Hydramotion流体测量领域的革新者(二)

XL系列黏度计在非牛顿流体领域得到广泛的应 用 高剪切给各种工艺条件下的剪切相关性流体带 来可信度很高的重复性和灵敏性. 本篇文章将介绍面对非牛顿特性及苛刻的工艺 条件, Hydramotion的XL系列工艺黏度计如何保 持过程流体黏度测量的高准确度及重复性. Hydramotion过程黏度计大多数被用在那些属于 非牛顿性或剪切相关性程度很高的流体的连续 在线测量. 欲解释设备如何在这些应用中执行 它出色的性能,那么最好先讨论一下流体的特 性. 1.剪切稀化及剪切增稠 牛顿流体粘度显示不出随测量剪切率的变化而 变化,相反的,非牛顿流体的“黏度”却取决于 剪切率,这些流体被分类为剪切稀化及剪切增 稠. 剪切稀化是指随着剪切率升高,黏度减少.也被 称做假塑性体,当与时间有关时,叫触变性. 剪切增稠是指当剪切率升高时,粘度增加, 也叫 膨胀性,当与时间有关时,叫震凝现象. 这两种现象特性的流体都叫做非牛顿体. 总的 说来,绝大多数非牛顿流体是剪切稀化的.因此 本篇将把重点放在这些流体上. 剪切稀化的流体实际上被认为有两种牛顿区,第 一,低牛顿区,就是剪切率在低区,同时第二牛顿 区或高牛顿区是在高剪切率区,请参见图1,这些 分别写作η0和η∞. 2.剪切率 很明显的可以看出, 在高,低牛顿区,剪切率有 很大的不同. 旋转黏度计的剪切率可以很简单 的从黏度计转锤尺寸计算得出.它和容器壁的相 关位置,以及转动速度可以简单的描述如下: γ=V/d 这里：γ=剪切率 V=转锤表面速度 d=转锤表面和容器壁的距离 许多实验室用的黏度计是旋转式的，在高的转 锤转速情况下，可以获得1000S-1的剪切率，但 通常是在这个区下来进行某些方面的试验。 振动的设备并不取决于间隙大小d，即转锤和容 器壁间的距离，而且被表面深度δ所取代，也就 是剪切波进入流体的距离，并且通常是很小 的。剪切率的计算就复杂多了，但是比通过旋 转黏度计或低剪切率黏度计所得数据大多了， 例如获得20000S-1并不是难事。 对振动和其它类型的黏度计的剪切率对比说明 之后，黏度测量的效果可以通过图1剪切稀化曲 线及图2中各自的剪切率范围来评定。 3.剪切率对黏度读数的影响 虽然常强调与旋转黏度计作比较，但是值得一 提的是对其它工业黏度测量技术，例如落球 式，活塞式以及流出式，都属于低剪切。 在高剪切率下，我们可以立即地看出两大优 点： 1）高剪切率的黏度计可以很容易地达到高牛顿 区，在此区里黏度对剪切率变化的灵敏度很 低，而在低剪切率时，曲线经常呈现明显的非 线性特征，黏度随剪切率的变化是很大的。 2）虽然流速可以改变有效的剪切率，但是在高 剪切情况下，这就不太明显了。进一步的说， 由于振动传感器是在高牛顿区运转，而那里曲 线是平坦的，任何剪切率的变化并不能导致相 应的黏度的变化，也就是对流速有很好的抗干 扰性。 对这一理论，事实已经说明振动技术可以在很 宽的工艺条件下，粘弹性流体黏度测量的高重 复性。这种高重复性通常使剪切率的问题变的 无实际意义。 实际上，振动黏度计的高剪切条件对剪切稀化 流体的黏度读数比用低剪切黏度计所获得的读 数低，但是读数重复性经常很高，并且在其它 剪切条件下具有很好的黏度代表性。 4.剪切历程对流体的影响 在不同的剪切条件下，流体黏度测量还有的一 个问题就是，剪切能量可能对流体本身有影 响。有很多流体是触变性的，剪切力的持久作 用随着时间会导致黏度的下降，（例如搅拌使 涂料变稀） 一些低剪切装置（包括旋转式）可以给予足够 的剪切能量来改变流体本身至一个不同的黏 度，与Hydramotion振动技术有关的这种能量都 是很低的，以致于任何这种变化可以被忽略。 然而，重要的是要知道在触变性流体中的其他 的设备，如泵或搅拌臂，对黏度是有影响的。 在这种情况下，危险的是把测得黏度的改变错 误的看作是传感器的特性。而这实际上是流体 的一种特性以及流动剪切能量。设备实际上是 在测量正在发生的粘度的真实改变。 5.独立安装 有稳定速度的装置，如旋转黏度计，其剪切率 依赖于传感元件表面的接近程度（距离）。因 为每次安装都有尺寸上的差异，无法简单的将 传感器装进去就完了。用这种装置，为了维持 一个可预知的剪切率，传感器锤子必须封入一 个固定的空间里，这将存在流体流动的阻抗问 题，并且还会有其它相关联的问题，例如产生 碎片和复杂的安装。 而对于振动传感器，剪切率是由表面深度来决 定的，而不是与容器壁的接近程度。这项技术 允许黏度读数通过简单的把传感器元件置入流 体中获得，不需要其余的部件。在不同的位置 可以获得很高的重复性。换句话说，该设备对 周围环境具有抗干扰性，黏度的变化只是反应 流体本身真实的变化，而不是安装环境或其它 环境。这就意味着同样的设备可以随便放置到 其它测量位置，而没有必要重新校正或安装方 面的调节。 6.在线测量与实验室结果一致 在线黏度计测量和离线实验室黏度计测量之间 只是一个很简单的关系，而且大多数情况下， 两者的读数肯定可以调整。很多应用中，流程 控制通常是通过采样，然后送到实验室离线测 量。两种黏度计间的相关的评估周期在自动控 制被用在在线传感器上之前。 总之，在不同的流程条件下，如流速不同，在 剪切率依赖性的流体测量中，高剪切率带来可 信的重复性和灵敏性。 振动测量使之不受安装 环境的影响，允许它可以在任何场所应用，而 不会危及设备的完整性或性能。