心,不能有摆
动和振动,因此仪器要调水平,安装垂直.
4电源电压和频率要稳定.如果频率变.
化,需要按下列公式修正,即
度有关,转速不同,它的切变速度不同.
从以上5组数据充分证明测定非牛顿流体舶表观牯度是比较困难的,只有在给定的条件下,在某一时间范围内,可以测得相对误差在1%范围的数据,一般只能达到5嘶.3从表4测定顺序6,7,8,9的4.
实牯=示度妻际度指粘×
5.开始不知道被测流体的粘度值时,由应小到大试转子,由慢到快试转速但在测定非
牛顿流体时,只可变换转速,不能同时更换转子,当变换转速达不到要求时,再更换转子.
6保证被测流体必须均匀,要充分搅拌.,7,测定时尽量将转子置于被测流体中心,
组数据中进行比较.被测流体是甲基硅油（牛顿流体）它的动力粘度为67.rP'a在,101ssa
时间,速,转子大小都不同的条件下测得的转
同时使用保护架进行测定
8.要保证转子十分清洁,保护架,盛试
粘度值表明复现性很好,标准偏差为1.88
as·,rPs平均值为6,mPs误差=68,l18a·,8118
—
样的杯等也要清洁,干燥.注意试样中不能渗入水分.试样杯在恒温槽中固定位置后不能移
动.
67.=1.rP'a误差很小,准确度高,10II7ssa
充分证明牛顿流体不随流体存放时间,切应力
9严格按仪器说明书规定操作使用.,参考资料
（1）牯度,[日]田褚郎着,昧直钊译,19年3月.川91
计量出版社.
和切变速度的变化丽变化,比非牛顿流体的粘
度好测定.
七,消除影响测定因素和
注意事项
I由于旋转粘度计可以在测定过程中连.
续改变旋转的角速度,因此特别适用于测定
（2）力学计量.天津市计量管理局辐,1895年4月,
计量出版牡.
[）旋转轱度计·¨1—l3G258检定规程.18年1月.912
计量出版杜.
[4]
D卜1旗转牯度计使用说明书.型
非牛顿流体的牯度.如何选择旋转的角速度,
一
2—5
1
升级会员 