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用旋轉式粘度計測定非牛頓流體的粘度

2011-04-22

                                        用旋轉式粘度計測定非牛頓流體的粘度

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經過測定巧克力非牛頓流體粘度的實踐,體驗到牛頓流體的枯度與切應力和
切變速度等目素無關,非牛頓流體的粘度與切應力和切變速度等目素有關.針對非牛頓流體的這些特性,經過試驗,提由用NDJ1型旋轉牯度計測定巧克力流悻粘度的條件一和方法,以及消除影響測定牯度的因素.
不服從牛頓內摩擦定律的流體稱非牛頓流
一、概述
體.非牛頓流體的牯度與切應力和切變速度有關,在不同的r,.D下粘度不同.非牛頓流體
大致可以分三類,實際的類型是較多的,流體性質變化也不規律,因此給測定非牛頓流體的牯度帶來困難.本文介紹用ND卜1型旋轉式牯度計測定巧克力流體(非牛頓流體)牯度的情況.屬
測定粘度時必須首先知道被測流體的性質和種類,判定是牛頓流體,非牛頓流體.非牛頓流體大致可分為三大類:時間獨立性流體,
觸變性流體,粞彈性體.根據流體的性質和種類,選擇測定粘度用的粘度計,嚴格規定測定的條件,否則所決定的牯度值是無用的.
.
服從牛頓內摩擦定律的流體稱為牛頓流
體.國科學家牛頓給出表征內摩擦力的定律英1內摩擦力正比于流層移動的相對速度}.
二、旋轉粘度計結構原理
如圖1所示,步電機以穩定的速度旋轉.同連結刻度圓盤,再通過游絲和轉軸帶動轉子旋轉.如果轉子未受到流體的阻力,則游絲,指
2內摩擦力正比于流層間的接觸面積.3內摩擦力隨物體的物理性質面改變l.4內摩撩力與正壓力無關..
定律由下式表示
,,=H..t
式中
(r=≈)或或.D
,——內摩擦力,s——流層接觸面稅,
r—應(一})—切力r{)f—)l,_D—變度D)—切速(一},
n——粘度(稱動力粘度,滯系數,也牯內摩擦系數).牛頓流體的粘度與切應力和切變速度
無關
針與捌度圓盤同速旋轉,指針在刻度盤上指出的讀數為0反之,如果轉子受到流體的牯滯阻力,則游絲產生扭矩,與粘滯阻力抗衡后達到平衡,這時與游絲連接的指針在刻度圓盤上指示一定的讀數(即游絲的扭轉角).將讀數.

秉上特定的系數(本旋轉粘度計是用已知標準流體的粘度經檢定測得的系數)即得到流體的粘度.
慢下降,轉子逐漸浸入巧克力流體中,直到轉子液面標志和巧克力流體面相平為止.調整好儀器的水平位置,變速旋鈕置于低轉速檔按下指針控制桿,開啟電機,再放松指針控鉚
三、測定所需要的設備及材料
1、經計量部門檢定合格的ND卜1型旋.轉式粘度計}
2、DL51型超級恒溫槽,恒溫精度.0
±0.~1Cj
桿,使轉子轉動.察指針指示格數(轉角)觀偏,只要大約在3~900格之間就可以了.如果不在此范圍內,就按下指針控制桿,停電機后將變速旋鈕置于合適的轉速再開電機,放松指針控制桿,轉子繼續轉動,待指針穩定,就進行讀數.慢轉速,可以不停機,直接讀數快轉速,就必須按下指針控制桿,停電機后,再.
3、分度值為01的水銀溫度計}..℃450的高型燒杯(廣I三角瓶)0ml或Zl,直徑約為7rm;0a。讀數.當停電機后,指針停位不在讀數窗內,再開啟電機,反復幾次,直到能讀數為止.重
4、精度為1嘶的頻率表吹風機,.
復測定2～3次,取其平均值,計算測定粘度值.
5、無水乙醇等洗滌劑..
四,測定步驟與方法
首先用無水乙醇等洗滌劑清洗燒杯,轉子,保護槊等,再用吹風機吹干或烤干.把巧克力流體倒入50高型燒杯中,0ml投入超級恒溫槽內,水面高于巧克力流體面1rm.在S0aO±01C下恒溫,用玻棒不斷攪..拌,以便加速巧克力藏體溫度的均勻.當用溫
為了使讀者便于用牛頓流體與非牛頓流體進行比較,以加深對測非牛頓流體的認識,因此,就按上述測定方法,測定一個甲基硅油的粘度(牛頓流體)是.
五,計算測定結果
將測定的數值按下式計算粘度
,.一
Ka
度計插入巧克力流體中心部位測量它的溫度在30±01時,就可測定粘度了..℃根據巧克力流體在3~的粘度比較大,00時因而就選用3號和4號轉子分別來測定它的粘度.式中
——流體的粘度}
——
儀器常數(p·s)ar.
口——偏轉角.
根據JG1-1.28旋轉粘度甘檢定規程,對I5
ND卜1型旋轉粘度計進行檢定,澍出儀器的
常數值翊表2.
_2毫\值
根據被測流體的粘度,表l可供選擇轉子和轉速大小的參考先裝保護槊,再仔細裝上轉子,將儀器慢

測定非牛頓流體的表觀粘度(非牛頓牯度)時,需要固定轉子,轉速和測定時間,在這樣的條件下測得的表觀粘度復現性好,樞對誤差小.將測得巧克力流體的表觀粘度列于表3.現
/
謝定
列定時間
襲5
l植藹贏俸l測定溫度
}名轉干號數
轉建-轉于常數
4
『
定時括被潮流體I
葺洼
1"651K1小時測完30l;3幬4
膜序
8.9午791上28..9午79I上8.9午791上8.9午791上8.9午T9上6
稱i(c.)
針所指格晰(丹,K(as偏轉角)rPs轉,mP—)數(()a
30±O1.3±0l030±0130±01.3±D103±0l0
4
l
】54734.】54D『3Bl5433S.
81上午7998..9午791上8..9午791上8.9午791上J
89.上午7.9
430l0
30±0.1
30
163q.l639
i6.93
由于非牛頓流體的表觀粘度與切應力和切
據這些有關因素,變換測定條件,測得巧克力
流體的表現牿度如表4.
變速度有關,還與存放的時間長短等有關,根
襲4
瓢序
捌足時屑
體名稱()℃
母敦(/)-)轉丹s
Id
l
854842.
3
I平均值(a￡mP)
166607
890午巧克力372上0±01
85r8444
8.2上午7q0巧克力3±.o01
6
9168
2l5227.5243306j
3.下克lD890午巧力31720±
48.0午巧克力l792下30±016
17g7984
916B2.78
.1s15Is.9324
2J2『2758077210379.
已知牯崖為67101
57.下克3o89D午巧力l±1.20
8l午基硅油lo±o1792上甲3.
8..2f7q2下甲基硅油0±013
l3日6360』q3319.q96]0e6563
l2q18T
1639.3.15
625
6f6662525194
3l3l5156l3
(a-mP)
8.292下午甲基硅油1±0130.
8..2午基璉油l0.792下甲3±01
96B1
97816.22
6I306326114D8
6l6.692424102
.1褪量結果分析表明復現性好,標對0次4
六、對測定結果進行分析
1測定非牛頓流體的表現牿度,只要條.
件固定,鍘定的時間短,得的結果復現性好,測相對誤差小.表3中測得的1O次數據是測定時間在1小時內完成的,溫度,轉子,轉速都是相同的條件.
一、準偏差為95as相對誤差為0.和.mP·,7
在生產巧克力的工藝流程中,只要工藝條件規定在什么條件下巧克力的表觀粘度適合
定型,就按照工藝規定的條件下測定它的粘度,為工藝定型提供依據.
2.從表4測得朐9數據中論證了以下組幾個問題,
選擇轉子的號數(子的大小)和甩它的轉,
值來計算讀數的格數(器說明書規定讀數務儀必在3~900格之間為佳)例如巧克力流體,在30C時的粘度為163a.,4號轉予在30mPs3轉/時,它的值是163asO分9mP·,它的讀
(1從測定順序1與3數據比較()組或
2與4)它們的轉子與轉速相同,只是測定,的時間不同,測得的結果不同,上午測得的值小,下午測得的值大.其原因是非牛頓流體經攪拌和隨著存放時間的加長,巧克力流體內部
結構和物理性質在發生變化,所以測得的表觀粘度不一致.
   數(數)163163=6,,正好在格=0/9.393格3～9格之間,所以選擇4號轉子,把轉速開00到3轉/就比較理想了.O分
(2)從測定順序3與4組數據(l與或2)比較,轉速相同,轉子大小不同.轉子體積小(子號數大的)測定的值大,轉子體積轉
2.溫度是影響牯度的主要因素,因此要嚴格控制溫度,并且必須穩定15分鐘,波動
不大于±01..℃
    大(子號數小的)測定的值小.因非牛頓流轉體的牯度與切應力有關.轉子大小不同,即表
面積不同,它的切應力不同.(3從測定順序4與5組數據比較,轉)予相同,轉速不同,轉速小的測定值大,轉速大的測定值小.周非牛頓流體的牯度與切變速
3.裝卸轉子時要十分小心操作,不要使轉子橫向受力,轉子轉動必須同心,不能有擺動和振動,因此儀器要調水平,安裝垂直.
4電源電壓和頻率要穩定.如果頻率變.化,需要按下列公式修正,即度有關,轉速不同,它的切變速度不同.從以上5組數據充分證明測定非牛頓流體舶表觀牯度是比較困難的,只有在給定的條件下,在某一時間范圍內,可以測得相對誤差在1%范圍的數據,一般只能達到5嘶.3從表4測定順序6,7,8,9的4.實牯=示度妻際度指粘×
5.開始不知道被測流體的粘度值時,由應小到大試轉子,由慢到快試轉速但在測定非牛頓流體時,只可變換轉速,不能同時更換轉子,當變換轉速達不到要求時,再更換轉子.
6保證被測流體必須均勻,要充分攪拌.
7,測定時盡量將轉子置于被測流體中心,組數據中進行比較.被測流體是甲基硅油(牛頓流體)它的動力粘度為67.rP'a在,101ssa
時間,速,轉子大小都不同的條件下測得的轉同時使用保護架進行測定
8.要保證轉子十分清潔,保護架,盛試粘度值表明復現性很好,標準偏差為1.88as·,rPs平均值為6,mPs誤差=68,l18a·,8118
—、樣的杯等也要清潔,干燥.注意試樣中不能滲入水分.試樣杯在恒溫槽中固定位置后不能移動.
67.=1.rP'a誤差很小,準確度高,10II7ssa充分證明牛頓流體不隨流體存放時間,切應力嚴格按儀器說明書規定操作使用.,參考資料
(1)牯度,[日]田褚郎著,昧直釗譯,19年3月.川91
計量出版社.和切變速度的變化麗變化,比非牛頓流體的粘度好測定.
七,消除影響測定因素和
注意事項
I由于旋轉粘度計可以在測定過程中連.續改變旋轉的角速度,因此特別適用于測定
(2)力學計量.天津市計量管理局輻,1895年4月,
計量出版牡.
[)旋轉轱度計·¨1—l3G258檢定規程.18年1月.912
計量出版杜.
[4]
D卜1旗轉牯度計使用說明書.型
非牛頓流體的牯度.如何選擇旋轉的角速度。
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