用旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)測定非牛頓流體的粘度

2011-04-22

                                        用旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)測定非牛頓流體的粘度

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經(jīng)過測定巧克力非牛頓流體粘度的實(shí)踐,體驗(yàn)到牛頓流體的枯度與切應(yīng)力和
切變速度等目素?zé)o關(guān),非牛頓流體的粘度與切應(yīng)力和切變速度等目素有關(guān).針對非牛頓流體的這些特性,經(jīng)過試驗(yàn),提由用NDJ1型旋轉(zhuǎn)牯度計(jì)測定巧克力流悻粘度的條件一和方法,以及消除影響測定牯度的因素.
不服從牛頓內(nèi)摩擦定律的流體稱非牛頓流
一、概述
體.非牛頓流體的牯度與切應(yīng)力和切變速度有關(guān),在不同的r,.D下粘度不同.非牛頓流體
大致可以分三類,實(shí)際的類型是較多的,流體性質(zhì)變化也不規(guī)律,因此給測定非牛頓流體的牯度帶來困難.本文介紹用ND卜1型旋轉(zhuǎn)式牯度計(jì)測定巧克力流體(非牛頓流體)牯度的情況.屬
測定粘度時(shí)必須首先知道被測流體的性質(zhì)和種類,判定是牛頓流體,非牛頓流體.非牛頓流體大致可分為三大類:時(shí)間獨(dú)立性流體,
觸變性流體,粞彈性體.根據(jù)流體的性質(zhì)和種類,選擇測定粘度用的粘度計(jì),嚴(yán)格規(guī)定測定的條件,否則所決定的牯度值是無用的.
.
服從牛頓內(nèi)摩擦定律的流體稱為牛頓流
體.國科學(xué)家牛頓給出表征內(nèi)摩擦力的定律英1內(nèi)摩擦力正比于流層移動(dòng)的相對速度}.
二、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)結(jié)構(gòu)原理
如圖1所示,步電機(jī)以穩(wěn)定的速度旋轉(zhuǎn).同連結(jié)刻度圓盤,再通過游絲和轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn).如果轉(zhuǎn)子未受到流體的阻力,則游絲,指
2內(nèi)摩擦力正比于流層間的接觸面積.3內(nèi)摩擦力隨物體的物理性質(zhì)面改變l.4內(nèi)摩撩力與正壓力無關(guān)..
定律由下式表示
,,=H..t
式中
(r=≈)或或.D
,——內(nèi)摩擦力,s——流層接觸面稅,
r—應(yīng)(一})—切力r{)f—)l,_D—變度D)—切速(一},
n——粘度(稱動(dòng)力粘度,滯系數(shù),也牯內(nèi)摩擦系數(shù)).牛頓流體的粘度與切應(yīng)力和切變速度
無關(guān)
針與捌度圓盤同速旋轉(zhuǎn),指針在刻度盤上指出的讀數(shù)為0反之,如果轉(zhuǎn)子受到流體的牯滯阻力,則游絲產(chǎn)生扭矩,與粘滯阻力抗衡后達(dá)到平衡,這時(shí)與游絲連接的指針在刻度圓盤上指示一定的讀數(shù)(即游絲的扭轉(zhuǎn)角).將讀數(shù).

秉上特定的系數(shù)(本旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)是用已知標(biāo)準(zhǔn)流體的粘度經(jīng)檢定測得的系數(shù))即得到流體的粘度.
慢下降,轉(zhuǎn)子逐漸浸入巧克力流體中,直到轉(zhuǎn)子液面標(biāo)志和巧克力流體面相平為止.調(diào)整好儀器的水平位置,變速旋鈕置于低轉(zhuǎn)速檔按下指針控制桿,開啟電機(jī),再放松指針控鉚
三、測定所需要的設(shè)備及材料
1、經(jīng)計(jì)量部門檢定合格的ND卜1型旋.轉(zhuǎn)式粘度計(jì)}
2、DL51型超級恒溫槽,恒溫精度.0
±0.~1Cj
桿,使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng).察指針指示格數(shù)(轉(zhuǎn)角)觀偏,只要大約在3~900格之間就可以了.如果不在此范圍內(nèi),就按下指針控制桿,停電機(jī)后將變速旋鈕置于合適的轉(zhuǎn)速再開電機(jī),放松指針控制桿,轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),待指針穩(wěn)定,就進(jìn)行讀數(shù).慢轉(zhuǎn)速,可以不停機(jī),直接讀數(shù)快轉(zhuǎn)速,就必須按下指針控制桿,停電機(jī)后,再.
3、分度值為01的水銀溫度計(jì)}..℃450的高型燒杯(廣I三角瓶)0ml或Zl,直徑約為7rm;0a。讀數(shù).當(dāng)停電機(jī)后,指針停位不在讀數(shù)窗內(nèi),再開啟電機(jī),反復(fù)幾次,直到能讀數(shù)為止.重
4、精度為1嘶的頻率表吹風(fēng)機(jī),.
復(fù)測定2～3次,取其平均值,計(jì)算測定粘度值.
5、無水乙醇等洗滌劑..
四,測定步驟與方法
首先用無水乙醇等洗滌劑清洗燒杯,轉(zhuǎn)子,保護(hù)槊等,再用吹風(fēng)機(jī)吹干或烤干.把巧克力流體倒入50高型燒杯中,0ml投入超級恒溫槽內(nèi),水面高于巧克力流體面1rm.在S0aO±01C下恒溫,用玻棒不斷攪..拌,以便加速巧克力藏體溫度的均勻.當(dāng)用溫
為了使讀者便于用牛頓流體與非牛頓流體進(jìn)行比較,以加深對測非牛頓流體的認(rèn)識,因此,就按上述測定方法,測定一個(gè)甲基硅油的粘度(牛頓流體)是.
五,計(jì)算測定結(jié)果
將測定的數(shù)值按下式計(jì)算粘度
,.一
Ka
度計(jì)插入巧克力流體中心部位測量它的溫度在30±01時(shí),就可測定粘度了..℃根據(jù)巧克力流體在3~的粘度比較大,00時(shí)因而就選用3號和4號轉(zhuǎn)子分別來測定它的粘度.式中
——流體的粘度}
——
儀器常數(shù)(p·s)ar.
口——偏轉(zhuǎn)角.
根據(jù)JG1-1.28旋轉(zhuǎn)粘度甘檢定規(guī)程,對I5
ND卜1型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)進(jìn)行檢定,澍出儀器的
常數(shù)值翊表2.
_2毫\值
根據(jù)被測流體的粘度,表l可供選擇轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)速大小的參考先裝保護(hù)槊,再仔細(xì)裝上轉(zhuǎn)子,將儀器慢

測定非牛頓流體的表觀粘度(非牛頓牯度)時(shí),需要固定轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)速和測定時(shí)間,在這樣的條件下測得的表觀粘度復(fù)現(xiàn)性好,樞對誤差小.將測得巧克力流體的表觀粘度列于表3.現(xiàn)
/
謝定
列定時(shí)間
襲5
l植藹贏俸l測定溫度
}名轉(zhuǎn)干號數(shù)
轉(zhuǎn)建-轉(zhuǎn)于常數(shù)
4
『
定時(shí)括被潮流體I
葺洼
1"651K1小時(shí)測完30l;3幬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
稱i(c.)
針?biāo)父裎?丹,K(as偏轉(zhuǎn)角)rPs轉(zhuǎn),mP—)數(shù)(()a
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
由于非牛頓流體的表觀粘度與切應(yīng)力和切
據(jù)這些有關(guān)因素,變換測定條件,測得巧克力
流體的表現(xiàn)牿度如表4.
變速度有關(guān),還與存放的時(shí)間長短等有關(guān),根
襲4
瓢序
捌足時(shí)屑
體名稱()℃
母敦(/)-)轉(zhuǎn)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.
已知牯崖為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午基璉油l0.792下甲3±01
96B1
97816.22
6I306326114D8
6l6.692424102
.1褪量結(jié)果分析表明復(fù)現(xiàn)性好,標(biāo)對0次4
六、對測定結(jié)果進(jìn)行分析
1測定非牛頓流體的表現(xiàn)牿度,只要條.
件固定,鍘定的時(shí)間短,得的結(jié)果復(fù)現(xiàn)性好,測相對誤差小.表3中測得的1O次數(shù)據(jù)是測定時(shí)間在1小時(shí)內(nèi)完成的,溫度,轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)速都是相同的條件.
一、準(zhǔn)偏差為95as相對誤差為0.和.mP·,7
在生產(chǎn)巧克力的工藝流程中,只要工藝條件規(guī)定在什么條件下巧克力的表觀粘度適合
定型,就按照工藝規(guī)定的條件下測定它的粘度,為工藝定型提供依據(jù).
2.從表4測得朐9數(shù)據(jù)中論證了以下組幾個(gè)問題,
選擇轉(zhuǎn)子的號數(shù)(子的大小)和甩它的轉(zhuǎn),
值來計(jì)算讀數(shù)的格數(shù)(器說明書規(guī)定讀數(shù)務(wù)儀必在3~900格之間為佳)例如巧克力流體,在30C時(shí)的粘度為163a.,4號轉(zhuǎn)予在30mPs3轉(zhuǎn)/時(shí),它的值是163asO分9mP·,它的讀
(1從測定順序1與3數(shù)據(jù)比較()組或
2與4)它們的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速相同,只是測定,的時(shí)間不同,測得的結(jié)果不同,上午測得的值小,下午測得的值大.其原因是非牛頓流體經(jīng)攪拌和隨著存放時(shí)間的加長,巧克力流體內(nèi)部
結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)在發(fā)生變化,所以測得的表觀粘度不一致.
   數(shù)(數(shù))163163=6,,正好在格=0/9.393格3～9格之間,所以選擇4號轉(zhuǎn)子,把轉(zhuǎn)速開00到3轉(zhuǎn)/就比較理想了.O分
(2)從測定順序3與4組數(shù)據(jù)(l與或2)比較,轉(zhuǎn)速相同,轉(zhuǎn)子大小不同.轉(zhuǎn)子體積小(子號數(shù)大的)測定的值大,轉(zhuǎn)子體積轉(zhuǎn)
2.溫度是影響牯度的主要因素,因此要嚴(yán)格控制溫度,并且必須穩(wěn)定15分鐘,波動(dòng)
不大于±01..℃
    大(子號數(shù)小的)測定的值小.因非牛頓流轉(zhuǎn)體的牯度與切應(yīng)力有關(guān).轉(zhuǎn)子大小不同,即表
面積不同,它的切應(yīng)力不同.(3從測定順序4與5組數(shù)據(jù)比較,轉(zhuǎn))予相同,轉(zhuǎn)速不同,轉(zhuǎn)速小的測定值大,轉(zhuǎn)速大的測定值小.周非牛頓流體的牯度與切變速
3.裝卸轉(zhuǎn)子時(shí)要十分小心操作,不要使轉(zhuǎn)子橫向受力,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)必須同心,不能有擺動(dòng)和振動(dòng),因此儀器要調(diào)水平,安裝垂直.
4電源電壓和頻率要穩(wěn)定.如果頻率變.化,需要按下列公式修正,即度有關(guān),轉(zhuǎn)速不同,它的切變速度不同.從以上5組數(shù)據(jù)充分證明測定非牛頓流體舶表觀牯度是比較困難的,只有在給定的條件下,在某一時(shí)間范圍內(nèi),可以測得相對誤差在1%范圍的數(shù)據(jù),一般只能達(dá)到5嘶.3從表4測定順序6,7,8,9的4.實(shí)牯=示度妻際度指粘×
5.開始不知道被測流體的粘度值時(shí),由應(yīng)小到大試轉(zhuǎn)子,由慢到快試轉(zhuǎn)速但在測定非牛頓流體時(shí),只可變換轉(zhuǎn)速,不能同時(shí)更換轉(zhuǎn)子,當(dāng)變換轉(zhuǎn)速達(dá)不到要求時(shí),再更換轉(zhuǎn)子.
6保證被測流體必須均勻,要充分?jǐn)嚢?
7,測定時(shí)盡量將轉(zhuǎn)子置于被測流體中心,組數(shù)據(jù)中進(jìn)行比較.被測流體是甲基硅油(牛頓流體)它的動(dòng)力粘度為67.rP'a在,101ssa
時(shí)間,速,轉(zhuǎn)子大小都不同的條件下測得的轉(zhuǎn)同時(shí)使用保護(hù)架進(jìn)行測定
8.要保證轉(zhuǎn)子十分清潔,保護(hù)架,盛試粘度值表明復(fù)現(xiàn)性很好,標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.88as·,rPs平均值為6,mPs誤差=68,l18a·,8118
—、樣的杯等也要清潔,干燥.注意試樣中不能滲入水分.試樣杯在恒溫槽中固定位置后不能移動(dòng).
67.=1.rP'a誤差很小,準(zhǔn)確度高,10II7ssa充分證明牛頓流體不隨流體存放時(shí)間,切應(yīng)力嚴(yán)格按儀器說明書規(guī)定操作使用.,參考資料
(1)牯度,[日]田褚郎著,昧直釗譯,19年3月.川91
計(jì)量出版社.和切變速度的變化麗變化,比非牛頓流體的粘度好測定.
七,消除影響測定因素和
注意事項(xiàng)
I由于旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)可以在測定過程中連.續(xù)改變旋轉(zhuǎn)的角速度,因此特別適用于測定
(2)力學(xué)計(jì)量.天津市計(jì)量管理局輻,1895年4月,
計(jì)量出版牡.
[)旋轉(zhuǎn)轱度計(jì)·¨1—l3G258檢定規(guī)程.18年1月.912
計(jì)量出版杜.
[4]
D卜1旗轉(zhuǎn)牯度計(jì)使用說明書.型
非牛頓流體的牯度.如何選擇旋轉(zhuǎn)的角速度。
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