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粘度測定實驗指導(dǎo)書適用食品科學(xué)與工程專業(yè)

2011-04-25

                                粘度測定實驗指導(dǎo)書適用食品科學(xué)與工程專業(yè)

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粘度是表示流體的內(nèi)磨擦的物理量，是一層流體對另一層流體作相對運動的阻力。流體的粘度隨溫度而變，溫度升高，液體粘度減小，而氣體粘度增大。壓力對液體粘度基本上無影響，而對氣體粘度的影響只有在極高或極低壓力下才比較明顯,因此不注明溫度條件的粘度是沒有意義的。
對于流體,我們通常可以把它們分為兩大類.1.牛頓流體,也就是理想流體,符合牛頓定律即兩相鄰流體層之間的單位面積上的內(nèi)摩擦力（實際上是表面力中的切應(yīng)力，又稱剪應(yīng)力，）與兩流體層間的速度梯度dv/dy成正比，所有的氣體和大部分低分子量（非聚合的）液體或溶液均屬于牛頓型流體。.2.非牛頓流體,凡是不符合牛頓流體公式的流體,統(tǒng)稱為非牛頓流體.其中,流變行為與時間無關(guān)的有:假塑性流體,脹塑性流體和賓漢(Bingham)流體.而流變行為跟時間有關(guān)的,又分為觸變性流體和震凝性(即反觸變性)流體
粘度值的表示方法：
a.絕對粘度：分為動力粘度和運動粘度。液體中有兩層面積各為1平方厘米和相距1厘米的油液，相對移動速度為1厘米/秒時所產(chǎn)生的阻力，叫動力粘度。單位原是"泊"（P），實用單位是"厘泊"（CP）。換算成現(xiàn)行的法定計量單位用下式：
1泊（P）= 0.1帕*秒（Pa*S）
1厘泊（CP）= 0.01泊（P）= 1毫帕*秒（mPa*S）
在同一溫度下液體的動力粘度與其密度的比值即為運動粘度。單位原是"斯"（St），實用單位是"厘斯"（cSt）。換算成先現(xiàn)行的法定計量單位可用下式：
1斯（St）= 10-4m2/s
1厘斯（cSt）= 1mm2/s
b.相對粘度：在工業(yè)生產(chǎn)中用各種特定儀器計量的粘度,例如恩氏的條件度，開口杯的時間。這些數(shù)值一般可通過公式轉(zhuǎn)為絕對粘度。
粘度計的幾種主要類型：
（1）旋轉(zhuǎn)粘度計：它們通過浸入被測液中的轉(zhuǎn)子的持續(xù)旋轉(zhuǎn)形成的扭矩來測量粘度值，扭矩與浸入樣品中的轉(zhuǎn)子被粘性拖拉形成的阻力成比例，因而與粘度也成比例。1934年，Brookfield賣出了他的第一臺表盤式粘度計，此后，他與父親和兄弟一起開辦了一個公司并將表盤式粘度計投放市場，這一產(chǎn)品后來成為世界粘度計的標(biāo)準(zhǔn)。許多協(xié)會及工業(yè)規(guī)范采用了布氏粘度計，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中的NDJ系列就是仿制它的,其中NDJ-1相當(dāng)于Brookfield的LVDV系列。
它測的是牛頓流體的絕對粘度和非牛頓流體的表觀粘度，對于有觸變性的流體會出現(xiàn)讀數(shù)先是很大，然后逐漸減小的現(xiàn)象，使用不同的轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)速得到的粘度值是不同的。所以對我們測的象水煤漿只有固定轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定一段時間測定的數(shù)值比較才有參考價值。
還有一種連續(xù)追蹤淀粉糊化過程中粘度變化常用的布拉班德粘度計據(jù)說也是同樣原理，但我沒用過不敢評論。
（2）毛細管型：它的方法是在某一恒定的溫度下，測定一定體積的液體在重力下流過一個標(biāo)定好的玻璃毛細管粘度計的時間，粘度計的毛細管常數(shù)與流動時間的乘積，即為該溫度下測液體的運動粘度。毛細管有烏氏、品氏、芬氏、逆流等多種形式，我們常用的是烏氏毛細管。使用時要注意要正確的選擇毛細管。即試樣在毛細管內(nèi)流動時間不能少于200秒。若流動時間過快液體在毛細管內(nèi)流動時會變成湍流而不適用于伯努力方程(Poiseuille)造成計算公式的偏差。另一方面若流速過快易造成視覺的偏差，而影響了分析的精度。測試樣品應(yīng)無雜質(zhì)，否則它會粘附于毛細管壁使試樣流動時間增加造成結(jié)果偏高。
（3）杯型：為了加快流速，節(jié)省測量時間，毛細管長度縮短，管徑擴大，做成短管型或開口粘度杯。 它們測量過程簡單易行，便于現(xiàn)場操作而被廣泛采用。如恩氏粘度計、美國的福特杯和日本察恩杯等，我國參考福特4號杯，略作改動后制成我們常用的涂-4杯。雖然它可把液體流出粘度杯的時間t（秒）通過公式換算成運動粘度。但我個人認(rèn)為它的精度不高，又沒法控溫，換算意義不大，反而用時間來表示比較直觀。
（4）落球型：雖然我在大學(xué)時做過用落球法測定粘度的物理實驗，但是目前市場上落球式粘度計似乎只有德國HAAKE公司，據(jù)說在30年代就發(fā)明了這種粘度計。它的宣傳資料說“這是一種簡單且精確的粘度計，適用于從氣體到低，中粘度的透明或半透明流體。在工業(yè)和研究領(lǐng)域至今仍有它很重要的地位，尤其是用于測定低粘牛頓流體，如人血漿，飲料，啤酒等.”但我目前還沒聽說中國哪個行業(yè)將它作為標(biāo)準(zhǔn)，因此也沒見誰用過。
（5）其它：粘度的測定針對不同樣品，有著行業(yè)習(xí)慣和特點，我這里舉的只是一些通用的例子。
其實實際還有很多種,比如在廠里一次報告中提到測定焦?fàn)t里煤的流動性，有一種特定的粘度計，在寫這個貼子時我看到過GBX公司Viscodrop可以測量在加熱爐中熔化的玻璃或陶瓷液滴的粘度，可以進行粘度、表面張力和接觸角測量，溫度范圍從室溫到1000 ℃或2100 ℃。由于僅是宣傳，其原理和使用效果還不清楚。
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