流變學(xué)（七）

3.1 為什么應(yīng)該讀這章

    本章的目的介紹讓使用者可以更進(jìn)一步測(cè)量到**黏度的方法。 本章介紹了Brookfield黏度計(jì)的零件組成，并提供一些有用的操作技巧。
    那些專精于黏度測(cè)量的專家也許不用再看這些資料， 然而對(duì)于一般使用者， 在使用黏度計(jì)前都應(yīng)該閱讀。一個(gè)完整的基礎(chǔ)能夠增進(jìn)**黏度的測(cè)量。

3.2 黏度計(jì)運(yùn)作的原理

    Brookfield黏度計(jì)可以調(diào)整不同的轉(zhuǎn)速， 經(jīng)由一個(gè)沉浸入樣品中的轉(zhuǎn)子可以測(cè)得扭力。此轉(zhuǎn)子是由一個(gè)馬達(dá)彈簧所帶動(dòng)， 此彈簧的偏離由指針?biāo)@示(或者經(jīng)由數(shù)字化儀表顯示)。藉由變速箱調(diào)整不同速度與使用不同轉(zhuǎn)子可以測(cè)得不同范圍的黏度。
    黏度、 黏力、流動(dòng)的阻力(與彈簧的松緊有關(guān))與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子形狀有關(guān)， 當(dāng)轉(zhuǎn)速增加或轉(zhuǎn)子增大時(shí)黏力會(huì)加大。 因此， 當(dāng)轉(zhuǎn)速增大或轉(zhuǎn)子變大時(shí)， 可以由彈簧的偏離所讀出。 *小范圍的黏度可以由表面積*大的轉(zhuǎn)子與*高轉(zhuǎn)速測(cè)得; 而*大范圍的黏度可由表面積*小的轉(zhuǎn)子與*慢轉(zhuǎn)速測(cè)得。同一個(gè)轉(zhuǎn)子在不同的轉(zhuǎn)速下， 可以測(cè)量流體的流變特性。 這些特性與技巧在第四與第五章會(huì)有討論。

    黏度計(jì)是由數(shù)個(gè)機(jī)械裝置所組成， 圖3-1顯示了指針式黏度計(jì)的主要裝置。

    馬達(dá)與變速箱是裝置在儀器頂端的機(jī)殼內(nèi)， 此機(jī)殼外貼有品牌標(biāo)志。黏度計(jì)主機(jī)包含了一個(gè)**的鈹銅合金的彈簧， 另一端接在軸承上， 另一端直接接在指針上。這個(gè)指針是由變速箱所驅(qū)動(dòng)并且經(jīng)由彈簧控制軸承。 在指針式的機(jī)型中， 指針與軸承直接相連。在數(shù)字化儀表的機(jī)型中， 一個(gè)變速度位移轉(zhuǎn)換器偵測(cè)軸承的轉(zhuǎn)角并顯示在數(shù)為儀表板上。

 
 圖3-1

    在主機(jī)下方， 下端軸承進(jìn)入軸杯(pivot cup)中。 一個(gè)嵌入的的軸承隨著指針與位移轉(zhuǎn)換器旋轉(zhuǎn)，下端軸承與黏度計(jì)的轉(zhuǎn)子直接相連。

3.3 黏度測(cè)量技巧

    如同許多精密儀器一樣， 正確的操作方式有助于增進(jìn)黏度計(jì)的工作效率。 可以在每一單元的操作手冊(cè)中找到每個(gè)操作步驟的介紹， 本章并不重復(fù)這些部分。 本章將提供一些建議與指導(dǎo)， 經(jīng)由這些完整的基礎(chǔ)指導(dǎo)，可以進(jìn)一步完成許多進(jìn)階的測(cè)量。

3.3.1保存記錄

    在進(jìn)行黏度測(cè)量的步驟中， 我們建議數(shù)據(jù)的紀(jì)錄是必須的。 這包括了黏度計(jì)機(jī)型、 轉(zhuǎn)子型號(hào)(包括配件)、轉(zhuǎn)速、 樣品槽大小、 使否使用腳架等。 我們建議可以使用每一個(gè)黏度器所附的規(guī)格報(bào)表。

3.3.2 轉(zhuǎn)子與腳架

    在使用每個(gè)轉(zhuǎn)子之前必須先檢查一遍， 如果轉(zhuǎn)子已經(jīng)腐蝕或改變形狀了， 測(cè)得的黏度將不正確。當(dāng)發(fā)現(xiàn)新的轉(zhuǎn)子有瑕疵或形狀上的損害時(shí)， 請(qǐng)與廠商聯(lián)絡(luò)取得新的轉(zhuǎn)子。 如果你需要下特殊環(huán)境下使用，我們有316系列不銹鋼， 其表面并經(jīng)過Teflon處理，可供選擇。 此外， 特殊材質(zhì)的轉(zhuǎn)子也可以訂購。
    當(dāng)在裝置轉(zhuǎn)子時(shí)， 請(qǐng)注意以左螺旋的方向以正確鎖緊。 為了避免對(duì)軸承造成傷害，在安裝轉(zhuǎn)子時(shí)請(qǐng)舉起轉(zhuǎn)子連結(jié)器。 當(dāng)安裝好轉(zhuǎn)子之后， 請(qǐng)不要撞擊到容器內(nèi)壁， 以免損害軸承的對(duì)準(zhǔn)。在將轉(zhuǎn)子以安裝到黏度計(jì)之前， 必須先將轉(zhuǎn)子正確地置于樣品中， 以下是正確的步驟。
    轉(zhuǎn)子的保護(hù)框架(guardleg某些機(jī)型有提供)可以保護(hù)轉(zhuǎn)子免于危害，并界定流體邊界條件，此外在使用1號(hào)或2號(hào)轉(zhuǎn)子時(shí)，對(duì)校正也有很大的影響。 這個(gè)保護(hù)腳架必須隨時(shí)使用， 如果情況不允許使用腳架， 必須在結(jié)果中注明。然后必須另外做空白實(shí)驗(yàn)以修正數(shù)據(jù)的誤差。 關(guān)于這個(gè)步驟， 請(qǐng)參考3.3.10節(jié)的說明。

    注意： 只有LV與RV機(jī)型提供轉(zhuǎn)子保護(hù)框架，HA、 HB、 Cone/Plate黏度計(jì)并不需要這個(gè)框架。框架也不能與其它大部分配件一起使用。

3.3.3 選擇轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速

    必須使用一個(gè)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速， 才可能得到一個(gè)正確的黏度模式。 剛開始做黏度測(cè)試時(shí)，*好選擇轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速的方法是試誤法， 調(diào)整使黏度計(jì)的讀數(shù)在10到100之間，當(dāng)讀數(shù)達(dá)到100時(shí)**度可以提高(請(qǐng)參考3.3.7節(jié))。如果讀數(shù)超過100， 請(qǐng)選擇一個(gè)較慢的轉(zhuǎn)速或較小的轉(zhuǎn)子。相反地， 如果讀數(shù)小于10， 請(qǐng)選擇一個(gè)較高的轉(zhuǎn)速或較大的轉(zhuǎn)子。
    如果樣品大致的黏度已經(jīng)測(cè)得， Factor Finder是*快的方法幫助我們選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速，方法是選擇一個(gè)包含樣品黏度的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子組合。
    對(duì)任何一組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速組合來說， *大測(cè)量的范圍等于轉(zhuǎn)子的factor乘以100。
    這個(gè)*大值也叫做``Full Scale Range''或``FSR''。 數(shù)字化的黏度計(jì)有個(gè)自動(dòng)范圍(Auto Range)按鈕，選擇轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速后按下這個(gè)按鈕不放， 即可在儀表板上顯示FSR值。
    *小的測(cè)量范圍為FSR乘以10。 例如在LVT黏度計(jì)的2號(hào)轉(zhuǎn)子在12RPM時(shí)的Factor值為25。*大的測(cè)量范圍即為2500 cp， *小范圍為250 cp。 如果樣品的黏度為4000 cp，并需另外選擇轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速組合%以符合可測(cè)范圍， 然而如果樣品是2000 cp左右， 這樣的組合就十分適合。 經(jīng)過這樣的準(zhǔn)備，就能夠很適當(dāng)?shù)剡x擇應(yīng)用的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速了。
    在測(cè)量多組的黏度數(shù)據(jù)時(shí)， 必須也要做同樣的動(dòng)作選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速。當(dāng)必須在不同的轉(zhuǎn)速下實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)選擇一組可以符合全部測(cè)量范圍的轉(zhuǎn)子。 這些必須使用一個(gè)讀數(shù)小于10的轉(zhuǎn)子只要**度還可以分辨。