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在線粘度計(jì)測(cè)量原理是什么
在線粘度計(jì)的種類繁多，但絕大多數(shù)都基于以下三種基本原理之一或組合：
1. 旋轉(zhuǎn)式原理
這是實(shí)驗(yàn)室旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的在線應(yīng)用原理。
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工作原理：傳感器探頭直接浸入過程流體中。探頭通常由一個(gè)同心圓筒(轉(zhuǎn)子) 和一個(gè)定子 組成，或者是一個(gè)單軸的旋槳。電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子以一個(gè)恒定的扭矩或恒定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
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恒定轉(zhuǎn)速型：電機(jī)保持恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，流體粘度越高，對(duì)轉(zhuǎn)子的剪切阻力越大，維持該轉(zhuǎn)速所需的扭矩就越大。通過精確測(cè)量驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的電流(扭矩)來計(jì)算粘度。
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恒定扭矩型：電機(jī)施加一個(gè)恒定的扭矩，流體粘度越高，對(duì)轉(zhuǎn)子的阻力越大，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度就越慢。通過測(cè)量在該扭矩下的轉(zhuǎn)速來計(jì)算粘度。
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關(guān)鍵公式： 粘度 (η) ∝ 扭矩 (M) / 轉(zhuǎn)速 (ω)
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優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量準(zhǔn)確，測(cè)量范圍廣，能很好地對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)。
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缺點(diǎn)：對(duì)機(jī)械密封要求高，在含有顆?；蛞捉Y(jié)垢的流體中，轉(zhuǎn)子有被卡住或磨損的風(fēng)險(xiǎn)。
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應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于石油、化工、涂料、食品等行業(yè)，適用于從低到中高粘度的清潔或半清潔流體。
2. 振動(dòng)式原理
這是目前非常流行的一種在線測(cè)量技術(shù)，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無運(yùn)動(dòng)部件、維護(hù)量小。
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工作原理：傳感器探頭末端有一個(gè)振動(dòng)元件(通常是簧片或圓盤)。由內(nèi)部的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)該元件以其共振頻率進(jìn)行持續(xù)、微幅的振動(dòng)。
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測(cè)量參數(shù)：
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振幅衰減：當(dāng)探頭浸入流體中時(shí)，流體會(huì)對(duì)振動(dòng)元件的振動(dòng)產(chǎn)生阻尼作用。流體粘度越高，阻尼作用越強(qiáng)，振動(dòng)振幅的衰減就越大。維持恒定振幅所需的驅(qū)動(dòng)能量就越多。
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共振頻率偏移：流體對(duì)振動(dòng)元件的阻尼作用也會(huì)導(dǎo)致其共振頻率發(fā)生變化。粘度越高，頻率偏移通常也越大。
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系統(tǒng)通過測(cè)量“維持恒定振幅所需的驅(qū)動(dòng)能量(電流)”或“共振頻率的變化”來計(jì)算出流體的粘度。
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優(yōu)點(diǎn)：沒有運(yùn)動(dòng)部件，堅(jiān)固耐用，響應(yīng)速度快，幾乎免維護(hù)，適用于含顆?；蛞捉Y(jié)垢的流體(但嚴(yán)重結(jié)垢仍會(huì)影響測(cè)量)。
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缺點(diǎn)：測(cè)量的是表觀粘度，對(duì)流體流速比較敏感(通常要求流體處于靜止或穩(wěn)流狀態(tài))，在低粘度范圍精度可能稍遜于旋轉(zhuǎn)式。
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應(yīng)用：幾乎適用于所有行業(yè)，特別是石化、制藥、食品飲料、造紙等過程中的各種流體，從低粘度溶劑到高粘度聚合物熔體。
3. 毛細(xì)管式原理
基于模擬毛細(xì)管粘度計(jì)的原理，通常稱為“差壓式”在線粘度計(jì)。
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工作原理：在工藝管道上安裝一個(gè)恒流泵(或利用管道本身流量)，迫使流體以層流狀態(tài)穩(wěn)定地通過一段已知長(zhǎng)度和內(nèi)徑的精密毛細(xì)管。
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測(cè)量參數(shù)：根據(jù)泊肅葉定律，流體流過毛細(xì)管時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓力降(ΔP)。粘度越高，流動(dòng)阻力越大，產(chǎn)生的壓力降就越大。
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關(guān)鍵公式： η = (π * ΔP * r?) / (8 * Q * L) (其中 r是毛細(xì)管半徑，Q是體積流量，L是毛細(xì)管長(zhǎng)度)
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系統(tǒng)通過精確測(cè)量毛細(xì)管兩端的壓差(ΔP)和已知的流量(Q)，即可計(jì)算出流體的粘度。
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優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度非常高，是測(cè)量牛頓流體粘度的基準(zhǔn)方法之一。
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缺點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜(需要泵、精密毛細(xì)管和壓差傳感器)，對(duì)流體中的顆粒物非常敏感(容易堵塞毛細(xì)管)，維護(hù)工作量大。
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應(yīng)用：主要用于對(duì)測(cè)量精度要求的場(chǎng)合，如精密化工、科研或作為標(biāo)定其他在線粘度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。
溫度補(bǔ)償?shù)闹?/h3>
粘度對(duì)溫度極其敏感，溫度升高通常會(huì)導(dǎo)致粘度顯著下降。因此，所有在線粘度計(jì)都必須集成高精度的溫度傳感器(通常是Pt100)。
在線粘度計(jì)最終輸出的不僅僅是粘度值，很多時(shí)候是經(jīng)溫度補(bǔ)償后的粘度值或在特定參比溫度下的粘度值，以確保數(shù)據(jù)的一致性，消除因過程溫度波動(dòng)帶來的測(cè)量誤差。
粘度范圍：不同原理的粘度計(jì)有其最佳測(cè)量范圍。
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流體性質(zhì)：是否含有顆粒、是否易結(jié)垢、是牛頓流體還是非牛頓流體。
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過程條件：溫度、壓力、流速。
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精度要求：需要實(shí)驗(yàn)室級(jí)的精度還是過程監(jiān)控級(jí)的精度。
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維護(hù)能力：是否能接受定期拆卸清洗和維護(hù)。
| 原理類型 | 工作原理 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) | 典型應(yīng)用 |
|---|---|---|---|---|
| 旋轉(zhuǎn)式 | 測(cè)量轉(zhuǎn)子在流體中旋轉(zhuǎn)的扭矩或轉(zhuǎn)速 | 測(cè)量準(zhǔn)確，范圍寬，可對(duì)標(biāo)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù) | 有運(yùn)動(dòng)部件，易磨損，怕顆粒和結(jié)垢 | 涂料、油墨、油脂、化工原料 |
| 振動(dòng)式 | 測(cè)量振動(dòng) |
