在線粘度計的種類繁多，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

這是實驗室旋轉(zhuǎn)粘度計的在線應(yīng)用原理。

• 工作原理：傳感器探頭直接浸入過程流體中。探頭通常由一個同心圓筒(轉(zhuǎn)子) 和一個定子 組成，或者是一個單軸的旋槳。電機驅(qū)動轉(zhuǎn)子以一個恒定的扭矩或恒定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。

  • 恒定轉(zhuǎn)速型：電機保持恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，流體粘度越高，對轉(zhuǎn)子的剪切阻力越大，維持該轉(zhuǎn)速所需的扭矩就越大。通過精確測量驅(qū)動電機所需的電流(扭矩)來計算粘度。

  • 恒定扭矩型：電機施加一個恒定的扭矩，流體粘度越高，對轉(zhuǎn)子的阻力越大，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度就越慢。通過測量在該扭矩下的轉(zhuǎn)速來計算粘度。

• 關(guān)鍵公式： 粘度 (η) ∝ 扭矩 (M) / 轉(zhuǎn)速 (ω)

• 優(yōu)點：測量準(zhǔn)確，測量范圍廣，能很好地對應(yīng)實驗室數(shù)據(jù)。

• 缺點：對機械密封要求高，在含有顆粒或易結(jié)垢的流體中，轉(zhuǎn)子有被卡住或磨損的風(fēng)險。

• 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. 振動式原理

這是目前非常流行的一種在線測量技術(shù)，因其結(jié)構(gòu)簡單、無運動部件、維護量小。

• 工作原理：傳感器探頭末端有一個振動元件(通常是簧片或圓盤)。由內(nèi)部的壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動該元件以其共振頻率進行持續(xù)、微幅的振動。

• 測量參數(shù)：

  1. 振幅衰減：當(dāng)探頭浸入流體中時，流體會對振動元件的振動產(chǎn)生阻尼作用。流體粘度越高，阻尼作用越強，振動振幅的衰減就越大。維持恒定振幅所需的驅(qū)動能量就越多。

  2. 共振頻率偏移：流體對振動元件的阻尼作用也會導(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。

• 系統(tǒng)通過測量“維持恒定振幅所需的驅(qū)動能量(電流)”或“共振頻率的變化”來計算出流體的粘度。

• 優(yōu)點：沒有運動部件，堅固耐用，響應(yīng)速度快，幾乎免維護，適用于含顆粒或易結(jié)垢的流體(但嚴(yán)重結(jié)垢仍會影響測量)。

• 缺點：測量的是表觀粘度，對流體流速比較敏感(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。

• 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)管粘度計的原理，通常稱為“差壓式”在線粘度計。

• 工作原理：在工藝管道上安裝一個恒流泵(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度和內(nèi)徑的精密毛細(xì)管。

• 測量參數(shù)：根據(jù)泊肅葉定律，流體流過毛細(xì)管時會產(chǎn)生壓力降(ΔP)。粘度越高，流動阻力越大，產(chǎn)生的壓力降就越大。

• 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)管長度)

• 系統(tǒng)通過精確測量毛細(xì)管兩端的壓差(ΔP)和已知的流量(Q)，即可計算出流體的粘度。

• 優(yōu)點：測量精度非常高，是測量牛頓流體粘度的基準(zhǔn)方法之一。

• 缺點：系統(tǒng)復(fù)雜(需要泵、精密毛細(xì)管和壓差傳感器)，對流體中的顆粒物非常敏感(容易堵塞毛細(xì)管)，維護工作量大。

• 應(yīng)用：主要用于對測量精度要求的場合，如精密化工、科研或作為標(biāo)定其他在線粘度計的標(biāo)準(zhǔn)。

溫度補償?shù)闹?/h3>

粘度對溫度極其敏感，溫度升高通常會導(dǎo)致粘度顯著下降。因此，所有在線粘度計都必須集成高精度的溫度傳感器(通常是Pt100)。

在線粘度計最終輸出的不僅僅是粘度值，很多時候是經(jīng)溫度補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帶來的測量誤差。
粘度范圍：不同原理的粘度計有其最佳測量范圍。

1. 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。

2. 過程條件：溫度、壓力、流速。

3. 精度要求：需要實驗室級的精度還是過程監(jiān)控級的精度。

4. 維護能力：是否能接受定期拆卸清洗和維護。

 

 

原理類型	工作原理	優(yōu)點	缺點	典型應(yīng)用
旋轉(zhuǎn)式	測量轉(zhuǎn)子在流體中旋轉(zhuǎn)的扭矩或轉(zhuǎn)速	測量準(zhǔn)確，范圍寬，可對標(biāo)實驗室數(shù)據(jù)	有運動部件，易磨損，怕顆粒和結(jié)垢	涂料、油墨、油脂、化工原料
振動式	測量振動

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