在线粘度测量

 

基础

 

粘度是工艺工程师经常考虑的属性，但很少被完全理解。它通常不是许多工程课程中详细介绍的主题。大多数工程师都知道粘度是多少，但可能无法解释它，甚至无法理解测量数量的全部影响。科学上，粘度是流体的特性，使其抵抗流动。

 

对于在加工（泵送，喷涂或涂层）或最终用途（如洗发水，洗涤剂或油漆）时流动的材料，重要的是要考虑材料的流动特性或粘度。工程师和质量控制人员需要测量粘度的方法，以便他们可以量化材料是否会按照工艺或应用所需的方式流动。

 

工厂人员可以通过观察材料，在手指之间摩擦或者从棒或铲子上滴下来指示材料的粘度或“稠度”。这种材料特性的实际“测量”最终通过在底部使用带孔的杯子和秒表来测量排出流体所需的时间，从而发展成更科学的方法。杯子（例如外排杯）相对便宜且易于使用。这种类型的测试使用重力将流体排出杯子。对流体的剪切作用发生在杯底部的孔口处。随着杯中水平下降，孔口处的剪切速率降低，因为杯中剩余的流体重量较低。这种类型的测量称为运动粘度。该方法是较早的质量控制（QC）测试之一，以可量化的方式检查粘度。

 

但是，由于剪切速率的变化，杯法不能总是在被证明可接受的材料和边缘甚至是差的材料之间成功区分。理解定义的“剪切速率”以及它如何影响流体的粘度是很重要的。想象一下，您要测试的流体夹在两个已知距离隔开的板之间。保持底板静止并以限定的速度移动顶板，剪切速率是移动板速度V与分隔板的距离之比，X。使用以不同速度运行的旋转粘度计可以部分地模拟处理期间流体发生的情况。这种用仪器模拟剪切作用的分析程序是预测流动行为的关键。

 

旋转粘度计（图1）是大多数行业粘度测量的广泛接受的工具。旋转粘度计的主轴在插入液体中时以各种固定速度旋转，从而以规定的剪切速率连续剪切材料。同时，粘度计测量在每个旋转速度下主轴经受的扭矩阻力的量。该扭矩测量被量化为“剪切应力”，其作用在主轴的浸入部分的表面区域上。这两个关键概念 - 扭矩阻力和剪切作用 - 结合在一个方程中，该方程将表观或动态粘度定义为剪切应力与剪切速率之比。

 

 

用于量化旋转粘度的测量单位是西半球的厘泊（cP），以及其他国家的毫帕秒（mPa-s），尽管使用中存在一定程度的重叠。好消息是这两个单位是可以互换的，因为1 cP等于1 mPa-s。有一种方法可以使用动态和运动方法对牛顿材料进行粘度测量，使用以下公式：动态粘度=运动粘度×密度（有关粘度基本原理的更多信息，请参见粘度：基础知识，化学工程。，2009年8月，第34-39页）。

 

过程测量

 

过程流体粘度的自动控制可确保产品始终如一，减少产品保持时间，并可消除人为错误和昂贵的样品测试（图2和图3）。此外，它还提供了一个完整的记录，说明过程如何在一段时间内变化，而不是仅在一个时间点变化。在工厂环境中，有许多方法可以测量粘度，例如通过旋转粘度计，振动元件和下落物体。了解是否需要真正的，定义的剪切速率测量，或者您是否真的只是寻找设定点控制，在为您的应用选择合适类型的仪器时是有益的。

 

过程测量在线或在流程循环中进行。台式旋转粘度计可用于离线或近线测量，其中在受控条件下（使用相同的浴温，剪切历史，剪切速率等）抽取和测试过程流体的样品。在线粘度计浸没在工艺流中，并在工艺条件下连续测量。安装可以在侧流，主流或罐中进行。在决定安装时，必要时考虑如何清洁和维护这些设备。

 

确保测量流体的代表性样品也很重要。应考虑对分层，混合和湍流的可能担忧。仪器将测量与其接触的产品，因此确保仪器“看到”的液体是您想要测量的材料，这是首要考虑因素。实验室与工艺环境的要求是不同的，因此不可能将相同的设备用于两种测量方式或者将产生完全相同的测量值。但是，如果处理得当，实验室和在线测量的结果将遵循相同的趋势，使在线测量有助于确保一致的生产质量。