流變學（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一步測量到**黏度的方法。 本章介紹了Brookfield黏度計的零件組成，并提供一些有用的操作技巧。
    那些專精于黏度測量的專家也許不用再看這些資料， 然而對于一般使用者， 在使用黏度計前都應(yīng)該閱讀。一個完整的基礎(chǔ)能夠增進**黏度的測量。

3.2 黏度計運作的原理

    Brookfield黏度計可以調(diào)整不同的轉(zhuǎn)速， 經(jīng)由一個沉浸入樣品中的轉(zhuǎn)子可以測得扭力。此轉(zhuǎn)子是由一個馬達彈簧所帶動， 此彈簧的偏離由指針所顯示(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)子可以測得不同范圍的黏度。
    黏度、 黏力、流動的阻力(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)， 當轉(zhuǎn)速增加或轉(zhuǎn)子增大時黏力會加大。 因此， 當轉(zhuǎn)速增大或轉(zhuǎn)子變大時， 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)速測得; 而*大范圍的黏度可由表面積*小的轉(zhuǎn)子與*慢轉(zhuǎn)速測得。同一個轉(zhuǎn)子在不同的轉(zhuǎn)速下， 可以測量流體的流變特性。 這些特性與技巧在第四與第五章會有討論。

    黏度計是由數(shù)個機械裝置所組成， 圖3-1顯示了指針式黏度計的主要裝置。

    馬達與變速箱是裝置在儀器頂端的機殼內(nèi)， 此機殼外貼有品牌標志。黏度計主機包含了一個**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。這個指針是由變速箱所驅(qū)動并且經(jīng)由彈簧控制軸承。 在指針式的機型中， 指針與軸承直接相連。在數(shù)字化儀表的機型中， 一個變速度位移轉(zhuǎn)換器偵測軸承的轉(zhuǎn)角并顯示在數(shù)為儀表板上。

 
 圖3-1

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

3.3 黏度測量技巧

    如同許多精密儀器一樣， 正確的操作方式有助于增進黏度計的工作效率。 可以在每一單元的操作手冊中找到每個操作步驟的介紹， 本章并不重復(fù)這些部分。 本章將提供一些建議與指導， 經(jīng)由這些完整的基礎(chǔ)指導，可以進一步完成許多進階的測量。

3.3.1保存記錄

    在進行黏度測量的步驟中， 我們建議數(shù)據(jù)的紀錄是必須的。 這包括了黏度計機型、 轉(zhuǎn)子型號(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黏度器所附的規(guī)格報表。

3.3.2 轉(zhuǎn)子與腳架

    在使用每個轉(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， 測得的黏度將不正確。當發(fā)現(xiàn)新的轉(zhuǎn)子有瑕疵或形狀上的損害時， 請與廠商聯(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。
    當在裝置轉(zhuǎn)子時， 請注意以左螺旋的方向以正確鎖緊。 為了避免對軸承造成傷害，在安裝轉(zhuǎn)子時請舉起轉(zhuǎn)子連結(jié)器。 當安裝好轉(zhuǎn)子之后， 請不要撞擊到容器內(nèi)壁， 以免損害軸承的對準。在將轉(zhuǎn)子以安裝到黏度計之前， 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)子的保護框架(guardleg某些機型有提供)可以保護轉(zhuǎn)子免于危害，并界定流體邊界條件，此外在使用1號或2號轉(zhuǎn)子時，對校正也有很大的影響。 這個保護腳架必須隨時使用， 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驗以修正數(shù)據(jù)的誤差。 關(guān)于這個步驟， 請參考3.3.10節(jié)的說明。

    注意： 只有LV與RV機型提供轉(zhuǎn)子保護框架，HA、 HB、 Cone/Plate黏度計并不需要這個框架。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

    必須使用一個適當?shù)霓D(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速， 才可能得到一個正確的黏度模式。 剛開始做黏度測試時，*好選擇轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速的方法是試誤法， 調(diào)整使黏度計的讀數(shù)在10到100之間，當讀數(shù)達到100時**度可以提高(請參考3.3.7節(jié))。如果讀數(shù)超過100， 請選擇一個較慢的轉(zhuǎn)速或較小的轉(zhuǎn)子。相反地， 如果讀數(shù)小于10， 請選擇一個較高的轉(zhuǎn)速或較大的轉(zhuǎn)子。
    如果樣品大致的黏度已經(jīng)測得， Factor Finder是*快的方法幫助我們選擇適當?shù)霓D(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速，方法是選擇一個包含樣品黏度的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子組合。
    對任何一組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速組合來說， *大測量的范圍等于轉(zhuǎn)子的factor乘以100。
    這個*大值也叫做``Full Scale Range''或``FSR''。 數(shù)字化的黏度計有個自動范圍(Auto Range)按鈕，選擇轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速后按下這個按鈕不放， 即可在儀表板上顯示FSR值。
    *小的測量范圍為FSR乘以10。 例如在LVT黏度計的2號轉(zhuǎn)子在12RPM時的Factor值為25。*大的測量范圍即為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)過這樣的準備，就能夠很適當?shù)剡x擇應(yīng)用的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速了。
    在測量多組的黏度數(shù)據(jù)時， 必須也要做同樣的動作選擇適當?shù)霓D(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速。當必須在不同的轉(zhuǎn)速下實驗。請選擇一組可以符合全部測量范圍的轉(zhuǎn)子。 這些必須使用一個讀數(shù)小于10的轉(zhuǎn)子只要**度還可以分辨。