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2012年注冊(cè)計(jì)量師考試計(jì)量專業(yè)實(shí)務(wù)知識(shí)點(diǎn)輔導(dǎo)40

發(fā)表時(shí)間:2012/2/20 14:24:14 來源:互聯(lián)網(wǎng) 點(diǎn)擊關(guān)注微信:關(guān)注中大網(wǎng)校微信
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粘度測量和應(yīng)用

對(duì)于粘性,人們很容易從諸如漿糊、膠水、油漆、蜂蜜、奶油、面糊這些熟悉的粘性液體感知,其實(shí)一切流體(包括水、酒精、血液、潤滑油、瀝青、面團(tuán)、膏劑、化妝品、熔化或軟化的塑料、橡膠、玻璃、金屬甚至氣體等)都具有粘性,因?yàn)檎承允橇黧w的基本特性,也就是說,凡是流體都具有粘性。粘性是流體的內(nèi)摩擦,是流體反抗形變(流動(dòng)是形變的形式之一)的特性。粘度是粘性的程度,是內(nèi)摩擦力或流動(dòng)阻力的度量。

一、粘度測量的應(yīng)用

流體的粘性有時(shí)會(huì)給生活帶來不便,給生產(chǎn)帶來麻煩。例如把原油從油田輸送到千里之遙的港口、基地、煉油廠,如果原油粘度太大,輸送就很困難,要費(fèi)很大的動(dòng)力。但人們也利用流體的粘性應(yīng)用于生產(chǎn),例如將具有合適粘度的潤滑油加進(jìn)機(jī)器的轉(zhuǎn)動(dòng)部件之間,將固體之間極大的干摩擦變成液體內(nèi)部很小的內(nèi)摩擦,使機(jī)器得以運(yùn)轉(zhuǎn)自如。修理自行車滾珠軸承時(shí),要加粘稠的黃油,就是利用潤滑脂靜止時(shí)為固態(tài),運(yùn)動(dòng)時(shí)為液態(tài)的特殊粘塑性能,將其置于敞開狀態(tài)的軸承中,作為特定場合下的潤滑劑等。粘度及其測量與人們生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究密切相關(guān)。特別在石油、化工、輕工、建材、煤炭、冶金、交通、國防、航天等國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

在石油開采和化工生產(chǎn)中都離不開粘度測量。

原油的粘度反映了其在地下的復(fù)雜的流動(dòng)狀態(tài),研究地層中不同溫度、壓力及地質(zhì)結(jié)構(gòu)下的原油粘度,可以達(dá)到合理開采及提高原油產(chǎn)量。原油的管道設(shè)計(jì)、輸送動(dòng)力及管溫計(jì)算,把原油從儲(chǔ)油罐泵送到蒸餾塔以及潤滑油的調(diào)和都與粘度密切相關(guān)。

在化學(xué)工業(yè)中,橡膠、塑料、化纖等三大合成材料、油漆、涂料、粘膠、印刷油墨、各種乳液等的生產(chǎn)過程中的化學(xué)反應(yīng)、終點(diǎn)的控制和加工成型都要做粘度測量。

在聚合物的生產(chǎn)過程中,要根據(jù)不同產(chǎn)品控制不同的聚合度,而聚合度是通過測量粘度實(shí)現(xiàn)的。據(jù)說某廠在生產(chǎn)有機(jī)玻璃時(shí),由于粘度沒有測準(zhǔn),聚合過了頭,即沒有及時(shí)控制住反應(yīng)終點(diǎn)而發(fā)生反應(yīng)釜爆炸的嚴(yán)重后果。橡膠、塑料及許多高分子材料在進(jìn)行各種加工成型(如壓塑、注塑、擠塑、吹塑、壓延、積成、流動(dòng)成型等)時(shí),如果粘度不合適,就會(huì)生產(chǎn)加工出劣質(zhì)的輪胎、膠鞋及塑料制品。合成纖維在紡絲過程中,紡絲液粘度用來控制紡絲的粗細(xì)及計(jì)算拉絲機(jī)的動(dòng)力。造紙工業(yè)中紙張的施膠及涂布加工必須控制膠液的粘度。

建材、冶金工業(yè)中,粘度也是高溫熔體的重要物理特性及工藝參數(shù)。不同工藝條件下的玻璃粘度如果不合適,吹制出的顯像管及玻璃儀器就會(huì)出現(xiàn)扭紋、氣泡等不均勻的劣質(zhì)品;采用液態(tài)排渣法的發(fā)電廠需要測定熔融狀態(tài)下煤渣粘度以達(dá)到順利排渣,金屬冶煉時(shí)熔體的粘度只有達(dá)到恰當(dāng)值,金屬與礦渣才能徹底分離,既保證金屬質(zhì)量又能節(jié)省能源。

此外,測量食品(如奶油、巧克力、冰淇淋、面團(tuán)、糖?。⑺幤?、膏狀化妝品、洗滌劑及它們的原料的粘度,對(duì)于原料調(diào)配柔和、加工制作及產(chǎn)品質(zhì)量都有密切的關(guān)系。

粘度測量對(duì)于醫(yī)療保證十分重要,心血管疾病及癌瘤等疑難病癥,幾乎所有醫(yī)院及醫(yī)療部門為診斷要做血液的粘度測量。如果粘度測量不準(zhǔn),將會(huì)引起誤診,甚至造成嚴(yán)重的醫(yī)療事故。此外,尿液、痰、關(guān)節(jié)液及其他生理液體粘度診斷學(xué)意義也已受到普遍重視。

粘度又是石油化工產(chǎn)品的重要質(zhì)量指標(biāo)。各種石油產(chǎn)品的規(guī)格按粘度來分類,并以它來檢查產(chǎn)品的合格率。因?yàn)槭彤a(chǎn)品的粘度在許多場合至關(guān)重要,如潤滑油及潤滑脂的粘度關(guān)系工作零件的磨損、發(fā)動(dòng)機(jī)的靈活啟動(dòng),如果粘度不合適,輕則機(jī)器不能正常運(yùn)行、損壞機(jī)器,重則釀成嚴(yán)重事故,如交通事故、飛行事故等。煤油、柴油等各種燃料要有合適的粘度才能在霧化器中得到充分霧化,達(dá)到最佳的燃燒效果,能源得到充分利用;瀝青要求具有使道路及建筑物易于施工,又要保證施工質(zhì)量的粘度。

航天工業(yè)領(lǐng)域,火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中,幾噸、十幾噸重的燃料在幾秒鐘內(nèi)就要燃燒完以產(chǎn)生巨大推力,這些特種的固體、液體燃料的粘度大大影響燃料的注造工藝及質(zhì)量,影響到衛(wèi)星及導(dǎo)彈的發(fā)射成功率;火箭炮燃料的粘度影響其準(zhǔn)確射程。潤滑油等各種石油產(chǎn)品的粘度對(duì)于坦克、槍炮、兵艦、飛行器等的安全運(yùn)行也具有特別重要的意義。

油漆與涂料的粘度如果太大,噴涂物的表面就不會(huì)光滑均勻,且容易脫落,粘度太小容易流掉,達(dá)不到施工質(zhì)量。印刷油墨的粘度影響印刷品(包括錢幣等)的印刷質(zhì)量與效果,國家絕密的鈔票印制重地,就需要開展大量的精密粘度測試。2012年注冊(cè)計(jì)量師考試

粘膠、粘合劑、膠液的粘度影響涂膠工藝、工件膠接性能以至電影膠片的上膠質(zhì)量等。粘膠纖維原液、棉紗漿料的粘度影響到產(chǎn)品質(zhì)量及上膠工藝。

二、粘度的定義及基、標(biāo)準(zhǔn)

下圖可以對(duì)粘度加以定量的描述。在兩塊平行平板M和N中充滿液體,使下板N固定不動(dòng),沿切線方向?qū)ι习錗施加切向力F,使其以速度U向前運(yùn)動(dòng),此時(shí)兩平板間的液體也由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài),但是上下液體的運(yùn)動(dòng)速度不同,越靠上速度越大,越近下板速度越小,運(yùn)動(dòng)逐層由上向下傳遞,形成如圖所示的速度分布。

圖中流層間的速度差Δv與層間距離Δy之比Δv/Δy稱為速度梯度,也稱剪切速率D(D=dv/dy)。而設(shè)液層面積(同平板面積)為S,切向力與面積之比F/S稱為剪切應(yīng)力τ,則粘度(又稱動(dòng)力粘度)η的定義為剪切應(yīng)力τ與剪切速率D之比,即η=τ/D,粘度的SI單位為Pa·s。不同流體粘度不同,相同流體在不同溫度下粘度也不同,如20 ℃下空氣、水、血液(37 ℃)、潤滑油、蜂蜜、瀝青分別為0.018、1、4~16、102、104、108 mPa·s。

在許多場合,運(yùn)動(dòng)粘度這個(gè)量更便于使用與易于測量,運(yùn)動(dòng)粘度v是同溫度下的動(dòng)力粘度η密度p之比,即v=η/p。運(yùn)動(dòng)粘度的SI單位為m2/s。

粘度測量方法最常用的有毛細(xì)管法、旋轉(zhuǎn)法、落體法、流動(dòng)杯法、振動(dòng)法等。

粘度基、標(biāo)準(zhǔn)。粘度的起始標(biāo)準(zhǔn)是純水,純水的粘度必須通過絕對(duì)測量得到,大多數(shù)國家都沒有開展純水粘度的絕對(duì)測量,各國統(tǒng)一采用美國NIST的測定值,即20 ℃純水的動(dòng)力粘度為1.002 mPa·s,運(yùn)動(dòng)粘度為1.0038 mm2/s。以它為準(zhǔn)用相對(duì)法建立各國的粘度基準(zhǔn)。我國的粘度基準(zhǔn)已建立30多年,基準(zhǔn)的量程為(1~1×105 〕mm2/s,總不確定度為0.05%~0.4%。該基準(zhǔn)參加過18次國際比對(duì),歷次比對(duì)結(jié)果在國際上都處于領(lǐng)先或先進(jìn)水平。

粘度國家基準(zhǔn)建立在國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心,粘度標(biāo)準(zhǔn)建立在省、自治區(qū)、國防、航天等重要部委及部門、重要廠礦計(jì)量單位。目前國內(nèi)已建立粘度標(biāo)準(zhǔn)的單位有約70個(gè),借助標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)及一、二級(jí)粘度標(biāo)準(zhǔn)液,將粘度量值從國家基準(zhǔn)逐級(jí)傳遞下去。

除了上述的常溫粘度基、標(biāo)準(zhǔn)以外,國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心還建立了600 ℃~1 400 ℃的高溫粘度標(biāo)準(zhǔn),其粘度量程為102~1012 dPa·s,不確定度為±4%~±20%,研制了高溫粘度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)——標(biāo)準(zhǔn)玻璃,開展高溫粘度的檢測工作。

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