摘 要: 運(yùn)動(dòng)黏度是石油產(chǎn)品一個(gè)很重要的技術(shù)指標(biāo)，其對石油產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的流程控制以及最終產(chǎn)品的性能評價(jià)起著重要作用。液體運(yùn)動(dòng)黏度測定裝置種類較多，其中，毛細(xì)管法以其測量范圍廣、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測量中有廣泛的應(yīng)用。本文就毛細(xì)管法運(yùn)動(dòng)粘度全自動(dòng)測定裝置作分析研究。

　　關(guān)鍵詞: 運(yùn)動(dòng)黏度; 全自動(dòng); 測定裝置

　　1 毛細(xì)管法運(yùn)動(dòng)黏度計(jì)原理

　　根據(jù) Poiseulle 定律，流體在水平圓管中作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，其體積流量 Q 與管子兩端的壓強(qiáng)差 Δp、管子的半徑 r 的 4 次方成正比，與管子的長度 L、流體的粘滯系數(shù) η 成反比: 即 Q = π × r 4 × Δp /( 8ηL) 。根據(jù)這一原理，讓一定體積的液體在一定壓強(qiáng)差的條件下流過已知長度和半徑的毛細(xì)管，只需測量出其流動(dòng)的時(shí)間，就可計(jì)算出液體的運(yùn)動(dòng)黏度。通常我們利用重力產(chǎn)生壓強(qiáng)差，即在一定溫度下，當(dāng)液體在的直立的毛細(xì)管中，以完全濕潤管壁的狀態(tài)流動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)粘度與流動(dòng)時(shí)間成正比。這就是毛細(xì)管法黏度計(jì)的工作原理。據(jù)此，《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測定法和動(dòng)力黏度計(jì)算法》( GB /T265—88) 指出，運(yùn)動(dòng)黏度是在某一恒定的溫度下，測定一定體積的液體在重力下流過一個(gè)標(biāo)定好的玻璃毛細(xì)管黏度計(jì)的時(shí)間，黏度計(jì)的毛細(xì)管常數(shù)與流動(dòng)時(shí)間的乘積，即為該溫度下測定的液體的黏度。

　　2 全自動(dòng)測定裝置研制中應(yīng)考慮的因素

　　對石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測定裝置，以精度高、全自動(dòng)為研制方向。為避免因湍流而造成誤差，務(wù)使試樣油在內(nèi)徑為 0. 8mm 毛細(xì)管中的流動(dòng)時(shí)間不少于 200s，在內(nèi)徑為 0. 4mm 的毛細(xì)管中流動(dòng)時(shí)間不少于 350s。根據(jù)上述原理，毛細(xì)管法運(yùn)動(dòng)黏度全自動(dòng)測定裝置研制中，要充分考慮粘度計(jì)的尺寸及制造的精密性，試油在粘度計(jì)內(nèi)流動(dòng)時(shí)間自動(dòng)測量方法及精度，粘度計(jì)浸入恒溫槽中的位置是否垂直，測定粘度時(shí)能否保持恒溫，試油中雜質(zhì)、水分、氣泡是否充分清除。從全自動(dòng)的要求考慮，裝置必須集溫度控制、黏度測定、清洗干燥、以及打印報(bào)告于一體，確保全自動(dòng)、操作簡單、測量精度高。實(shí)現(xiàn)利用自動(dòng)儀器提供測試環(huán)境及實(shí)驗(yàn)條件，在已知嚴(yán)格控制的溫度條件下及可重現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)壓頭條件下，自動(dòng)測量一定體積的液體在重力作用下流過玻璃毛細(xì)管黏度計(jì)的時(shí)間，自動(dòng)計(jì)算所測量的時(shí)間與黏度計(jì)校正常數(shù)之積( 即液體的運(yùn)動(dòng)黏度) 。測試完成后儀器自動(dòng)清洗、烘干玻璃毛細(xì)管。

　　3 測定裝置的組成

　　根據(jù)上述考慮，全自動(dòng)運(yùn)動(dòng)黏度測定裝置一般應(yīng)由溫度控制系統(tǒng)、主控制系統(tǒng)、閥路控制系統(tǒng)和測試架四部分組成。

　　3. 1 溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)由恒溫槽、溫控單元、電加熱器、制冷機(jī)、攪拌系統(tǒng)、溫度傳感器等部件組成控制。溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)化為電信號傳輸給溫控單元，由溫控單元發(fā)出指令控制電加熱器或制冷機(jī)工作使恒溫槽達(dá)到設(shè)定溫度，攪拌系統(tǒng)可以使恒溫槽溫度均勻分布。

　　3. 2 主控制系統(tǒng)主控制系統(tǒng)由主控制器、電源模塊、鍵控器、顯示器、打印機(jī)、通訊模組和計(jì)時(shí)器等部分組成。裝置的啟動(dòng)和停止，參數(shù)和數(shù)據(jù)的輸入輸出，溫度信號的采集，液位信號的讀取以及各功能部件工作狀態(tài)的檢查和協(xié)調(diào)配合，整機(jī)的運(yùn)行等都在主控制系統(tǒng)管理下進(jìn)行。

　　4 工作過程

　　全自動(dòng)運(yùn)動(dòng)黏度測定裝置工作過程可分為恒溫、測試、清洗、烘干四個(gè)步驟，各工作過程可以單獨(dú)執(zhí)行，也可以自動(dòng)按順序完成。測試前黏度計(jì)必須清潔、干燥，將選好的黏度計(jì)測試架放置于裝置的測試架槽孔中，并確保黏度計(jì)處于垂直狀態(tài)，各支管連接上導(dǎo)氣管，測試架上的接線頭插于對應(yīng)插座上。完成準(zhǔn)備工作后裝樣，然后進(jìn)入恒溫步驟: 設(shè)定好所需溫度和恒溫時(shí)間，機(jī)器自動(dòng)進(jìn)入樣品控溫和恒溫計(jì)時(shí)狀態(tài)，以達(dá)到試驗(yàn)溫度要求。待溫度達(dá)到要求后則開始測試。

　　( 1) 透明液體黏度的測定利用平開維奇黏度計(jì)和烏別洛德黏度計(jì)進(jìn)行測試，采用自動(dòng)抽吸的方式將試樣抽吸到黏度計(jì)管壁第一個(gè)計(jì)時(shí)標(biāo)線上方 7mm 左右。在試樣自由流動(dòng)情況下，自動(dòng)測定彎月面流過第一個(gè)計(jì)時(shí)標(biāo)線至第二個(gè)計(jì)時(shí)標(biāo)線所需的時(shí)間，如果兩次流動(dòng)時(shí)間測定值符合所規(guī)定的確定性要求，則自動(dòng)用兩個(gè)時(shí)間測定值的算術(shù)平均值計(jì)算試樣的運(yùn)動(dòng)黏度，測試完成自動(dòng)存儲(chǔ)測試結(jié)果并打印出數(shù)據(jù)。如果流動(dòng)時(shí)間小于規(guī)定的最小時(shí)間，則需選擇一個(gè)毛細(xì)管內(nèi)徑更小的黏度計(jì)重新測量。如果兩個(gè)時(shí)間測定值不相符，測試將自動(dòng)停止。 ( 2) 不透明液體黏度的測定利用坎農(nóng)芬茨克不透明黏度計(jì)進(jìn)行測試，抽樣時(shí)間一般設(shè)定為 3 ～ 5s，確保樣品液面到達(dá)黏度計(jì)毛細(xì)管的 1 /2 處為宜。當(dāng)試樣自由流動(dòng)時(shí)，自動(dòng)記錄黏度計(jì)中試樣從第一個(gè)計(jì)時(shí)標(biāo)線到第二個(gè)計(jì)時(shí)標(biāo)線以及從第二個(gè)計(jì)時(shí)標(biāo)線到第三個(gè)計(jì)時(shí)標(biāo)線所需的時(shí)間。裝置根據(jù)所測量的兩個(gè)流動(dòng)時(shí)間計(jì)算各段的運(yùn)動(dòng)黏度，取兩者的算術(shù)平均值作為最后的運(yùn)動(dòng)黏度值，存儲(chǔ)并打印實(shí)驗(yàn)結(jié)果。測試完成后，按照設(shè)定好的程序，執(zhí)行清洗、烘干步驟，完成對黏度計(jì)的自動(dòng)清洗和烘干。

　　5 主要技術(shù)指標(biāo)

　　5. 1 測量準(zhǔn)確度 ( 1) 確定性( d) 在同一實(shí)驗(yàn)室，由同一個(gè)操作者，使用同一儀器操作，對得到一個(gè)試驗(yàn)結(jié)果的不同測定值之差不超過表 1 的要求:

　　2) 重復(fù)性( r) 在同一實(shí)驗(yàn)室，同一個(gè)操作者，使用同一儀器，在相同條件下對同一試樣進(jìn)行測定，得到的兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果之差不超過表 2 的要求:

　　5. 2 溫控精度溫控精度滿足 ± 0. 01℃ 要求，測量溫度范圍在 10℃ ～ 120℃內(nèi)。

　　5. 3 計(jì)時(shí)精度計(jì)時(shí)精確至 0. 01s，測量時(shí)間在 200s ～ 999s 范圍內(nèi)，讀取的精度在 ± 0. 03% 內(nèi)。

　　6 全自動(dòng)黏度儀器各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于手動(dòng)黏度儀器

　　( 1) 儀器控溫精度更高。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB /T 265 - 88 石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測試法和動(dòng)力黏度計(jì)算法，手動(dòng)儀器的恒溫點(diǎn)控溫精度為 ± 0. 1℃，例如控溫 20℃，則儀器控溫時(shí)溫度允許在 19. 9℃ ～ 20. 1℃之間波動(dòng)。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) DB35 石油產(chǎn)品全自動(dòng)運(yùn)動(dòng)黏度測試方法，自動(dòng)儀器的恒溫點(diǎn)控溫精度為 ± 0. 01℃，例如: 例如控溫 20℃，則儀器控溫時(shí)溫度允許在 19. 99℃ ～ 20. 01℃ 之間波動(dòng)。

　　( 2) 儀器計(jì)時(shí)精度更高。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB /T 265 - 88 石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測試法和動(dòng)力黏度計(jì)算法，手動(dòng)儀器利用秒表計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)精度 0. 1S。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) DB35 石油產(chǎn)品全自動(dòng)運(yùn)動(dòng)黏度測試方法，自動(dòng)儀器都要求自帶高精度計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)精度可達(dá)到 0. 01S 或更高。

　　( 3) 自動(dòng)儀器要求測試過程自動(dòng)完成，并永久性存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和自動(dòng)打印。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB /T 265 - 88 石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測試法和動(dòng)力黏度計(jì)算法，其測試時(shí)，需要手動(dòng)操作吸液球，將液體從毛細(xì)管的存儲(chǔ)泡引流到一定的位置，之后松開吸液球，讓液體自由落體，再通過肉眼觀察液面記時(shí)刻度線，手動(dòng)開啟秒表記時(shí)器，記錄液面流過兩個(gè)刻度線之間所需要的時(shí)間。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]周金輝，朱江 . 測定運(yùn)動(dòng)粘度影響因素的幾點(diǎn)討論[J]，新疆化工，2002，3.

　　[2]GB /T265 - 88《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測定法和動(dòng)力黏度計(jì)算法》.

　　《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度全自動(dòng)測定裝置研究》來源：《計(jì)量與測試技術(shù)》，作者：李 琴。