摘 要: 运动黏度是石油产品一个很重要的技术指标，其对石油产品生产环节的流程控制以及最终产品的性能评价起着重要作用。液体运动黏度测定装置种类较多，其中，毛细管法以其测量范围广、精度高等优点，在石油产品运动黏度测量中有广泛的应用。本文就毛细管法运动粘度全自动测定装置作分析研究。
关键词: 运动黏度; 全自动; 测定装置
1 毛细管法运动黏度计原理
根据 Poiseulle 定律，流体在水平圆管中作层流运动时，其体积流量 Q 与管子两端的压强差 Δp、管子的半径 r 的 4 次方成正比，与管子的长度 L、流体的粘滞系数 η 成反比: 即 Q = π × r 4 × Δp /( 8ηL) 。根据这一原理，让一定体积的液体在一定压强差的条件下流过已知长度和半径的毛细管，只需测量出其流动的时间，就可计算出液体的运动黏度。通常我们利用重力产生压强差，即在一定温度下，当液体在的直立的毛细管中，以完全湿润管壁的状态流动时，其运动粘度与流动时间成正比。这就是毛细管法黏度计的工作原理。据此，《石油产品运动黏度测定法和动力黏度计算法》( GB /T265—88) 指出，运动黏度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黏度计的时间，黏度计的毛细管常数与流动时间的乘积，即为该温度下测定的液体的黏度。
2 全自动测定装置研制中应考虑的因素
对石油产品运动黏度测定装置，以精度高、全自动为研制方向。为避免因湍流而造成误差，务使试样油在内径为 0. 8mm 毛细管中的流动时间不少于 200s，在内径为 0. 4mm 的毛细管中流动时间不少于 350s。根据上述原理，毛细管法运动黏度全自动测定装置研制中，要充分考虑粘度计的尺寸及制造的精密性，试油在粘度计内流动时间自动测量方法及精度，粘度计浸入恒温槽中的位置是否垂直，测定粘度时能否保持恒温，试油中杂质、水分、气泡是否充分清除。从全自动的要求考虑，装置必须集温度控制、黏度测定、清洗干燥、以及打印报告于一体，确保全自动、操作简单、测量精度高。实现利用自动仪器提供测试环境及实验条件，在已知严格控制的温度条件下及可重现的驱动压头条件下，自动测量一定体积的液体在重力作用下流过玻璃毛细管黏度计的时间，自动计算所测量的时间与黏度计校正常数之积( 即液体的运动黏度) 。测试完成后仪器自动清洗、烘干玻璃毛细管。
3 测定装置的组成
根据上述考虑，全自动运动黏度测定装置一般应由温度控制系统、主控制系统、阀路控制系统和测试架四部分组成。
3. 1 温度控制系统温度控制系统由恒温槽、温控单元、电加热器、制冷机、搅拌系统、温度传感器等部件组成控制。温度传感器将温度转化为电信号传输给温控单元，由温控单元发出指令控制电加热器或制冷机工作使恒温槽达到设定温度，搅拌系统可以使恒温槽温度均匀分布。
3. 2 主控制系统主控制系统由主控制器、电源模块、键控器、显示器、打印机、通讯模组和计时器等部分组成。装置的启动和停止，参数和数据的输入输出，温度信号的采集，液位信号的读取以及各功能部件工作状态的检查和协调配合，整机的运行等都在主控制系统管理下进行。
4 工作过程
全自动运动黏度测定装置工作过程可分为恒温、测试、清洗、烘干四个步骤，各工作过程可以单独执行，也可以自动按顺序完成。测试前黏度计必须清洁、干燥，将选好的黏度计测试架放置于装置的测试架槽孔中，并确保黏度计处于垂直状态，各支管连接上导气管，测试架上的接线头插于对应插座上。完成准备工作后装样，然后进入恒温步骤: 设定好所需温度和恒温时间，机器自动进入样品控温和恒温计时状态，以达到试验温度要求。待温度达到要求后则开始测试。
( 1) 透明液体黏度的测定利用平开维奇黏度计和乌别洛德黏度计进行测试，采用自动抽吸的方式将试样抽吸到黏度计管壁第一个计时标线上方 7mm 左右。在试样自由流动情况下，自动测定弯月面流过第一个计时标线至第二个计时标线所需的时间，如果两次流动时间测定值符合所规定的确定性要求，则自动用两个时间测定值的算术平均值计算试样的运动黏度，测试完成自动存储测试结果并打印出数据。如果流动时间小于规定的最小时间，则需选择一个毛细管内径更小的黏度计重新测量。如果两个时间测定值不相符，测试将自动停止。 ( 2) 不透明液体黏度的测定利用坎农芬茨克不透明黏度计进行测试，抽样时间一般设定为 3 ～ 5s，确保样品液面到达黏度计毛细管的 1 /2 处为宜。当试样自由流动时，自动记录黏度计中试样从第一个计时标线到第二个计时标线以及从第二个计时标线到第三个计时标线所需的时间。装置根据所测量的两个流动时间计算各段的运动黏度，取两者的算术平均值作为最后的运动黏度值，存储并打印实验结果。测试完成后，按照设定好的程序，执行清洗、烘干步骤，完成对黏度计的自动清洗和烘干。
5 主要技术指标
5. 1 测量准确度 ( 1) 确定性( d) 在同一实验室，由同一个操作者，使用同一仪器操作，对得到一个试验结果的不同测定值之差不超过表 1 的要求:
2) 重复性( r) 在同一实验室，同一个操作者，使用同一仪器，在相同条件下对同一试样进行测定，得到的两个试验结果之差不超过表 2 的要求:
5. 2 温控精度温控精度满足 ± 0. 01℃ 要求，测量温度范围在 10℃ ～ 120℃内。
5. 3 计时精度计时精确至 0. 01s，测量时间在 200s ～ 999s 范围内，读取的精度在 ± 0. 03% 内。
6 全自动黏度仪器各项指标都优于手动黏度仪器
( 1) 仪器控温精度更高。依据标准 GB /T 265 - 88 石油产品运动黏度测试法和动力黏度计算法，手动仪器的恒温点控温精度为 ± 0. 1℃，例如控温 20℃，则仪器控温时温度允许在 19. 9℃ ～ 20. 1℃之间波动。依据标准 DB35 石油产品全自动运动黏度测试方法，自动仪器的恒温点控温精度为 ± 0. 01℃，例如: 例如控温 20℃，则仪器控温时温度允许在 19. 99℃ ～ 20. 01℃ 之间波动。
( 2) 仪器计时精度更高。依据标准 GB /T 265 - 88 石油产品运动黏度测试法和动力黏度计算法，手动仪器利用秒表计时，计时精度 0. 1S。依据标准 DB35 石油产品全自动运动黏度测试方法，自动仪器都要求自带高精度计时器，计时精度可达到 0. 01S 或更高。
( 3) 自动仪器要求测试过程自动完成，并永久性存储数据和自动打印。依据标准 GB /T 265 - 88 石油产品运动黏度测试法和动力黏度计算法，其测试时，需要手动操作吸液球，将液体从毛细管的存储泡引流到一定的位置，之后松开吸液球，让液体自由落体，再通过肉眼观察液面记时刻度线，手动开启秒表记时器，记录液面流过两个刻度线之间所需要的时间。
参考文献
[1]周金辉，朱江 . 测定运动粘度影响因素的几点讨论[J]，新疆化工，2002，3.
[2]GB /T265 - 88《石油产品运动黏度测定法和动力黏度计算法》.
《石油产品运动黏度全自动测定装置研究》来源：《计量与测试技术》，作者：李 琴。
