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标准宣贯(三)GB/T 265-1988石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法

标准宣贯(三)GB/T 265-1988石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法

本文节选自拙著《质检检验理论与技术》第四编检验技术理论与操作-第二章粘度-第一节~第四节的内容。

如有错误,敬请指正。不胜感激!


第一节 流变学原理

一、概述

传统物理学将物质形态分为三类,分别是固态、液态、气态。相应地,符合这三种形态的物质叫做固体、液体和气体。

从宏观角度来看,固体具有一定的形状,这种形状只要不受外力作用就会一直保持不变;液体没有固定的形状,只有在外力的作用下(或叫约束)才会具有一定的形状;气体也没有固定的形状,即便是将气体充入密闭的容器中,也会迅速充满整个容器且容器内各处压力均相等。液体和气体都具有流动性,它们统称为流体。

从微观角度来看,固体中的分子间作用力很大,分子热运动能力最小,分子只能在很小的范围内运动;气体的分子间作用力很小,分子热运动能力最大,分子可以自由移动而不受移动范围的限制;液体介于固体和气体之间,是固体和气体两个极端现象中和的结果。

若给固体施加一个力,在克服摩擦等情况下,固体表面会发生变化,这种变化称这种物理现象为形变,若撤销这个力后,固体还能完全恢复到(或近似地恢复到)原来的形状,我们称之为弹性形变。若给液体或气体施加一个力,则施加力的位置的液体或气体被排挤出去向四周移动,撤销这个力后被排挤出去的液体或气体又恢复到原来的位置,我们称这种物理现象为流变。

液体或气体的流变不像固体的形变那么复杂,只要施加一个很小的力,液体或气体就会发生流变。流动是形变的一种形式,气体的流动与液体不同,气体是可压缩的,它的密度会随着压缩而变化,而液体在除非是很高的压力下是不可被压缩的,它的密度是恒定的。

二、液体的流动状态

液体在管道中的流动不是一成不变的,在一定的条件下是有变化的,我们假设在两块平板间充满液体,液体以一个恒定的速度向前流动,由于液体的粘滞阻力,液体间的流动并不是同步的,而是呈现出一种抛物线的形状,抛物线的最高处指向的是液体流动的方向。

造成这种现象的具体成因是,液体在充满两个平板之间时,液体仿佛被分为了若干个薄层,薄层与薄层之间存在摩擦,这种摩擦为内摩擦,由于摩擦而形成的阻力叫做粘滞阻力,摩擦与阻力在法向上的关系叫做剪切应力或切应力。位于两平板中间的薄层受到力的作用向前运动,带动其他各层向前运动,若无切应力的影响,则平板间各处的流速均应相等,但由于液体存在切应力,则越靠近平板壁的位置流速越慢,因为除了受到切应力使力的推动逐渐减小以外,还会受到来自平板壁的牵制。这种现象在管道中亦存在。

当液体的流速不断加快,层与层之间的流动将变得不再稳定,受管壁的影响,将会产生不同方向的漩涡,这些漩涡改变了液体的流动状态。这里涉及到一个新名词:雷诺准数。雷诺准数是一种可用来表征流体流动情况的无量纲数,其单位为1。下面就雷诺准数简介如下。

雷诺准数是流体力学中表征粘性影响的相似准则数,为纪念雷诺( O.Reynolds )而命名,记作Re。

1883年英国人雷诺观察了流体在圆管内的流动,首先指出,流体的流动形态除了与流速( \omega )有关外,还与管径( d )、流体的粘度( \mu )、流体的密度( \rho )这3个因素有关。它们的关系是:

Re=\frac{\rho v L}{\mu} ——(式4-1)

式中, \rho\mu 为流体密度和动力粘度, vL 为流场的特征速度和特征长度。

雷诺准数是用以判别粘性流体流动状态的一个无因次数群,无因次数群是指各项单位均能约掉,无单位,其值为1。若以相同的国际单位表示,则密度的单位为 kg/m^3 ,流速的单位为 m^2/s ,长度的单位为 m ,动力粘度是运动粘度与密度的乘积,其的单位为 kg/m^3\cdot m^2/s 。则 Re=kg^0m^0s^0=1

雷诺准数物理上表示惯性力和粘性力量级的比。对外流问题, vL 一般取远前方来流速度和物体主要尺寸;内流问题则取通道内平均流速和通道直径。两个几何相似流场的雷诺数相等,则对应微团的惯性力与粘性力之比相等。

雷诺数是判别流动特性的依据,例如在管流中,雷诺数小于2300的流动是层流,雷诺数介于2300~4000为过渡状态,雷诺数大于4000时的是湍流。雷诺数较小时,粘滞力对流场的影响大于惯性,流场中流速的扰动会因粘滞力而衰减,流体流动稳定,为层流;反之,若雷诺数较大时,惯性对流场的影响大于粘滞力,流体流动较不稳定,流速的微小变化容易发展、增强,形成紊乱、不规则的紊流流场。

计算管道中液体流动状态即雷诺准数的公式是:

Re=\frac{\bar{v}L\rho}{\eta} ——(式4-2)或 Re=\frac{\bar{v}d\rho}{\eta} ——(式4-3)

式中, \bar{v} 为管道中的平均流速, L 为流场的特征长度, d 为管道的当量直径, \rho 为液体密度, \eta 为液体的动力粘度。应当注意的是,有时虽然根据公式计算出的数值虽然超过了层流状态,但实际上仍然是层流。造成这种原因主要是因为一些绝佳的机会造成的,例如管壁足够光滑,液体流入的方式又适当等等。

三、哈根-泊肃叶方程的推导

证明流动最简单的办法,就是通过管道或类似的装置,中间充满液体,并在两端建立起一个压力差来证明。我们知道,足以造成液体流动的压力差,叫做压头;而单位时间内液体通过管道横截面的液体的数量,叫做流量。

取一根足够长的细管,设管的半径为 r_0 ,管长为 l ,在管中充满液体,液体的密度为 \rho ,由于重力的作用下液体流动,细管两端的压力分别为 p_1p_2 ,管中液柱的半径为 r ,假设液体在管中呈均匀流动,其加速度为0,则可得出:

p_1\pi r^2+\pi r^2l\rho g=2\pi rl\tau+p_2\pi r^2 ——(式4-3)

整理可得: r(p_1-p_2)+rl\rho g=2l\tau ——(式4-4)

则: \tau=\frac{r(p_1-p_2)+l\rho g}{2l} ——(式4-5)

若以 \Delta p 代替(p_1-p_2) ,以 P 代替 \Delta p+l\rho g ,则: \tau=\frac{rP}{2l} ——(式4-6)

根据牛顿内摩擦定律: \tau=\frac{-\eta du}{dr} ——(式4-7)

故: du=\frac{-P}{2\eta lrdr} ——(式4-8)

则: u=\frac{Pr^2}{4\eta l}+C ——(式4-9)

式中 C 为常数。

假设管中液柱的半径与细管相同,在管壁上液体的流速为0,即 r=r_0u=0

则: C=\frac{Pr_0^2}{4\eta l} ——(式4-10)

则有: u=\frac{P}{4\eta l}(r_0^2-r^2) ——(式4-11)

流量 Q=SvS 为管的截面积, v 为液体的流动速度, S=\pi r^2v=\frac{s}{t} ,又因为液柱的体积 V=\pi r^2l ,则近似地:

Q=\frac{V}{t} ——(式4-12)

代入式4-9,得: Q=\frac{\pi Pr^4}{8\eta l} ——(式4-13)

稍加变换可得: \eta=\frac{\pi r^4Pt}{8vl} ——(式4-14)、

又因为 P=\rho gh ,则上式可写为: \eta=\frac{\pi r^4\rho ght}{8vl} ——(式4-15)

式4-15就是著名的哈根-泊肃叶方程。

式4-15中, \eta 为动力粘度, r 为细管的半径也是液柱的半径, \rho 为液体的密度, g 为重力加速度, h 为液柱的高, t 为液体流过一定长度的细管所需要的时间, v 为液体体积, l 为细管长。

我们知道,液体流经细管的流量与粘度成反比,则有:

\frac{\eta_1}{\eta_2}=\frac{V_1t_2}{V_2t_1}=\frac{Q_2}{Q_1} ——(式4-16)

若我们知道其中一种液体的粘度,则不难计算出另一种液体的粘度。

在哈根-泊肃叶方程中,若控制 rghvl 不变,则粘度 \eta 受影响的只有 \rhot 。若将控制不变的参数以常数 C 来代替,则: \eta=\rho Ct ——(式4-17)

这样就大大方便了计算的难度。若在忽略密度的前提下,引入一个新的符号 \nu ,则:

\nu=C\cdot t ——(式4-18)

式4-18就是运动粘度的计算公式。若用 \nu 求出 \eta 也十分的简单:

\eta=\rho\nu ——(式4-19)

看起来从式4-17到式4-18似乎是多此一举,不过涉及到运动粘度的测定和玻璃毛细管粘度计的使用时,式4-18的优势就显现了出来。


第二节 粘度和粘度计

一、粘度分类

根据GB/T 4016-1983《石油产品名词术语》,粘度是液体流动时内摩擦力的量度。根据定义,衡量液体的内摩擦力(也就是粘附性),并给出一个量值,称为粘度。

此处需要说明的是,根据原中国文字改革委员会1955年公布《第一批异体字整理表》时,将“黏”作为“粘”的异体字,“黏”由此退出使用领域,“粘”便身兼“粘”“黏”二职。1985年国家语言文字工作委员会、原国家教育委员会、原广播电影电视部审定公布的《普通话异读词审音表》,“粘”读zhān,“粘”读nián时仅表示姓氏。“黏”替代“粘”表示“像胶水或糨糊那样能使一物体附着于另一物体的性质”。从此,“粘”不再表示“黏”的意义。“粘”、“黏”又成为各自独立的规范字。据此,“粘度”应该统一改为“黏度”,但由于“粘度”一词使用甚广,属于行业内的习惯表述,故本书保持“粘度”的使用方法。

在流变学基础中,我们已经接触到了两种粘度称谓:动力粘度和运动粘度,并且知道了它们的换算。事实上,在世界各个国家的发展中,还有许多测量粘度的方法和粘度称谓,见表4-1。

表4-1列出的是目前国际上仍在使用的、应用范围比较广的、比较成熟的,还有一些粘度称谓因为种种原因今天已经不再使用了。条件粘度都可以通过公式换算成运动粘度或动力粘度,但精确度将受到影响。

二、粘度单位

根据GB/T 4016-1983《石油产品名词术语》给出的定义我们知道,粘度是液体流动时内摩擦力的量度。既然是一个量度,那么必然会有单位。

动力粘度是根据哈根-泊肃叶方程计算得来的,我们很容易得出动力粘度的单位是 Pa\cdot s 。这种流动形式称之为哈根-泊肃叶流动。由于 Pa\cdot s 的单位比较大,故常使用 mPa\cdot s ,它们的转换关系是: 1Pa\cdot s=1000mPa\cdot s

如果规定液体在两块面积为 1m^2 、相距为 1m 的平板中,该液体以 1m/s 的速度流过两块平板,则液体的粘度定义为 1m^2/s 。这种流动形式称之为库埃特流动。由于 m^2/s 的单位比较大,故常使用 mm^2/s ,它们的转换关系是: 1m^2/s=1000000mm^2/s

二、粘度计的分类

上面我们介绍了各种各样的粘度称谓,知道了有各种各样的粘度表现形式,但是粘度是一个物理量,需要实际测定才能得出结果。为了测定粘度的准确数值,发明了许多测定粘度的计量器具,这些统称为粘度计。

粘度计也分为许多种,有不同的分类方式。目前较为通行的分类方式是按照测定的粘度测定方法并参考自身的特性进行分类。按照这个分类方式,粘度计分为:

1.出流法粘度计。主要有细管型粘度计、短管型粘度计、小孔型粘度计。

2.旋转法粘度计。主要有双重圆筒型粘度计、单一圆筒型粘度计、圆板型粘度计、椎板型粘度计、双锥型粘度计。

3.重力法粘度计。主要有落球型粘度计、升泡型粘度计。

4.平板法粘度计。主要有带型粘度计、滑板型粘度计、倾斜板型粘度计、活塞缸筒型粘度计、径向挤压型粘度计。

5.振动法粘度计。主要有圆筒振动型粘度计、圆板振动型粘度计、圆球振动型粘度计、往复振动型粘度计。

最为常用的就是出流法粘度计、旋转法粘度计和重力法粘度计。

三、常见的几种粘度计的测定原理

出流法粘度计的测定原理是使一定体积的样品流过一根毛细管,以流过的时间作为其粘度的表示方法,表4-1中列出的就是使用不同的出流法粘度计测定出来的。细管型粘度计通常由储液球、计时球、毛细管等部分组成,一般为玻璃材质。短管型粘度计通常由储液管、细孔和接收样品的部分组成,一般为金属材质或玻璃材质。小孔型粘度计通常是由一个碗状或漏斗状的储液器,底部开一小孔,多为金属材质。

旋转法粘度计的测定原理是利用两个互相分离的圆筒或平板中间充满被测液体,施以一个固定的力使其旋转或移动,由于液体的切应力形成摩擦阻力,此力的大小与液体粘度有关,故能求出液体的粘度。双重圆筒型粘度计和单一圆筒型粘度计原理一致,都是利用圆筒在液体中作圆周运动,利用其摩擦公式计算而得。圆板型粘度计、椎板型粘度计、双锥型粘度计都是用两个圆板或椎板之间充满液体,一个转动另一个静止,利用摩擦公式计算,与圆筒型粘度计的原理差不多。

重力法粘度计的测定原理是利用物质的重力(或浮力)作用,通过与标准油的比较得来的。落球型粘度计是用一粒光滑的小球(通常是钢球,也有使用圆柱体的)在一根中间充满样品的圆管中作自由落体运动,用小球下落的时间通过公式计算求得样品的粘度。升泡型粘度计是与落球型粘度计原理相似,所不同的是,升泡型粘度计利用气泡的上升一定距离的时间,通过公式计算求得样品的粘度。

平板法粘度计的测定原理是利用平板(或带、圆筒)在样品中以一定的力量向固定方向运动,其运动的速度与粘度成比例关系,进而可以求出样品的粘度。振动法粘度计的测定原理是利用圆筒、平板或其他合适的材料,在样品内作往复振动(或旋转振动)运动,由于受样品粘滞力的影响,振动幅度逐渐衰减,衰减的时间与样品的粘度成比例关系,进而可以求出样品的粘度。

目前还是出流法粘度计中的细管型粘度计应用最为广泛,下面有专门的一节做详细的叙述。


第三节 细管型粘度计

一、细管型粘度计的分类和结构

在各种粘度计中,出流法粘度计和旋转法粘度计应用最为广泛,而出流法粘度计中,又以细管型粘度计应用最为广泛。所以本节主要讲述几种常见、常用的细管型粘度计,涉及到规格和各部位名称的,将以GB/T 30514-2014《玻璃毛细管运动黏度计 规格和操作说明》为准。

一般来说,细管型粘度计的材质为硼硅玻璃,无色、透明,退火均匀,在每根粘度计上都标有必要的信息用以区分相同类型的粘度计和按照标示信息查找更加详细的信息。每根粘度计都必须附带一张检定证书,上面需至少载有粘度计规格、编号、常数和检定日期,检定人员签章和检定单位印章。

按照测定不同类型的样品的需要,细管型粘度计可以分为改进型奥斯特瓦尔德粘度计(改进的奥氏粘度计)、悬液式粘度计和逆流粘度计。

具体的类别、名称、结构示意图及适用的粘度范围见表4-2。

表4-2(续)
表4-2(续)
表4-2(续)
表4-2(续)
表4-2(续)

从表4-2中我们不难看出,虽然各种粘度计花样繁多、使用的场合也不尽相同,但是它们在构造上却是万变不离其宗,总结起来主要有三个部分:第一是毛细管部分:这是细管型粘度计的核心,没有它就不能称之为细管型粘度计。通常毛细管都很长,这是为了使流体形态更加接近于层流。第二是储液部分:这里的储液单指用以计时的部分,它们通常是一个固定的体积。收集液体的部分不称之为储液器。第三是其他辅助部分:例如为了形成高度差而设计的一定长度的通气管、为了连通大气而设置的通气管、为了能够水平放置粘度计而设计的夹持管等等。

二、细管型粘度计的优缺点

细管型粘度计在化学工业、石油化工、医药行业等都有广泛的运用。但是事物都有对立的两面,细管型粘度计也不例外,下面以品开维奇粘度计为例,将它的优缺点分列出来。

优点:精度高、操作简单、适用范围宽、计算方便等。缺点:装样体积影响精度、垂直度影响精度、计时时间影响精度、毛细管处不易清洗且易折断等等。虽然有这些缺点,但是仍然不影响它的广泛应用。


第四节 品开维奇粘度计

品开维奇粘度计(以下简称品氏粘度计)是细管型粘度计中应用比较广泛的几种粘度计之一,由于其具有操作和计算方便、小巧实用的优点而用于流体粘度的测量。由于品氏粘度计是根据哈根-泊肃叶方程简化而来,对于物理因素的控制将会大大提高测量准确性,提高精密度。本节就品氏粘度计的使用及注意事项、提高精密度的方法等进行叙述。

一、品氏粘度计的结构和规格

品氏粘度计的结构图和各部分尺寸如图4-1所示,单位为mm。

图4-1 品氏粘度计

图中的英文字母所代表的含义是:

A:下贮球;C:计时球;D:上贮球;E、F:计时标线;L:夹持管;N:上部通气管;O:夹持支管;P:连接管;R:工作毛细管。

为适应各种粘度范围的液体,品氏粘度计设计了许多种规格,这些规格以工作毛细管的内直径(内径)为划分依据的,每隔一定的距离划分一种规格。根据GB/T 30514《玻璃毛细管运动黏度计 规格和操作说明》的规定,品氏粘度计分为11种不同内径的规格,其尺寸标号、标称粘度计常数、适用的运动粘度范围、工作毛细管内径和计时球体积详见表4-3。

根据GB/T 30514-2014《玻璃毛细管运动黏度计 规格和操作说明》的规定,所有粘度计都应采用完全退火的、低膨胀的硅硼玻璃制造,每支粘度计都应固定标有尺寸标号、序列号以及生产厂家标识。所有计时标线均应蚀刻,并用不透明的颜料充填或使其成为粘度计法固定部分。所有粘度计的构造均应适用于穿过恒温浴盖子上直径约为51mm的孔口而安置于恒温浴中,粘度计在恒温浴液体中的深度至少为280mm,粘度计的计时球或储液球顶端(二者选最高)距恒温浴液体表面的距离不应小于20mm。恒温浴液体表面距恒温浴盖子顶部的距离不应大于45mm。

二、品氏粘度计测量运动粘度和动力粘度的操作方法

本部分内容将以GB/T 30514-2014《玻璃毛细管运动黏度计 规格和操作说明》、GB/T 30515-2015《透明和不透明液体石油产品运动黏度测定法和动力黏度计算法》为准,部分内容出自GB/T 265-1988《石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法》。二者冲突的,以GB/T 30514-2014和GB/T 30515-2014为准。

1.方法概要

在已知严格控制的温度下及可重现的驱动压头条件下,测量一定体积的液体在重力作用下流过已校准的玻璃毛细管粘度计的时间,所测量的时间与粘度计校准常数之积即为液体的运动粘度。由运动粘度与液体密度的乘积得到其动力粘度。运动粘度用 \nu 表示,动力粘度用 \eta 表示,密度用 \rho 表示。

2.准备工作

(1)恒温浴。恒温介质的深度至少为280mm,容积不少于2L;当恒温浴中温度达到恒定后,温度波动不应超过设定温度的±0.1℃。恒温浴中应带有搅拌装置,但搅拌速度不宜过快,以免引起恒温介质表面波动,从而影响粘度计的垂直度。恒温浴中应带有自动控温装置和加热装置,使温度恒定在设定温度的±0.1℃内。

(2)计时器。计时器的分度值应不低于0.1s,测量时间在200s到900s之间范围内的读取精度应在0.07%以内。定期检定以避免计时器引起的误差。如果使用机械秒表应符合GB/T 22773《机械秒表》的规定,如果使用数字秒表应符合GB/T 22778《液晶数字式石英秒表》的规定。检定应符合JJG 237《秒表》计量检定规程的规定。

(3)品氏粘度计。品氏粘度计应使用溶剂油或石油醚清洁,并用乙醇、水依次清洗。若有残留物附着在玻璃壁上,可以使用铬酸溶液或其他不含铬的强氧化性酸性洗液清洗,再用溶剂油或石油醚、乙醇、水依次清洗,用干燥的热空气吹干或倒置在烘箱中以100℃~110℃的温度下烘干1h以上。品氏粘度计应符合SH/T 0173《玻璃毛细管粘度计技术条件》中BMN-1、BMN-2的规定。应当采取必要的包装和措施防止粘度计在运输、储存中破碎。首次使用前应使用粘度标准油校对粘度计常数是否正确,每支粘度计都应定期按JJG 155《工作毛细管黏度计》计量检定规程的规定检定。

(4)待测样品。待测样品应无杂质、絮状物和水。杂质和絮状物可以采用滤纸过滤的方法,水可以使用加热蒸发或加氯化钙的方法。如果待测样品粘度过大不易吸取,可以在搅拌的情况下加热,以易吸取为限;如果是易挥发的液体则不适用此方法,此时可以使用真空泵负压抽吸的方式。

(5)仪器。石油产品运动粘度测定仪应当放置在水平、坚固、干燥、无风的实验平台上,仪器周围不应摆放杂物以确保良好的散热。仪器应正确接地,接口连接牢固。在高于70℃的温度下测定运动粘度时,恒温浴外应加装防护罩避免恒温浴炸裂和辅助恒温。恒温浴内需放有一支经检定的温度计,温度计的感温泡下端位置应在品氏粘度计玻璃毛细管的中点处,且要显示的温度的刻度线务必在恒温浴液面上至少10mm。

3.操作方法

(1)设定好恒温浴温度,待温度稳定(温度波动不应超过设定温度的±0.1℃)后方可放入粘度计。对于不同的温度下恒温介质的选择,可以参考表4-4,其他能够达到同样效果的恒温介质也可以使用。

(2)选择一支合适的品氏粘度计,根据待测样品的粘度估算流动时间,使流动时间不小于200s。

(3)倒立品氏粘度计,将上部通气管N插入待测样品中,使用洗耳球或真空泵通过橡胶管连接在夹持支管O上,堵住夹持管L。释放被挤压的洗耳球或开启真空泵,控制液体上升的速度,避免产生气泡,使液体的水平面超过计时标线F,移去洗耳球或真空泵,将品氏粘度计直立,拭去附着在通气管N上的多余液体。

(4)将粘度计装在夹持器上,粘度计的计时球D的最高点距恒温浴液体表面的距离不应小于20mm,但不应高于夹持支管O的最低点。使用铅垂线校准品氏粘度计的位置,使品氏粘度计的毛细管平行于铅垂线。尽管市售的夹持器已经能够使粘度计位于规定的位置,但是仍然需要用铅垂线确定其位置。

(5)按照表4-5的规定恒温。为使粘度计内的待测样品的温度能够完全与恒温介质的温度相同,通常需要更长的时间,一般为30min。

(6)到达恒温时间后,将一根粗细合适的橡胶管套在通气管N上,用洗耳球或真空泵同福抽吸的方式将待测样品的液面吸引至计时标线E以上约7mm处。注意不要在抽吸的过程中引入气泡,如不慎引入气泡,应将气泡赶出。

(7)移去洗耳球或真空泵,使待测样品自由落下,当待测样品的弯月面与计时标线E相切时,开始计时,当待测样品的弯月面与计时标线F相切时,停止计时。

(8)重复步骤(6)、步骤(7),反复测量三次以上,计算结果的平均值,去掉偏离结果平均值过大的值,求出剩余的值的平均数。如果测量的时间小于200s,则应更换常数更小一点的品氏粘度计重复步骤(3)~步骤(7)重新测量。

示例:测量四次的时间分别是:258.22s、259.13s、258.58s、260.17s,它们的平均值是259.03s,与平均值相比,偏差分别是:0.81s、0.1s、0.45s、1.14s。偏差最大的是260.17s,偏差为1.14s,舍弃该值,用剩下的三组数据求出平均值,为258.64s。

4.计算、记录和报告

(1)计算。运动粘度按照式4-18计算,动力粘度按照式4-17或式4-19计算。根据要求对数值进行修约。

(2)记录。记录时,除应当记录结果,还应当记录:试验温度、粘度计直径、序列号、粘度计常数、计时时间平均值和结果平均值。

(3)报告。报告时,至少应当报告以下几项:执行标准、试验温度、试验结果。

三、精密度

运动粘度的精密度按照下述规定判断试验结果的可靠性(95%置信水平)。

1.确定性(d)。在同一实验室,由同一个操作者,使用同一仪器操作,对得到的一个试验结果进行连续测定的测定值不应超过表4-6的要求。

2.重复性(r)。在同一实验室,由同一个操作者,使用同一仪器,在相同条件下对同一试样进行连续测定,得到的两个试验结果之差不应超过表4-7的要求。

3.再现性(R)。在不同的实验室,由不同的操作者,使用不同的仪器,对同一试样进行测定,得到的两个单一、独立的试验结果之差不应超过表4-8的要求。

注:
1.基础油的精密度数据是采用40℃运动粘度范围在8mm2/s~1005mm2/s和100℃运动粘度范围在2mm2/s~43mm2/s的6个矿物油在多个实验室进行试验,并经过统计得到的,于1989年首次发布。
2.在40℃和100℃的调和润滑油的精密度数据是采用40℃运动粘度范围在36mm2/s~340mm2/s和100℃运动粘度范围在6mm2/s~25mm2/s的7个调和发动机油在多个实验室进行试验,并经过统计得到的,于1991年首次发布。
3.在150℃的调和润滑油的精密度数据是采用150℃运动粘度范围在7mm2/s~19mm2/s的8个调和发动机油在多个实验室进行试验,并经过统计得到的,于1991年首次发布。
4.石油蜡的精密度数据是采用100℃运动粘度范围在3mm2/s~16mm2/s的5个石油蜡在多个实验室进行试验,并经过统计得到的,于1988年首次发布。
5.残渣燃料油的精密度数据是采用50℃运动粘度范围在30mm2/s~1300mm2/s和80℃、100℃粘度范围在5mm2/s~170mm2/s的14个残渣燃料油在多个实验室进行试验,并经过统计得到的,于1984年首次发布。
6.添加剂的精密度数据是采用100℃运动粘度范围在145mm2/s~500mm2/s的8个添加剂在多个实验室进行试验,并经过统计得到的,于1997年首次发布。
7.瓦斯油的精密度数据是采用40℃运动粘度范围在1mm2/s~13mm2/s的8个瓦斯油在多个实验室进行试验,并经过统计得到的,于1997年首次发布。
8.煤油的精密度数据是采用-20℃运动粘度范围在4.3mm2/s~5.6mm2/s的9个煤油在多个实验室进行试验,并经过统计得到的,于1997年首次发布。
9.对于用过油无法确定其精密度,但是预计其精密度比调和润滑油的精密度更差。由于这些用过油变化性极大,所以它的精密度很难确定。

四、校准验证

按照试验操作步骤,采用有证粘度标准油对粘度计进行校准验证,如果测出的运动粘度与公认参考值相差超出±0.35%,那么就要检查试验的每一个步骤,包括温度计和粘度计,找到误差来源。一般来说,大部分的误差是由于粘度计毛细管中有污染或是温度计有误差所导致的。即便是用粘度标准油测定得到的正确结果,也不能排除是由于诸多误差相互抵消而致的可能性。

选择一种清澈、无固体颗粒并具有牛顿液体特性的油品,其运动粘度应该在标准粘度计和被校准粘度计的运动粘度测定范围之内,且流动时间在标准粘度计和被校准粘度计的最小流动时间内。这样做的目的是使动能修正项小于0.2%。

选择一支已知粘度计常数为 C_2 的已校准过的粘度计。此粘度计可以是一支标准粘度计,其驱动压头至少为400mm,或是已与标准粘度计相比较校准过的相同类型的工作粘度计。使用标准粘度计仅应由具有资质的实验室进行校准。将校准过的粘度计与被校准的粘度计放在同一个恒温浴中,按照前文所述测定二者的流动时间。被校准的粘度计常数 C_1 按式4-20计算。

C_1=\frac{t_2C_2}{t_1} ——(式4-20)

式中:

C_1 ——被校准的粘度计常数, mm^2/s^2

t_1 ——在被校准的粘度计中油品的流动时间(精确至0.1s),s;

C_2 ——已校准的粘度计常数, mm^2/s^2

t_2 ——在已校准的粘度计中油品的流动时间(精确至0.1s),s。

用比第一个油品流动时间至少长50%的第二个油品重复前述操作,如果两个 C_1 值之差小于0.2%,则取其平均值作为被校准的粘度计常数。否则,应仔细地检查所有可能造成误差的原因,重新进行试验。

对于不同地区的实验室其重力加速度 g 也不同,而校准常数 C 取决于校准所在地的重力加速度,故应按式4-21进行重力加速度修正。不过,若重力加速度 g_1g_2 的比值介于0.999~1.001之间时,就不需要进行重力加速度修正。

C_1=\frac{g_1}{g_2}C_2 ——(式4-21)

g_1 ——使用实验室的重力加速度值, m/s^2

g_2 ——检定实验室的重力加速度值, m/s^2

五、误差修正

1.液体热膨胀修正。对于奥斯特瓦尔德粘度计和改良型奥斯特瓦尔德粘度计以及逆流式粘度计,为了能有一个固定的评论有效液柱高度,必须在粘度计中加入一定体积的待测样品,然而通常抽取待测样品都是在室温下进行的,如果测定温度与装样温度不一样的话,由于液体的热胀冷缩,粘度计内的待测样品的体积将发生变化,从而使有效液柱高度发生变化,进而产生误差。此时,需用式4-22修正液体热膨胀误差。

\varepsilon_{TV}=\frac{4V_1}{\pi D_1^2}\left (\frac{\rho_2-\rho_1}{\rho_2}\right) ——(式4-22)

\varepsilon_{TV} ——液体热膨胀误差;

V ——装样体积(即液体在装样温度下的试样体积), cm^3

D ——计时球内直径(球内液体直径), cm

h ——有效液柱高度, cm

\rho_1 ——装样温度下的试样密度, g/cm^3

\rho_2 ——测定温度下的试样密度, g/cm^3

对于奥斯特瓦尔德粘度计和改良型奥斯特瓦尔德粘度计,按式4-23修正测得的时间;对于逆流式粘度计,按式4-24修正测得的时间。

t_c=t-(1-\varepsilon_{TV}) ——(式4-23)

t_c=t-(1+\varepsilon_{TV}) ——(式4-24)

式中:

t_c ——修正后的测定时间,s;

t ——实际测定时间,s。

2.液体表面张力修正。如果在流动时间内液体上下弯月面的平均有效半径不同,由于液体表面张力的形象液柱爬升高度不同导致有效液柱高度不同,或即便液柱爬升高度相同但有效液柱高度依然不同的情况,需要进行按式4-25进行表面张力修正。

\varepsilon_\sigma=\frac{2}{gh}\left(\frac{1}{r_u}-\frac{1}{r_1}\right)\left(\frac{\sigma_o}{\rho_3}-\frac{\sigma}{\rho_1}\right) ——(式4-25)

式中:

\varepsilon_\sigma ——液体表面张力误差;

g ——重力加速度, m/s^2

r_u ——上弯月面平均有效半径, cm

r_1 ——下弯月面平均有效半径, cm

\sigma_o ——粘度标准油的表面张力, mN/m

\sigma ——待测样品的表面张力, mN/m

\rho_3 ——粘度标准油的密度, g/cm^3

然后按式4-24将 \varepsilon_{TV} 替换为 \varepsilon_\sigma 计算修正时间即可。但是实际上,想要准确求出上下弯月面的平均有效半径并不是一件容易的事,故应该选取与待测样品相同表面张力的粘度标准油测定粘度计常数。

3.空气浮力修正。空气浮力将减小靠自重流下的粘度计的有效液柱高度,需按式4-26进行空气浮力修正。

\varepsilon_\theta=\frac{\rho_a}{\rho_1}-\frac{\rho_a}{\rho_3} ——(式4-26)

式中:

\varepsilon_\theta ——空气浮力误差;

\rho_a ——空气密度, g/cm^3

若粘度标准油与待测样品密度相同,则 \epsilon_\theta=0 ,无需进行此项修正。若不进行此项修正,则最终误差为0.1%以下,故除非是精度要求非常高的测定,一般情况下无需对空气浮力误差进行修正。

4.倾斜角度修正。若粘度计安放不垂直,平均有效液柱高度将发生变化,进而影响流动时间,故需要按式4-27进行倾斜角度修正。

\varepsilon _ { \theta } = [ 1 - \cos ( \Delta \theta ) ] \pm \frac { S } { h } \sin ( \Delta \theta ) ——(式-27)

式中:

\varepsilon_{\theta} ——倾斜角度误差;

\Delta\theta ——倾斜角度,º;

S ——上下液面中心的水平距离, cm

对于品氏粘度计和逆流粘度计,若倾斜角度为1º、2º、5º,则产生的最大误差将达到0.02%、0.16%、0.38%,故对于品氏粘度计和逆流式粘度计的垂直安放极为重要。

5.液体残留修正。对于品氏粘度计等计时球在毛细管上方的粘度计,在测量时间内计时球内的液体不可能完全流完,仍有小量液体附着在计时球玻璃壁上,影响流动时间,故需要按式4-28进行液体残留修正。而计时球在毛细管下方的逆流式粘度计不存在此误差。

\varepsilon_{\nu}=\frac{\Delta V-\Delta V_o}{V_2} ——(式4-28)

式中:

\varepsilon_{\nu} ——液体残留误差;

\Delta V ——待测样品残留量, cm^3

\Delta V_o ——粘度标准油残留量, cm^3

V_2 ——计时球的体积, cm^3

对于 \Delta V\Delta V_o 可以由实验测得,而 \varepsilon_{\nu} 随待测样品的粘度变化呈正比例变化,当 \nu<100000mm^2/s 时, \varepsilon_{\nu}<0.2\% ,故一般情况下无需对液体残留误差进行修正。

6.玻璃热膨胀修正。当粘度计的校准与使用不在同一个温度下时,由于玻璃的热胀冷缩,粘度计的常数将发生变化,故需要按式4-29进行玻璃热膨胀修正。

\varepsilon_{Tc}=\alpha_2\Delta T ——(式4-29)

式中:

\varepsilon_{Tc} ——玻璃热膨胀误差;

\alpha_2 ——玻璃线热膨胀系数, ^\circ C^{-1}

ΔT——校准温度与实际使用温度之差, ^\circ C

对于硅硼玻璃而言这项修正系数很小,可以忽略不计。若是其他玻璃则需要对此进行修正。

7.动能修正。若实际流动时间小于表4-3注释中的要求,则需要按式4-30进行动能修正。

\nu=C\cdot t-\frac{E}{t^2} ——(式4-30)

式中:

E ——动能系数。

一般来说,利用公式修正动能误差是本末倒置的,选取合适的粘度计、使实际流动时间大于表4-3注释中的要求,才能真正消除动能误差。

8.温度计露出液柱温度修正。当全浸式温度计用做局浸使用时,需按式4-31修正温度计露出液柱温度;当局浸式温度计用作全浸使用时,需按式4-32修正温度计浸没液柱温度。

c_1=kN(t_1-t) ——(式4-31)

c_2=kN(t_s-t_1) ——(式4-32)

式中:

c_1 ——全浸做局浸使用时的温度修正;

k ——感温液体在温度计毛细管玻璃中的视膨胀系数;一般对于汞和汞铊合金 k 为0.00016,乙醇为0.00104,甲苯为0.00103,戊烷为0.00145;

N ——与露出液柱高度相当的温度度数,即温度计的指示温度与所规定浸没深度的实际温度或外推温度值之差值;

t ——露出液柱的平均温度(使用一根辅助温度计,置于露出液柱的下部1/4位置上测量得到的温度), ^\circ C

t_1 ——温度计感温泡的温度, ^\circ C

c_2 ——局浸做全浸使用时的温度修正;

t_s ——规定露出液柱的平均温度, ^\circ C

9.温度误差。温度对测定具有很大影响,据计算,水在20℃下温度每变化0.1℃,粘度就变化0.25%,而润滑油比水的变化更为剧烈,利用公式修正温度误差是本末倒置的,必须控制恒温浴温度波动不应超过设定温度的±0.1℃才能够消除温度变化产生的误差。

10.其他误差。除上述这些误差外,还有诸如管壁有附着物、计时球内有气泡、秒表的误差等等,这些都是可以避免的,利用公式修正上述误差是不现实的、也是本末倒置的。另外,如果组分很轻或是易挥发的样品,在测定时需要防蒸发的装置;对于易吸湿的样品,还应当有干燥器。但是,这些辅助装置不能影响液体的流动。

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联合嘉利运动粘度10.6运动粘度与温度计算公式壳牌 5w30 运动粘度23度时的运动粘度系数o度空气运动粘度自动开闭闪点测定仪报价便捷式运动粘度仪山东闪点测定仪厂家油品分析仪故障分析l2b发动机运动粘度浙江运动粘度测定仪报价特性粘度和运动粘度的区别20 空气的运动粘度神开运动粘度测定仪油品污染等级分析仪青岛运动粘度测定仪贵州全自动闭口闪点测定仪选型运动粘度高的机油品牌自动闭口闪点测定仪选型运动粘度国际单位是减速机运动粘度高了会怎样吉林油品闪点测定仪厂氦气的运动粘度和动力粘度油品颗粒度分析仪检定规程贵州油品质量分析仪工厂空气在20的运动粘度运动粘度 1800运动粘度 工业级混合油陕西自动运动粘度测定仪价格石油50摄氏度条件下的运动粘度气象预报又“全黑”了?多地停课柯基跑丢后被人关鸡棚看了一年鸡听,春天里的奋斗者之歌中国烧饼入选世界最好吃50种面包江苏宿迁一医院发生垮塌事件马斯克称首位脑机接口受试者或已康复布林肯:你不在餐桌上 就会在菜单上吃含酵母的面食伤胃还致癌?数千元网课盗录后只卖几元实拍多地冻雨:汽车披上“冰甲”浙江艾滋病咨询电话增两三倍中国女游客泰国搭车险遭司机强暴河南重大刑案 嫌犯持喷火枪伤6人专家称现在不买房五年又白忙贾玲说拍《你好李焕英》时伤透了心胖东来影城看完电影不满意退款一半厂家回应一箱八宝粥只有10罐福建游神穿80斤装扮通宵走22个村河南周口一县纪委监委公开招聘130人许凯报警航班延误男子花两千打车回上海上班台媒曝夏克立家暴黄嘉千细节夫妻离婚要求分割2孩子26万压岁钱他信获释对泰国意味着什么?海南为何今年突发离岛难贾玲有七部待播作品3000余箱磁吸春联滞销距离证监会550米的券商营业部火了河南河北山西多地下“霰”金晨向白敬亭道歉叛逃至乌的俄飞行员被枪杀7.98万掀起车企龙年价格战曾被市委书记掌掴的翟伟栋已卸任原来去年楼下跑步的女生是贾玲2万多游客滞留5万人小县倾城接待大妈借5个账户巨额交易超35亿知名打假人王海接连炮轰东方甄选贵阳突发山火 系大爷焚烧杂草引发张天爱回应太子妃标签父亲将孩子从三楼扔下后也跳楼台军方称不会介入大陆海警临检台船新疆地震哈尔滨文旅称白狐合影不合规中国人口第一大省实时人口达1.5亿江苏多地因恶劣天气宣布停课台媒:大陆海监船进入金门水域老君山刮大风“各路神仙”被吹跑大暴雪来了!第一波暴雪将袭山河四省史上最大力度降息意味什么百亿级私募巨头宁波灵均道歉

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