在線粘度測(cè)量是目前很多化妝品、食品、石油、化工、電子、造紙等行業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛的技術(shù)，在線粘度的測(cè)量方法很多，主要有毛細(xì)管式、旋轉(zhuǎn)式、振動(dòng)式、注塞式等，而測(cè)量對(duì)象、流體的流變特性、應(yīng)用面也各不相同。從儀器和流變學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)在線粘度測(cè)量的方法、流體的流變學(xué)類型進(jìn)行了分析，并提出了在實(shí)際選型和使用中需要注意的問(wèn)題及建議。

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在線粘度計(jì)的基本應(yīng)用

在線粘度計(jì)的測(cè)量技術(shù)和應(yīng)用已有幾十年的歷史，許多工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中都需要進(jìn)行粘度的連續(xù)自動(dòng)測(cè)量與控制。在石油煉制的減壓蒸餾、柴油/潤(rùn)滑油/燃料油等的在線自動(dòng)調(diào)和、石油脫蠟脫瀝青等過(guò)程中需要進(jìn)行在線粘度監(jiān)測(cè)，用以檢查原料質(zhì)量、監(jiān)視與控制生產(chǎn)過(guò)程、提高產(chǎn)品合格率、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)和及自動(dòng)切換產(chǎn)品等。在用重油作燃料的交通、電力、玻璃等工業(yè)中，燃料油粘度的在線測(cè)量可以提高霧化效率，維持最好的燃燒效果，節(jié)約燃料。

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在各種聚合工程中，通過(guò)粘度在線監(jiān)測(cè)可用于控制反應(yīng)終點(diǎn)。在化纖抽絲前的熔體粘度在線監(jiān)測(cè)可以保證纖維的粗細(xì)適當(dāng)、均勻，較少?gòu)U品率及能耗。造紙和紡織工業(yè)中的粘度在線測(cè)量可以改進(jìn)淀粉的轉(zhuǎn)換過(guò)程，提高上膠操作和自動(dòng)涂料過(guò)程的質(zhì)量和效率。食品、化妝品等行業(yè)利用在線粘度測(cè)量控制產(chǎn)品的中間過(guò)程或者最終產(chǎn)品的粘度，達(dá)到控制不同批次產(chǎn)品的品質(zhì)一致性。

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此外，在油墨生產(chǎn)、印刷、油漆噴涂、洗滌劑與化妝品生產(chǎn)，膠囊生產(chǎn)以及澆涂、浸漬、滾涂等各類材料的涂布過(guò)程也都要進(jìn)行在線粘度測(cè)量。

流變學(xué)和流體類型

流變學(xué)和粘度

流變學(xué)研究的是在外力作用下，物體的變形和流動(dòng)的學(xué)科，研究對(duì)象主要是流體。而粘度是流變學(xué)中一個(gè)很重要的基本概念，粘度是流體流動(dòng)力對(duì)其內(nèi)部摩擦現(xiàn)象的一種表示，粘度大表現(xiàn)內(nèi)摩擦力大。分子量越大，碳?xì)浣Y(jié)合越多，這種力量也越大，因此粘度經(jīng)常用來(lái)表征分子量、聚合程度、有效成分含量等。在實(shí)際測(cè)量中，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)同一個(gè)流體的粘度值會(huì)有不同，這不是儀器有問(wèn)題，而是粘度測(cè)量中的正常現(xiàn)象，這可以用流變學(xué)理論來(lái)具體分析。

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流體類型

流體分為牛頓流體和非牛頓流體，牛頓流體是指流體的粘度不隨測(cè)量時(shí)的剪切率條件變化而變化，換一句話說(shuō)，如果是用同樣的測(cè)量方法和儀器，在不同的轉(zhuǎn)速下測(cè)量，粘度是不變的；而非牛頓流體是指流體的粘度隨著測(cè)量時(shí)剪切率條件變化而變化。常見的牛頓流體或接近牛頓流體的物質(zhì)有水、有機(jī)溶劑、汽油、柴油等小分子的流體或溶液。一般這類流體的粘度測(cè)量多采用毛細(xì)管式。
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在線粘度計(jì)實(shí)際選型中需要主要的問(wèn)題

目前，需要測(cè)量的產(chǎn)品大部分是剪切變稀的流體。聚合物、高分子材料等的熔體或溶液都是這種流變特性。因此，我們常常說(shuō)：“粘度不是一個(gè)點(diǎn)，而是一條曲線”。既然是一條曲線，那么到底取那個(gè)點(diǎn)更合適，或者說(shuō)測(cè)量到底是在哪個(gè)點(diǎn)上?這就需要根據(jù)儀器的測(cè)量原理和測(cè)試條件具體分析。

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單從流體的流變特性和粘度測(cè)量的目的來(lái)看，常用的原則是選用低剪切條件下的測(cè)量值，這樣可使流體在低剪切下測(cè)量，剪切變稀的現(xiàn)象不太明顯，使粘度指標(biāo)的靈敏性得到充分利用，提高監(jiān)測(cè)的靈敏度。

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在針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的在線粘度測(cè)量解決方案中，以旋轉(zhuǎn)法和震動(dòng)法相對(duì)較多，這兩種測(cè)量方法各有自己的適用場(chǎng)合，有些可以通用，有些不能通用?？紤]哪種方法更適用，不能只看工藝條件中的溫度、壓力、粘度范圍、安裝要求等，而應(yīng)該先從產(chǎn)品的流變學(xué)特性來(lái)考慮選擇。

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1.測(cè)量方法的選擇

旋轉(zhuǎn)法的測(cè)量剪切率可以準(zhǔn)確計(jì)算，也往往較低，一般都在200s-1以下，而震動(dòng)法的測(cè)量剪切率沒有辦法準(zhǔn)確計(jì)算，大概在1000~1500s-1。因此，對(duì)于剪切變稀的假塑性非牛頓流體，到底是旋轉(zhuǎn)法更適合，震動(dòng)法是否合適，就需要對(duì)物料進(jìn)行流變曲線的測(cè)量才能確定。

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根據(jù)一些行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用情況，簡(jiǎn)單做了一些歸納，供大家參考：

(1)低粘度流體，一般小于500mPa*s：這類流體一般為成品油、小分子的液體溶液，接近于牛頓流體，最佳的在線測(cè)量方法是毛細(xì)管式，其次可以使用旋轉(zhuǎn)式、活塞式和振動(dòng)式。

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(2)中等粘度流體，一般在幾百到10000mPa*s：這類樣品基本都是剪切變稀的非牛頓流體，剪切變稀的傾向十分明顯，最佳的在線測(cè)量方法是旋轉(zhuǎn)式，其次是振動(dòng)式和活塞式。

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(3)高粘度流體，一般在10000mPa*s以上：這類樣品基本也都是剪切變稀的非牛頓流體，在線測(cè)量的結(jié)果往往和實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果差異很大，主要原因是由于實(shí)驗(yàn)室和在線測(cè)量條件的差異，生產(chǎn)溫度往往要高于實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量溫度，這種情況下，最佳的在線測(cè)量方式是旋轉(zhuǎn)式，其次是振動(dòng)式。

2.安裝要求和物料問(wèn)題

以上的歸納是從流體的類型角度來(lái)考慮的，在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的要求，主要考慮安裝的要求，是安裝在管道上，還是安裝在反應(yīng)釜或容器上；是敞開體系，還是密閉的高溫高壓體系等；流體是否具有腐蝕性；流體會(huì)不會(huì)固化等來(lái)綜合考慮。

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一般物料不會(huì)固化，管路安裝的，采用旋轉(zhuǎn)法為第一選擇；如果需要直接安裝在反應(yīng)釜、物料會(huì)固化但下次生產(chǎn)會(huì)融化的情況，往往選用振動(dòng)法居多。含顆?；驎?huì)固化的物料，不能使用活塞式。

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在線粘度計(jì)實(shí)際使用中需要主要的問(wèn)題

對(duì)于在線測(cè)量結(jié)果和實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果的對(duì)比問(wèn)題

粘度的測(cè)量方法很多，實(shí)驗(yàn)室和在線粘度測(cè)量的方法和儀器也很多，這樣在進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比時(shí)一定要注意測(cè)量條件的一致性，這個(gè)一致性包括了測(cè)量方法和測(cè)量條件，測(cè)量條件又包括了測(cè)量溫度、壓力、流速、儀器的測(cè)量條件(剪切率)等，只有這些條件完全一致，測(cè)得的結(jié)果才會(huì)一致。

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但是實(shí)際應(yīng)用中這些條件很難一致，在這種情況下，很多人會(huì)考慮是否可以找到一個(gè)相互換算或轉(zhuǎn)換的方法，這種思路是正確的，但在實(shí)施過(guò)程中，由于這種關(guān)系的摸索需要一定數(shù)據(jù)的積累，而且最后的結(jié)果往往不是線性的，因此會(huì)對(duì)后續(xù)的直接使用造成一定的影響。因此根據(jù)不同的要求可以有不同的解決方法和做法。

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溫度補(bǔ)償問(wèn)題

由于實(shí)驗(yàn)室采樣測(cè)量的溫度和現(xiàn)場(chǎng)溫度經(jīng)常是不同的，而且現(xiàn)場(chǎng)的溫度也會(huì)有波動(dòng)，因此很多使用者會(huì)關(guān)心和需要溫度補(bǔ)償，這種需要也是很實(shí)際和必要的。目前市場(chǎng)上的在線粘度計(jì)產(chǎn)品都會(huì)提供溫度補(bǔ)償功能，但在實(shí)際使用中還是會(huì)有問(wèn)題，問(wèn)題到底在哪里呢?

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目前溫度補(bǔ)償?shù)睦碚撘罁?jù)是，通過(guò)設(shè)置參數(shù)對(duì)粘度進(jìn)行不同溫度點(diǎn)的計(jì)算，這在理論上是對(duì)的，一般都是根據(jù) ASTMD341 進(jìn)行計(jì)算，但是沒有注意到的是，這需要先行測(cè)量流體的粘度-溫度曲線，經(jīng)過(guò)計(jì)算才能獲得真實(shí)的參數(shù)，而不是根據(jù)公式簡(jiǎn)單的設(shè)置幾個(gè)參數(shù)，需要對(duì)測(cè)量的流體的粘-溫特性有所詳細(xì)了解后才能設(shè)置，不能隨意。

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結(jié)論

根據(jù)不同物料的流變特性和測(cè)量的要求，選取相應(yīng)合適的在線粘度計(jì)，在加以后續(xù)的粘度-溫度補(bǔ)償計(jì)算和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)對(duì)比，就可以在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行測(cè)量并輸出、顯示需要的結(jié)果，這樣就可以實(shí)現(xiàn)物料的在線粘度測(cè)量，同時(shí)和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)進(jìn)行直接對(duì)比。

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綜上所述，隨著在線粘度測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，在實(shí)際使用中也產(chǎn)生了一些問(wèn)題，這些問(wèn)題的由來(lái)主要是由于對(duì)流體的流變特性、實(shí)驗(yàn)室粘度測(cè)量方法、在線粘度測(cè)量方法和在線粘度計(jì)的特點(diǎn)了解不夠而造成的。在考慮在線粘度測(cè)量時(shí)，需要對(duì)被測(cè)流體的流變特性有一個(gè)基本了解，這樣可以選擇合適的在線粘度測(cè)量方法，選擇相應(yīng)的在線粘度計(jì)。