在线粘度计测量原理是什么

在线粘度计的种类繁多，但绝大多数都基于以下三种基本原理之一或组合：

1. 旋转式原理

这是实验室旋转粘度计的在线应用原理。

• 工作原理：传感器探头直接浸入过程流体中。探头通常由一个同心圆筒(转子) 和一个定子 组成，或者是一个单轴的旋桨。电机驱动转子以一个恒定的扭矩或恒定的转速旋转。

  • 恒定转速型：电机保持恒定转速旋转，流体粘度越高，对转子的剪切阻力越大，维持该转速所需的扭矩就越大。通过精确测量驱动电机所需的电流(扭矩)来计算粘度。

  • 恒定扭矩型：电机施加一个恒定的扭矩，流体粘度越高，对转子的阻力越大，转子的旋转速度就越慢。通过测量在该扭矩下的转速来计算粘度。

• 关键公式： 粘度 (η) ∝ 扭矩 (M) / 转速 (ω)

• 优点：测量准确，测量范围广，能很好地对应实验室数据。

• 缺点：对机械密封要求高，在含有颗粒或易结垢的流体中，转子有被卡住或磨损的风险。

• 应用：广泛应用于石油、化工、涂料、食品等行业，适用于从低到中高粘度的清洁或半清洁流体。

2. 振动式原理

这是目前非常流行的一种在线测量技术，因其结构简单、无运动部件、维护量小。

• 工作原理：传感器探头末端有一个振动元件(通常是簧片或圆盘)。由内部的压电陶瓷驱动器驱动该元件以其共振频率进行持续、微幅的振动。

• 测量参数：

  1. 振幅衰减：当探头浸入流体中时，流体会对振动元件的振动产生阻尼作用。流体粘度越高，阻尼作用越强，振动振幅的衰减就越大。维持恒定振幅所需的驱动能量就越多。

  2. 共振频率偏移：流体对振动元件的阻尼作用也会导致其共振频率发生变化。粘度越高，频率偏移通常也越大。

• 系统通过测量“维持恒定振幅所需的驱动能量(电流)”或“共振频率的变化”来计算出流体的粘度。

• 优点：没有运动部件，坚固耐用，响应速度快，几乎免维护，适用于含颗粒或易结垢的流体(但严重结垢仍会影响测量)。

• 缺点：测量的是表观粘度，对流体流速比较敏感(通常要求流体处于静止或稳流状态)，在低粘度范围精度可能稍逊于旋转式。

• 应用：几乎适用于所有行业，特别是石化、制药、食品饮料、造纸等过程中的各种流体，从低粘度溶剂到高粘度聚合物熔体。

3. 毛细管式原理

基于模拟毛细管粘度计的原理，通常称为“差压式”在线粘度计。

• 工作原理：在工艺管道上安装一个恒流泵(或利用管道本身流量)，迫使流体以层流状态稳定地通过一段已知长度和内径的精密毛细管。

• 测量参数：根据泊肃叶定律，流体流过毛细管时会产生压力降(ΔP)。粘度越高，流动阻力越大，产生的压力降就越大。

• 关键公式： η = (π * ΔP * r⁴) / (8 * Q * L) (其中 r是毛细管半径，Q是体积流量，L是毛细管长度)

• 系统通过精确测量毛细管两端的压差(ΔP)和已知的流量(Q)，即可计算出流体的粘度。

• 优点：测量精度非常高，是测量牛顿流体粘度的基准方法之一。

• 缺点：系统复杂(需要泵、精密毛细管和压差传感器)，对流体中的颗粒物非常敏感(容易堵塞毛细管)，维护工作量大。

• 应用：主要用于对测量精度要求的场合，如精密化工、科研或作为标定其他在线粘度计的标准。

温度补偿的重

粘度对温度极其敏感，温度升高通常会导致粘度显著下降。因此，所有在线粘度计都必须集成高精度的温度传感器(通常是Pt100)。

在线粘度计最终输出的不仅仅是粘度值，很多时候是经温度补偿后的粘度值或在特定参比温度下的粘度值，以确保数据的一致性，消除因过程温度波动带来的测量误差。
粘度范围：不同原理的粘度计有其最佳测量范围。