不同機(jī)型粘度計測試數(shù)據(jù)的對比說明

發(fā)布時間:2024-07-28
粘度數(shù)據(jù)對比的前提
粘度計的粘度測量是一種相對測量。進(jìn)行同一個樣品的測量數(shù)據(jù)比較,需使用使用相同量程的粘度計機(jī)型(lv、rv、ha、hb等)以及相同的測量方法(包含轉(zhuǎn)子型號、轉(zhuǎn)速、測試溫度、讀數(shù)時間等);否則,同一樣品的測試結(jié)果可能會有很大的差異。
那么,當(dāng)我們使用了不同機(jī)型的粘度計測量同一個樣品時,結(jié)果會如何?這些粘度數(shù)據(jù)之間還有比較的可能性么?
當(dāng)我們使用不同機(jī)型的粘度計測量同一個樣品時,所得到的測試數(shù)據(jù)能否對比取決于具體的粘度計機(jī)型差異。某些機(jī)型之間,如測量系統(tǒng)(轉(zhuǎn)子)形狀相同的量程為rv/ha/hb系列的標(biāo)準(zhǔn)粘度計之間原則上可以進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)的對比。而標(biāo)準(zhǔn)粘度計本身的測量系統(tǒng)(轉(zhuǎn)子)形狀就不相同的lv機(jī)型和rv/ha/hb機(jī)型之間無法進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)對比。
基于以上前提,就不同機(jī)型粘度計的數(shù)據(jù)對比做一簡要說明。
不同量程的標(biāo)準(zhǔn)粘度計
標(biāo)準(zhǔn)粘度計滿量程粘度值的計算公式:
fsr = tk * smc *(100*100 / rpm)
注:tk為扭矩常數(shù),smc為轉(zhuǎn)子常數(shù),rpm為轉(zhuǎn)速。
各量程機(jī)型的tk值如下:
lv型= 0.09373
rv型= 1
ha型= 2
hb型= 8
以rv和hb機(jī)型的標(biāo)準(zhǔn)粘度計為例,由上式可得:相同的轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)速及溫度下,hb機(jī)型粘度計的測試量程為rv機(jī)型的8倍。
brookfield標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)粘度計測得的粘度數(shù)據(jù)是樣品的相對粘度值,因此,當(dāng)轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)速及溫度條件相同時,在儀器的量程范圍內(nèi),rv機(jī)型與hb機(jī)型測得的數(shù)據(jù)是基本一致的。但是由于儀器自身的測量誤差=當(dāng)前測試條件下的量程* 1%,因此hb機(jī)型測得數(shù)據(jù)的誤差是rv機(jī)型的8倍。
如樣品為單純的牛頓流體(樣品粘度不隨剪切率的改變而變化),在hb機(jī)型粘度計轉(zhuǎn)速選80rpm以及相同轉(zhuǎn)子(相同溫度)下,為了rv機(jī)型粘度計實測的粘度值與hb的相符則可考慮采用10rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測試。但實際樣品基本都是非牛頓流體(同一樣品,粘度隨剪切率的改變而變化),因此即使兩個儀器選定了理論上合適的扭矩常數(shù)(hb:rv=8:1)與轉(zhuǎn)速(hb:rv=8:1),也無法確保就能獲得一致的粘度值??紤]到不同機(jī)型粘度測量的相對獨(dú)立性和由樣品本身流變特性造成的測量數(shù)據(jù)不匹配性,為了獲得可靠的測試數(shù)據(jù)比對,建議與需要做比對的參照方使用同樣的機(jī)型。
brookfield旋轉(zhuǎn)粘度計的有效使用量程為扭矩值的10% - 100%。因此,當(dāng)rv型轉(zhuǎn)子粘度計的測試扭矩達(dá)到80%-100%之間時,才可與hb機(jī)型對比;如若該樣品使用rv型測得的扭矩值低于80%時,也就意味著使用hb型粘度計時,扭矩值低于10%,此時hb型測得的粘度數(shù)據(jù)是無效的!
如若必須使用rv機(jī)型與hb機(jī)型在相同轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)速和溫度的測試條件下進(jìn)行比較,原則上可通過同時調(diào)高2臺機(jī)型的轉(zhuǎn)速,或者更換尺寸更大的轉(zhuǎn)子,以使得rv機(jī)型的測試扭矩在80%-100%之間,以便2臺粘度計的測試數(shù)據(jù)同時落在10%-100%的有效扭矩測試范圍內(nèi)。但由于兩者之間的交集太窄,實際測試中很多樣品可能經(jīng)常會出現(xiàn)rv機(jī)型已超量程,而hb機(jī)型尚未達(dá)到有效讀數(shù)(扭矩百分比為10%以上)的情況。因此,實際當(dāng)中不同量程機(jī)型之間的數(shù)據(jù)對比基本上很難實現(xiàn)。
no.2
標(biāo)準(zhǔn)粘度計vs 錐板粘度計
標(biāo)準(zhǔn)粘度計與錐板粘度計的轉(zhuǎn)子形狀不同,因此儀器內(nèi)部計算粘度值的公式*不同,其測得的相對粘度值是不存在可比性的。但是從流變學(xué)的角度來看,由于粘度值=剪切應(yīng)力/剪切率,因此,當(dāng)樣品在相同的剪切速率及相同溫度的條件下,粘度計測得的粘度數(shù)據(jù)的變化關(guān)聯(lián)是有一定可比性的,但是如若需要得到的粘度值,則必須使用高級旋轉(zhuǎn)流變儀。
brookfield標(biāo)準(zhǔn)粘度計的ssa附件(小量樣品適配器)及錐板粘度計仿效了brookfield旋轉(zhuǎn)流變儀的設(shè)計,其設(shè)定的轉(zhuǎn)速與流變學(xué)意義上的剪切率(shear rate)存在一定的換算關(guān)系:
轉(zhuǎn)子剪切率= src(剪切常數(shù))*rpm
由上式可得,當(dāng)rv機(jī)型標(biāo)準(zhǔn)粘度計的sc4-14轉(zhuǎn)子(src=0.4)在100 rpm下時,對樣品的剪切率為0.4 * 100 = 40 1/s(剪切率單位為1/s)。此時,如若希望cap2000+型錐板粘度計的cap-05號轉(zhuǎn)子(src=3.3)得到相同的剪切率,則其轉(zhuǎn)速應(yīng)設(shè)為40 / 3.3 = 12 rpm。
實際測試中,盡管我們可以設(shè)定相同的剪切率與測試溫度,但是由于粘度測量的三個根本變量(粘度值/剪切應(yīng)力/剪切率)中我們的粘度計僅能得到一個剪切率變量,因此不同機(jī)型/不同測量體系下測得的粘度值也會存在一定的差異。
由此,我們應(yīng)該是更多地(實際上也只能)考慮不同機(jī)型/不同測量系統(tǒng)在相同剪切率(相同溫度)下同一樣品粘度可能存在的變化趨勢關(guān)聯(lián)性,而不要糾結(jié)于實測的粘度值是否相近或者相同。就實際經(jīng)驗而言,我們需要花費(fèi)很大的精力去做不同型號粘度計所測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性的統(tǒng)計分析,但終卻往往發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)并沒有好的比對關(guān)聯(lián)性,因此我們強(qiáng)烈不建議在不同粘度計機(jī)型/不同測量系統(tǒng)中來進(jìn)行測試數(shù)據(jù)的比對。
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