粘度测定实验指导书适用食品科学与工程专业

2011-04-25

                                粘度测定实验指导书适用食品科学与工程专业

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粘度是表示流体的内磨擦的物理量，是一层流体对另一层流体作相对运动的阻力。流体的粘度随温度而变，温度升高，液体粘度减小，而气体粘度增大。压力对液体粘度基本上无影响，而对气体粘度的影响只有在极高或极低压力下才比较明显,因此不注明温度条件的粘度是没有意义的。
对于流体,我们通常可以把它们分为两大类.1.牛顿流体,也就是理想流体,符合牛顿定律即两相邻流体层之间的单位面积上的内摩擦力（实际上是表面力中的切应力，又称剪应力，）与两流体层间的速度梯度dv/dy成正比，所有的气体和大部分低分子量（非聚合的）液体或溶液均属于牛顿型流体。.2.非牛顿流体,凡是不符合牛顿流体公式的流体,统称为非牛顿流体.其中,流变行为与时间无关的有:假塑性流体,胀塑性流体和宾汉(Bingham)流体.而流变行为跟时间有关的,又分为触变性流体和震凝性(即反触变性)流体
粘度值的表示方法：
a.绝对粘度：分为动力粘度和运动粘度。液体中有两层面积各为1平方厘米和相距1厘米的油液，相对移动速度为1厘米/秒时所产生的阻力，叫动力粘度。单位原是"泊"（P），实用单位是"厘泊"（CP）。换算成现行的法定计量单位用下式：
1泊（P）= 0.1帕*秒（Pa*S）
1厘泊（CP）= 0.01泊（P）= 1毫帕*秒（mPa*S）
在同一温度下液体的动力粘度与其密度的比值即为运动粘度。单位原是"斯"（St），实用单位是"厘斯"（cSt）。换算成先现行的法定计量单位可用下式：
1斯（St）= 10-4m2/s
1厘斯（cSt）= 1mm2/s
b.相对粘度：在工业生产中用各种特定仪器计量的粘度,例如恩氏的条件度，开口杯的时间。这些数值一般可通过公式转为绝对粘度。
粘度计的几种主要类型：
（1）旋转粘度计：它们通过浸入被测液中的转子的持续旋转形成的扭矩来测量粘度值，扭矩与浸入样品中的转子被粘性拖拉形成的阻力成比例，因而与粘度也成比例。1934年，Brookfield卖出了他的第一台表盘式粘度计，此后，他与父亲和兄弟一起开办了一个公司并将表盘式粘度计投放市场，这一产品后来成为世界粘度计的标准。许多协会及工业规范采用了布氏粘度计，国内标准中的NDJ系列就是仿制它的,其中NDJ-1相当于Brookfield的LVDV系列。
它测的是牛顿流体的绝对粘度和非牛顿流体的表观粘度，对于有触变性的流体会出现读数先是很大，然后逐渐减小的现象，使用不同的转子和转速得到的粘度值是不同的。所以对我们测的象水煤浆只有固定转子、转速，稳定一段时间测定的数值比较才有参考价值。
还有一种连续追踪淀粉糊化过程中粘度变化常用的布拉班德粘度计据说也是同样原理，但我没用过不敢评论。
（2）毛细管型：它的方法是在某一恒定的温度下，测定一定体积的液体在重力下流过一个标定好的玻璃毛细管粘度计的时间，粘度计的毛细管常数与流动时间的乘积，即为该温度下测液体的运动粘度。毛细管有乌氏、品氏、芬氏、逆流等多种形式，我们常用的是乌氏毛细管。使用时要注意要正确的选择毛细管。即试样在毛细管内流动时间不能少于200秒。若流动时间过快液体在毛细管内流动时会变成湍流而不适用于伯努力方程(Poiseuille)造成计算公式的偏差。另一方面若流速过快易造成视觉的偏差，而影响了分析的精度。测试样品应无杂质，否则它会粘附于毛细管壁使试样流动时间增加造成结果偏高。
（3）杯型：为了加快流速，节省测量时间，毛细管长度缩短，管径扩大，做成短管型或开口粘度杯。 它们测量过程简单易行，便于现场操作而被广泛采用。如恩氏粘度计、美国的福特杯和日本察恩杯等，我国参考福特4号杯，略作改动后制成我们常用的涂-4杯。虽然它可把液体流出粘度杯的时间t（秒）通过公式换算成运动粘度。但我个人认为它的精度不高，又没法控温，换算意义不大，反而用时间来表示比较直观。
（4）落球型：虽然我在大学时做过用落球法测定粘度的物理实验，但是目前市场上落球式粘度计似乎只有德国HAAKE公司，据说在30年代就发明了这种粘度计。它的宣传资料说“这是一种简单且精确的粘度计，适用于从气体到低，中粘度的透明或半透明流体。在工业和研究领域至今仍有它很重要的地位，尤其是用于测定低粘牛顿流体，如人血浆，饮料，啤酒等.”但我目前还没听说中国哪个行业将它作为标准，因此也没见谁用过。
（5）其它：粘度的测定针对不同样品，有着行业习惯和特点，我这里举的只是一些通用的例子。
其实实际还有很多种,比如在厂里一次报告中提到测定焦炉里煤的流动性，有一种特定的粘度计，在写这个贴子时我看到过GBX公司Viscodrop可以测量在加热炉中熔化的玻璃或陶瓷液滴的粘度，可以进行粘度、表面张力和接触角测量，温度范围从室温到1000 ℃或2100 ℃。由于仅是宣传，其原理和使用效果还不清楚。
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