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旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)與旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)黏度有什么差異
最近總是被問到“旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)與旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)黏度有什么差異”這個(gè)問題，那今天就索性就來聊聊這個(gè)話題。旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)及其測(cè)量轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)流變儀及其測(cè)量夾具系統(tǒng)通常如下圖所示。
旋轉(zhuǎn)流變儀常用的測(cè)量夾具系統(tǒng)分別為錐板、平行板和同心圓筒，其每一種測(cè)量系統(tǒng)均有明確的幾何和尺寸，其測(cè)量場(chǎng)可以精確量化；測(cè)量黏度用到的剪切速率和剪切應(yīng)力均可由儀器控制和量測(cè)的角速率和扭矩精確換算得到。也就是說，在旋轉(zhuǎn)流變儀上測(cè)量黏度時(shí)，測(cè)量條件參數(shù)非常明確，且測(cè)量黏度用到的剪切應(yīng)力和剪切速率均可精確控制和測(cè)量。
旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)的轉(zhuǎn)子雖然也有著精確的形狀和尺寸，但與其配套使用的外杯通常并沒有嚴(yán)格的限制，這使得旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)的測(cè)量場(chǎng)不能準(zhǔn)確量化，因此，使用黏度計(jì)測(cè)量黏度時(shí)，并沒有像旋轉(zhuǎn)流變儀那樣明確的剪切速率和剪切應(yīng)力概念，而是直接使用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和扭矩使用如下方程計(jì)算黏度。
黏度=(扭矩/轉(zhuǎn)速)*轉(zhuǎn)子因數(shù)
其中轉(zhuǎn)子因數(shù)通常是通過測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)如標(biāo)準(zhǔn)油標(biāo)定得到的。可以看出，旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)在測(cè)量黏度時(shí)存在如下問題：
1）沒有明確的剪切速率概念，測(cè)試參數(shù)轉(zhuǎn)速與剪切速率雖然成正相關(guān)，但不太容易換算到剪切速率；
2）轉(zhuǎn)子因數(shù)確定需要通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定，這使得旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)的準(zhǔn)確度還依賴于用于標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。
若測(cè)試的樣品為牛頓流體，由于其黏度不依賴于剪切速率，使用黏度計(jì)理論上是可以測(cè)量準(zhǔn)確的。但若樣品是非牛頓流體，由于其黏度依賴于剪切速率，這種情況下使用黏度計(jì)測(cè)量得到的結(jié)果會(huì)由于沒有明確的剪切速率對(duì)應(yīng)而使得其不太好用于實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的性能評(píng)估而實(shí)用價(jià)值不大。
有不少讀者可能會(huì)有這樣的疑惑“相同轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)與旋轉(zhuǎn)流變儀的測(cè)量非牛頓流體的結(jié)果有可比性嗎？”，答案是沒有可比性。
在旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)上，即使轉(zhuǎn)子固定，給定的轉(zhuǎn)速也很難換算出對(duì)應(yīng)的剪切速率，而非牛頓流體的黏度是依賴于剪切速率的。而在旋轉(zhuǎn)流變儀上，即使轉(zhuǎn)速相同，但若測(cè)量夾具不同或測(cè)量夾具的幾何因子不同，同一轉(zhuǎn)算換算得到的剪切速率也是不同的，從而使得依賴于剪切速率的黏度并不會(huì)因?yàn)閮H僅是轉(zhuǎn)速相同就可以一致了。
需要說明的是，近年來一些高級(jí)旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)也引入了與旋轉(zhuǎn)流變儀相同的測(cè)量夾具系統(tǒng)，從而可以給出明確的剪切速率和剪切應(yīng)力，使得其測(cè)量結(jié)果在與旋轉(zhuǎn)流變儀基本一致；但其測(cè)量?jī)H限于黏度測(cè)量，而不能像旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)量動(dòng)態(tài)模量、松弛模量和蠕變?nèi)崃康?，其功能與旋轉(zhuǎn)流變儀仍存在較大差距……
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