摘 要: 運動黏度是石油產品一個很重要的技術指標，其對石油產品生產環節的流程控制以及最終產品的性能評價起著重要作用。液體運動黏度測定裝置種類較多，其中，毛細管法以其測量范圍廣、精度高等優點，在石油產品運動黏度測量中有廣泛的應用。本文就毛細管法運動粘度全自動測定裝置作分析研究。

　　關鍵詞: 運動黏度; 全自動; 測定裝置

　　1 毛細管法運動黏度計原理

　　根據 Poiseulle 定律，流體在水平圓管中作層流運動時，其體積流量 Q 與管子兩端的壓強差 Δp、管子的半徑 r 的 4 次方成正比，與管子的長度 L、流體的粘滯系數 η 成反比: 即 Q = π × r 4 × Δp /( 8ηL) 。根據這一原理，讓一定體積的液體在一定壓強差的條件下流過已知長度和半徑的毛細管，只需測量出其流動的時間，就可計算出液體的運動黏度。通常我們利用重力產生壓強差，即在一定溫度下，當液體在的直立的毛細管中，以完全濕潤管壁的狀態流動時，其運動粘度與流動時間成正比。這就是毛細管法黏度計的工作原理。據此，《石油產品運動黏度測定法和動力黏度計算法》( GB /T265—88) 指出，運動黏度是在某一恒定的溫度下，測定一定體積的液體在重力下流過一個標定好的玻璃毛細管黏度計的時間，黏度計的毛細管常數與流動時間的乘積，即為該溫度下測定的液體的黏度。

　　2 全自動測定裝置研制中應考慮的因素

　　對石油產品運動黏度測定裝置，以精度高、全自動為研制方向。為避免因湍流而造成誤差，務使試樣油在內徑為 0. 8mm 毛細管中的流動時間不少于 200s，在內徑為 0. 4mm 的毛細管中流動時間不少于 350s。根據上述原理，毛細管法運動黏度全自動測定裝置研制中，要充分考慮粘度計的尺寸及制造的精密性，試油在粘度計內流動時間自動測量方法及精度，粘度計浸入恒溫槽中的位置是否垂直，測定粘度時能否保持恒溫，試油中雜質、水分、氣泡是否充分清除。從全自動的要求考慮，裝置必須集溫度控制、黏度測定、清洗干燥、以及打印報告于一體，確保全自動、操作簡單、測量精度高。實現利用自動儀器提供測試環境及實驗條件，在已知嚴格控制的溫度條件下及可重現的驅動壓頭條件下，自動測量一定體積的液體在重力作用下流過玻璃毛細管黏度計的時間，自動計算所測量的時間與黏度計校正常數之積( 即液體的運動黏度) 。測試完成后儀器自動清洗、烘干玻璃毛細管。

　　3 測定裝置的組成

　　根據上述考慮，全自動運動黏度測定裝置一般應由溫度控制系統、主控制系統、閥路控制系統和測試架四部分組成。

　　3. 1 溫度控制系統溫度控制系統由恒溫槽、溫控單元、電加熱器、制冷機、攪拌系統、溫度傳感器等部件組成控制。溫度傳感器將溫度轉化為電信號傳輸給溫控單元，由溫控單元發出指令控制電加熱器或制冷機工作使恒溫槽達到設定溫度，攪拌系統可以使恒溫槽溫度均勻分布。

　　3. 2 主控制系統主控制系統由主控制器、電源模塊、鍵控器、顯示器、打印機、通訊模組和計時器等部分組成。裝置的啟動和停止，參數和數據的輸入輸出，溫度信號的采集，液位信號的讀取以及各功能部件工作狀態的檢查和協調配合，整機的運行等都在主控制系統管理下進行。

　　4 工作過程

　　全自動運動黏度測定裝置工作過程可分為恒溫、測試、清洗、烘干四個步驟，各工作過程可以單獨執行，也可以自動按順序完成。測試前黏度計必須清潔、干燥，將選好的黏度計測試架放置于裝置的測試架槽孔中，并確保黏度計處于垂直狀態，各支管連接上導氣管，測試架上的接線頭插于對應插座上。完成準備工作后裝樣，然后進入恒溫步驟: 設定好所需溫度和恒溫時間，機器自動進入樣品控溫和恒溫計時狀態，以達到試驗溫度要求。待溫度達到要求后則開始測試。

　　( 1) 透明液體黏度的測定利用平開維奇黏度計和烏別洛德黏度計進行測試，采用自動抽吸的方式將試樣抽吸到黏度計管壁第一個計時標線上方 7mm 左右。在試樣自由流動情況下，自動測定彎月面流過第一個計時標線至第二個計時標線所需的時間，如果兩次流動時間測定值符合所規定的確定性要求，則自動用兩個時間測定值的算術平均值計算試樣的運動黏度，測試完成自動存儲測試結果并打印出數據。如果流動時間小于規定的最小時間，則需選擇一個毛細管內徑更小的黏度計重新測量。如果兩個時間測定值不相符，測試將自動停止。 ( 2) 不透明液體黏度的測定利用坎農芬茨克不透明黏度計進行測試，抽樣時間一般設定為 3 ～ 5s，確保樣品液面到達黏度計毛細管的 1 /2 處為宜。當試樣自由流動時，自動記錄黏度計中試樣從第一個計時標線到第二個計時標線以及從第二個計時標線到第三個計時標線所需的時間。裝置根據所測量的兩個流動時間計算各段的運動黏度，取兩者的算術平均值作為最后的運動黏度值，存儲并打印實驗結果。測試完成后，按照設定好的程序，執行清洗、烘干步驟，完成對黏度計的自動清洗和烘干。

　　5 主要技術指標

　　5. 1 測量準確度 ( 1) 確定性( d) 在同一實驗室，由同一個操作者，使用同一儀器操作，對得到一個試驗結果的不同測定值之差不超過表 1 的要求:

　　2) 重復性( r) 在同一實驗室，同一個操作者，使用同一儀器，在相同條件下對同一試樣進行測定，得到的兩個試驗結果之差不超過表 2 的要求:

　　5. 2 溫控精度溫控精度滿足 ± 0. 01℃ 要求，測量溫度范圍在 10℃ ～ 120℃內。

　　5. 3 計時精度計時精確至 0. 01s，測量時間在 200s ～ 999s 范圍內，讀取的精度在 ± 0. 03% 內。

　　6 全自動黏度儀器各項指標都優于手動黏度儀器

　　( 1) 儀器控溫精度更高。依據標準 GB /T 265 - 88 石油產品運動黏度測試法和動力黏度計算法，手動儀器的恒溫點控溫精度為 ± 0. 1℃，例如控溫 20℃，則儀器控溫時溫度允許在 19. 9℃ ～ 20. 1℃之間波動。依據標準 DB35 石油產品全自動運動黏度測試方法，自動儀器的恒溫點控溫精度為 ± 0. 01℃，例如: 例如控溫 20℃，則儀器控溫時溫度允許在 19. 99℃ ～ 20. 01℃ 之間波動。

　　( 2) 儀器計時精度更高。依據標準 GB /T 265 - 88 石油產品運動黏度測試法和動力黏度計算法，手動儀器利用秒表計時，計時精度 0. 1S。依據標準 DB35 石油產品全自動運動黏度測試方法，自動儀器都要求自帶高精度計時器，計時精度可達到 0. 01S 或更高。

　　( 3) 自動儀器要求測試過程自動完成，并永久性存儲數據和自動打印。依據標準 GB /T 265 - 88 石油產品運動黏度測試法和動力黏度計算法，其測試時，需要手動操作吸液球，將液體從毛細管的存儲泡引流到一定的位置，之后松開吸液球，讓液體自由落體，再通過肉眼觀察液面記時刻度線，手動開啟秒表記時器，記錄液面流過兩個刻度線之間所需要的時間。

　　參考文獻

　　[1]周金輝，朱江 . 測定運動粘度影響因素的幾點討論[J]，新疆化工，2002，3.

　　[2]GB /T265 - 88《石油產品運動黏度測定法和動力黏度計算法》.

　　《石油產品運動黏度全自動測定裝置研究》來源：《計量與測試技術》，作者：李 琴。