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童 剛：青島科技大學自動化與電子工程學院
1 引言
粘度是流體的重要物理性質之一，是食品業、油漆業、聚合涂層業、石油工業及其它工業的一個重要的標準特征。測量流體的粘度和流動性在工業生產和基礎學科研究中具有十分重要的意義。目前測量流體粘度的方法主要有毛細管法、旋轉法、振動法及落球法等等。其中，旋轉法是一種比較常用的方法，被廣泛地應用于測量牛頓型流體和非牛頓型流體的粘度及流變特性中[1]。筆者在研究用旋轉法測量聚丙烯酰胺溶液的粘度的過程中，詳細地了解了旋轉法的核心部件－旋轉式粘度計測量流體粘度的原理及其在大量不同的工業環境中的應用情況，特對其做一綜述。
2 旋轉式粘度計的基本原理
旋轉式粘度計主要是由一臺同步微型電動機帶動轉筒以一定的速率在被測流體中旋轉，由于受到流體粘滯力的作用，轉筒會產生滯后，與轉筒連接的彈性元件則會在旋轉的反方向上產生一定的扭轉，通過測量扭轉應力的大小就可以計算得到流體的粘度值。
旋轉式粘度計是一種比較精密的儀器。它適用于所有的流體，即牛頓型流體和非牛頓型流體；使用簡單，測量快速方便，數據準確可靠；便于連續測量，通過調節轉速可以測量不同剪切率下的流體粘度。但同時，旋轉式粘度計也有一些缺點，如所需的硬件設備較多，結構復雜，價格昂貴等。因此，在使用時要根據工業生產要求及工業環境來選擇合適類型的粘度計。
3 旋轉式粘度計的分類
旋轉式粘度計在工業中應用非常廣泛。近幾年來，隨著工業生產要求越來越嚴格，研究人員對結構和功能單一的旋轉式粘度計做了很多改進，推動了旋轉式粘度計的快速發展。包括既可以進行流體粘度的離線測量，也可以進行在線測量，同時還加入了單片機控制，傳感器以及數字化顯示數據等等，優化了旋轉式粘度計的功能，并在一定程度上克服了以前使用中的一些弊端。不僅擴大了旋轉式粘度計的應用范圍，還有利于在生產過程中對產品粘度進行實時監測和控制，給工業生產帶來了極大的便利。
根據所閱讀的大量的文獻，筆者認為現在國內外常用的旋轉式粘度計從結構上主要可以分為以下兩種：單圓筒旋轉式粘度計（如圖1所示）和雙圓筒旋轉式粘度計（如圖2所示）。
圖1 單圓筒旋轉式粘度計
圖2 雙圓筒旋轉式粘度計
3.1 單圓筒旋轉式粘度計
圖3 單圓筒旋轉式粘度計測量原理圖
如圖3，單圓筒旋轉式粘度計只有一個圓筒，由一臺微型同步電動機帶動上、下兩個圓盤和圓筒一起旋轉，由于受到流體的粘滯力作用，圓筒及與圓筒剛性連接的下盤的旋轉將會滯后于上盤，從而使得彈性元件產生扭轉，通過測量這個扭轉來得到小圓筒所受到的粘性力矩M，再根據馬克斯公式（式1）計算得到流體的粘度。
（1）
式中：紜
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號