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粘度測量和在線粘度計的應用 |
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任何人在開始研究有關流變的過程時一定會先問一個問題，那就是“為竹炭竹纖維什么要做粘度的測量呢？從事相關實驗的研究人員告訴我們，“它可以提供數(shù)據(jù)，包括流程的影響、公式的改變以及對象對時間的變化狀況，以幫助我們更進一步的了解實驗系統(tǒng)的行為，并且做相當程度的推測�！� 在流變特性的測量里，常見的是對于其品質(zhì)的控制，如一批批的原料必須有著一致的流變特性。也就是為了這個原因，對于產(chǎn)品的一致性與品質(zhì)的控制，大家相信流體的行為是一個最能夠直接測量的對象。
研究流體行為的另外一個原因，是因為它是一個可直接得到用于實際的估計數(shù)據(jù)的研究。如一個高粘度的液體，在傳送時我們知道需要比較高功率的泵。因此了解流變行為對于管線設計與泵的裝配設計是非常有用的。
另外在研究中也提出，物質(zhì)的特性在流變上的表現(xiàn)是敏感的，如物質(zhì)分子量的增加或是其分子量分布不一致，會直接反映在其流動行為上。這在高分子的合成上是很重要的，我們可以藉由其流變行為來比較其分子量，而不需大費周折地去測量其真正數(shù)值。它也是預測并控制產(chǎn)品特性、最終控制過程以保證原材料表現(xiàn)與行為的一種方法。
讓我們思考一個問題，“對一產(chǎn)品或流程，流變的某些參數(shù)是否對它們有著關聯(lián)性呢？”要知道問題的答案，直覺上我們必須要在材料的化學及物理現(xiàn)象上下功夫，而原因是因為它們會反映出流變行為�，F(xiàn)在，我們先假設這些信息我們已經(jīng)知道并且也確定了幾種可能性。我們要做的下一步是去收集一些關于流變的初步數(shù)據(jù)，并且思考決定此系統(tǒng)所表現(xiàn)出的流體行為特性屬于哪一范疇內(nèi)�；旧�，上述決定幫助我們選擇使用某一款粘度計做測量并且繪制其有關流體行為的結果。
一旦流體的行為已經(jīng)確定，我們就能對于系統(tǒng)成分間的互相作用情形有更詳細的了解。在儀器內(nèi)亦建有不少的數(shù)學模式可拿來對數(shù)據(jù)做最適當?shù)姆抡婺M。
這些數(shù)學模式范圍可以從簡單到復雜，有些僅是將數(shù)據(jù)繪制成圖表；其它則需要兩種變量比例的計算。有些是相當復雜的，需要用到計算器或計算機的程序處理。這類的分析可以將我們的資料作最有效的利用，常常也能由這些程序得到一些對流程與產(chǎn)品來說很重要的數(shù)字。
一旦我們能得知流變數(shù)據(jù)和產(chǎn)品品質(zhì)的關系，這些流程就能夠被我們一再地反復使用并控制，而測得的數(shù)據(jù)也可以幫助我們預先評估和控制產(chǎn)品的品質(zhì)。
在線粘度計產(chǎn)品
目前，Brookfield公司的在線粘度計產(chǎn)品主要有：VTA、VTE、TT-100、TT-200、TT220、AST-100等主要系列，各系列產(chǎn)品的測量范圍和適用范圍也不盡相同，在測量原理上，除了AST-100是采用振動式之外，其余均采用旋轉式的測量。
Brookfield經(jīng)典的實驗室旋轉粘度計可以調(diào)整不同的轉速，由一個浸入樣品中的轉子可以測得扭力。此轉子由一個馬達彈簧或傳感器帶動， 彈簧或傳感器的偏離由指針顯示(或者經(jīng)由數(shù)字化儀表顯示)。通過變速箱調(diào)整不同速度與使用不同轉子可以測得不同范圍的粘度。
粘度、粘力、流動的阻力(與彈簧或傳感器的松緊有關)與轉子的轉速、轉子形狀有關， 當轉速增加或轉子增大時粘力會加大。因此，當轉速增大或轉子變大時，粘度可以由彈簧或傳感器的偏離讀出。最小范圍的粘度可以由表面積最大的轉子與最高轉速測得；而最大范圍的粘度可由表面積最小的轉子與最慢轉速測得。同一個轉子在不同的轉速下，可以測量流體的流變特性。
粘度計主機包含了一個精確的鈹銅合金的彈簧或傳感器，在指針式的機型中，指針與軸承直接相連，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。在數(shù)字化儀表的機型中，一個變速度位移轉換器偵測軸承的轉角顯示在數(shù)字儀表板上。在線粘度計則可以輸出4～20mA的電信號、直流電壓信號或直接在儀表板上顯示。
在線粘度計的應用
隨著對產(chǎn)品品質(zhì)控制要求的提高，傳統(tǒng)的實驗室測量或滯后的檢驗已不能滿足要求，在線測量的應用和需求日益廣泛。
從在線粘度計的實際應用情況來看，使用的效果和實際收益大致可分成以下三類：
■ 產(chǎn)品的品質(zhì)與直接粘度有關
聚合物（化纖、樹脂等）合成的反應終點判定、食品（巧克力）、陶瓷漿等的配料準確性，這一大類的應用都直接利用粘度測量確定最終產(chǎn)品的質(zhì)量。
■ 產(chǎn)品主要質(zhì)量指標與粘度有關
膠囊的壁厚、印刷油墨的穩(wěn)定、瀝青的品質(zhì)分類、紙張的厚度等與粘度有關，需要在工藝中控制。
■ 工程設計或控制需要粘度指標
管道的設計、燃料的燃燒效率、輸送過程的監(jiān)測和控制等，都需要測量粘度以達到最佳或最經(jīng)濟的效果。
圖3是一石化用戶采用在線粘度計測量和用實驗室采樣分析所進行的數(shù)據(jù)對比分析，從分析結果看，在線測量的數(shù)據(jù)離散性明顯小于實驗室測量，同時經(jīng)擬合后的曲線相關系數(shù)明顯優(yōu)于實驗室測量，其主要原因在于實驗室采樣分析的條件與實際情況已有變化，因此測量誤差較大。
在線控制的效果用簡單的圖示可表證如上。
采用在線控制后質(zhì)量的波動小，且比較平滑，更有益于質(zhì)量控制和提高效率，降低質(zhì)量成本。
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