粘度概念

  Van ·  2011-01-16 10:21  ·  20730 次点击
粘度是流体的一个重要性能。粘度是衡量流体的流动阻力的一个标准。粘度在石油工业中起着举足轻重的作用。原油粘度影响着我们的抽油能力。燃料的粘度和挥发性影响着喷射器雾化燃料的难易程度。润滑油粘度影响其对发动机的保护性能。粘度是食品业,油漆业,聚合涂层业及其它工业的一个重要的标准特征。
粘度上的细微改变可以使石油的流动性发生很大的变化。运动粘度测量的危险性,促使石油工业摸索出一种精确的测量方法。该方法在1937年公布于世,也就是ASTM(美国材料实验协会)D445透明和非透明流体运动粘度测量法。那么运动粘度测量方法是怎样的呢?简单说就是当流体在重力作用下流动时做测量,是以单位体积流体在重力作用下通过一个已校准的玻璃毛细管粘度计的时间来测定的。
虽然这种方法听起来很简单,但要达到工业要求得高精确度却很难。因为影响测量精度的因素太多了。
从经济角度而言,百分之一的产品粘度误差可以导致每加仑产品增加1美分的成本。对于一个大型的润滑油生产厂家来说,可能每年要损失一百万美金甚至更多的收入。
温度
俗语说,影响一个家庭价值观的最重要因素是居住地。而对于粘度测量而言,温度是影响测量精度的最重要的因素。
温度控制是获得动力粘度精确测量值的一个重要决定因素。温度控制对于石油产品很重要。因为温度每改变一度,其粘度变化率要比其它产品的粘度变化率大得多。稍微的温度变化都会对液体粘度影响很大。通常的操作温度为40摄氏度和100摄氏度,温度变化必须控制在+/-0.02摄氏度。做到这样很不容易,必须仔细认真,达到这个目标。
影响温度的因素很多:
温度计。测量粘度时,一定要使用精度高、符合测量要求的温度计或其它温度感应器。温度计的精确读数很难达到0.01度,所以建议使用放大透镜来读数。温度计浸入液体时,深度要合适。而且每年要对温度计进行校准,保证精确度达到+/-0.02度。而且,每六个月要测定一次温度计的冰点。温度计的校准过程非常麻烦。关于这方面,ASTME77测试法给出了详细的描述。ASTME77测试法是用来检查温度计的方法。由于温度控制是非常重要的因素,所以建议使用两个温度计。
浴槽温度的均匀性和稳定性。获得运动粘度精确测量值的另一个重要决定因素是浴槽温度的均匀性和稳定性。粘度计整体应保持适当的温度。所用循环器的类型,浴槽中液体的使用年份和浴槽液体的粘度将会影响温度的均匀性。循环器和浴槽液体的粘度要达到平衡,以保证整个浴槽内温度均匀。应该在浴槽液体变色之前更换掉,因为变色通常意味着浴槽液体发生氧化,粘度也可能升高。浴槽应该远离烟囱,如通风橱,因为通风橱可能会产生附加温度。如果同一时间在相距不远的地方使用两个粘度计测量,那么温度的稳定性将会受到负面影响。
这些温度方面的要求不容忽视,因为温度稍微改变可以使石油产品的粘度值发生大幅度变化。
粘度计
制造粘度计需要使用退火完全、膨胀系数低的硼硅酸盐玻璃。选择粘度计时需要考虑很多因素。第一,粘度计必须能够计算粘度值。ASTMD446中玻璃毛细管粘度计的规格和操作说明详细描述了计算粘度值的过程。粘度标准是用来测定粘度计常数的。单个的粘度标准就可以测量出粘度计的常数,但是通常我们使用能够完全包含毛细管范围的两个标准来获得可靠的标定常数。粘度标准也存在有效期,使用时应注意。粘度计在购买时配备有一定温度下的常数值。因为某种类型的粘度计的粘度常数根据温度函数的不同而改变。所以适时温度下常数值的计算很重要。常数值应该一年检验一次。
粘度计的大小应保证液体流动时间超过200秒。否则,眼和手的协调性将会成为影响准确性的重要因素。操作者应使用钟表或秒表测定流动时间。只有在操作时间超过200秒的情况下,我们才可能消除因操作者节奏变化所带来的误差。
显然用于分析的粘度计试管应保持清洁。但是它具体是什么意思呢?试管应无灰尘或其他颗粒。流体应能够完全弄湿玻璃表面。特别是,使用含有能溶解样品的溶剂清洗,如石脑油。接下来用烘干溶剂烘干,如丙酮。然后使用干燥无灰尘气体吹干,如空气或氮气。烘干后应保证无溶剂残余。使用溶剂时尤其需要注意这一点。
铬酸清洁溶液或含有非铬酸的强氧化清洁溶液可以清除油样留下的残渣。不要使用碱性清洁剂和pH值大于8.0的溶液。因为它们会溶解玻璃壁,改变毛细管上的刻度和标定常数。这些液体通常应用于分析实验室或其它仪器上。但是如果使用其中的任何一种液体来清洁试管,那么我们就需要对试管进行重新定标。如果一整夜都把试管泡在沸腾的水中,那么小型粘度计的标定常数也会发生巨大的变化。这种方式可以把试管清洁干净,但我们在使用试管之前必须对它进行从新定标。
试管在使用之前也要烘干。建议使用干燥无灰尘的空气或氮气。
悬在恒温槽中的试管应处于指定的垂直状态,避免震动,浸入指定的液体深度。这个过程应该根据说明书或其它测试方法进行。
适时装置
适时装置的读数精确度应达到+/-0.07%。使用电子适时装置时一定要小心。因为交流电可能会影响精确度。适时装置应根据国家标准和技术协会(NIST)参考书或其它可接受的定时参考书检查读数精度。建议每年检查一次读数精度。
油样处理
如果样油内有可见颗粒时,就需要过滤样油。这对使用油分析是非常重要的。因为油样内应该避免空气存在。如果有少量空气存在,应驱散存在的空气。如果腐蚀性清洁液体会改变校准常数的话,那么腐蚀性油样(pH值很高的油样)也会改变校准常数。如果油样的pH值升高,常数改变的速度就会加快。毛细管越小,常数改变的速度越快。虽然石油工业中使用的腐蚀性油样不多,但是一旦用试管分析了腐蚀性油样,那么就应该对试管进行从新定标。
油样温度应该与需要的测试温度相一致。对于某些物质来说,一般需要30分钟或更长的时间温度才能达到一致。每种油样应该使用两种不同的测量方法来测量流动时间。如果这两种测量结果与规定的测量结果一致,那么应取平均值。如果测量结果与规定的测量结果不一致,应从新测量,直到可能的结果出现为止。粘度计不干净,水浴槽中液体温度不正确或温度不一致都会影响测量结果。
自动粘度计
在石油工业中,我们使用自动粘度计测量运动粘度的历史已经有30多年了。自动粘度计模拟手动仪器的物理条件,操作方式或操作程序来满足特殊测量精度要求。
自动粘度计可以满足以上谈到的所有需求。但是它的流动时间不需要达到200秒以上。ASTM小组委员会负责这种实验方式(这种实验方式称为D02.07流动性能实验方式)。目前ASTM小组委员会正在确定自动粘度计所允许流动的最少时间。如果流动时间不严格要求的话,那么就要考虑另外两种需求。第一,运动粘度的计算和流动时间需要一个附加条款-运动能量修正因数。当把贮液器中的液体加速转移到毛细管时需要消耗一定的能量。运动修正因数解释的就是这部分能量。第二,适时装置需要保持高分辨率和探测灵敏度。
质量控制
测量精度要求严格控制采样的质量,并检查测量结果是否在实验要求的精度范围以内。我们使用的油样在成分上应该尽量接近代表油样。ASTMD6299对质量控制系统做了详细的描述。
概要
测量透明和非透明液体的运动粘度的测量方法是石油工业中十分关键的测量方法。从1937年起,这种运动粘度测量方法就开始应用了,但是,这种方式还在不断进行改良。这种测量技术看起来很简单,然而很多因素会影响它的精确度。为了满足测试实验的各项需求,允许实验室达到甚至超过规定的精确度。

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