1. 旋轉(zhuǎn)式
這種方式是實驗室旋轉(zhuǎn)粘度計的工業(yè)在線版本,通過測量扭矩或轉(zhuǎn)速來得到粘度。
檢測原理:儀表的傳感器探頭內(nèi)部有一個由電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)子(或旋槳)。該電機以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),流體粘度越高,阻礙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的剪切力越大,維持恒定轉(zhuǎn)速所需的扭矩就越大。反之,有些設(shè)計采用施加恒定扭矩,然后測量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速。
如何檢測:系統(tǒng)通過高精度傳感器測量驅(qū)動電機的電流(與扭矩成正比),并根據(jù)已知的轉(zhuǎn)速,通過公式 η ∝ 扭矩 / 轉(zhuǎn)速 計算出粘度值。
特點:
優(yōu)點:測量準(zhǔn)確,數(shù)據(jù)可靠,與實驗室粘度計相關(guān)性好,測量范圍寬。
缺點:有運動部件,存在機械密封問題,在含顆?;蛞捉Y(jié)垢的介質(zhì)中轉(zhuǎn)子有卡死或磨損的風(fēng)險。
適用:中高粘度的清潔或半清潔流體,如涂料、油墨、油脂、樹脂、膠粘劑等。
2. 振動式
這是目前最主流的在線粘度檢測技術(shù),因其結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用。
檢測原理:傳感器探頭頂端有一個振動元件(如簧片、圓桿或圓盤)。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微幅的、持續(xù)的振動。當(dāng)浸入流體后,流體會對振動產(chǎn)生阻尼。
如何檢測:
功耗/振幅檢測:系統(tǒng)需要消耗額外的能量來克服流體阻尼,以維持振動元件恒定的振幅。流體粘度越高,阻尼越大,所需的驅(qū)動能量(電流)就越大。測量這個電流值即可計算出粘度。
頻率檢測:流體的阻尼作用也會導(dǎo)致振動元件的共振頻率發(fā)生偏移。監(jiān)測頻率的變化量也可以換算成粘度值。
(現(xiàn)代振動式粘度計通常綜合測量這兩者)
特點:
優(yōu)點:無任何運動部件,堅固耐用,響應(yīng)速度快,幾乎免維護,耐顆粒物性能較好。
缺點:測量的是表觀粘度,對流體流速比較敏感(需安裝在流速穩(wěn)定或緩慢的區(qū)域),在低粘度范圍(<100cP)的精度和分辨率可能不如旋轉(zhuǎn)式。
適用:應(yīng)用極其廣泛,幾乎覆蓋所有行業(yè),從低粘度的溶劑(幾個cP)到高粘度的聚合物熔體(數(shù)百萬cP),如石油、化工、制藥、食品、造紙等。
3. 毛細(xì)管式(差壓式)
這種檢測方式模擬了實驗室毛細(xì)管粘度計的工作原理。
檢測原理:在過程管道上安裝一支已知幾何尺寸(內(nèi)徑和長度)的精密毛細(xì)管,并利用管路中的泵或系統(tǒng)壓力,使流體以穩(wěn)定的層流狀態(tài)流過它。
如何檢測:根據(jù)流體力學(xué)中的哈根-泊肅葉定律,層流狀態(tài)下流體通過毛細(xì)管的壓力降(ΔP) 與流體的粘度成正比。系統(tǒng)通過安裝在毛細(xì)管兩端的高精度差壓變送器測量壓差,并結(jié)合體積流量(Q) 的測量值,通過公式 η = K * ΔP / Q (K為毛細(xì)管常數(shù))計算出粘度。
特點:
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(需要毛細(xì)管、差壓變送器和流量計),對流體中的顆粒物極其敏感(極易堵塞毛細(xì)管),維護工作量大,安裝要求高。
適用:主要用于對精度要求的牛頓流體,如精密化學(xué)品、潤滑油基礎(chǔ)油、科研或作為工廠標(biāo)定其他在線粘度計的標(biāo)準(zhǔn)裝置。
4. 活塞式
這種方式比較特殊,但適用于工況。
檢測原理:傳感器內(nèi)部有一個磁力驅(qū)動的活塞在精密制造的缸套內(nèi)做往復(fù)運動。流體被吸入和排出活塞與缸套之間的環(huán)形空隙。
如何檢測:測量活塞完成一個固定行程所需的時間。流體粘度越高,對活塞的阻力越大,完成循環(huán)的時間就越長。因此,它輸出的是時間,但其刻度與粘度值成正比,可換算為粘度值。
特點:
優(yōu)點:極其堅固,耐受高壓(可達1000bar以上)、高溫和高粘度,對流程波動和顆粒物有一定耐受性。
缺點:響應(yīng)速度較慢(是周期測量而非連續(xù)測量),精度通常低于旋轉(zhuǎn)式和振動式。
適用:重油、瀝青、聚合物熔體、化工反應(yīng)等高壓、高溫、高粘度的工況。
5. 聲波式 / 超聲波式
這是一種非接觸或接觸式的較新技術(shù)。
檢測原理:利用超聲波穿透流體或在其表面?zhèn)鞑?,測量聲波能量的衰減、速度的變化或界面聲阻抗的變化,這些參數(shù)與流體的密度和粘度相關(guān)。
如何檢測:通過計算聲波信號在發(fā)射和接收之間的變化來推斷流體的粘性特性。
特點:
優(yōu)點:可實現(xiàn)非接觸測量(夾鉗式),不干擾流場,適用于非常惡劣的化學(xué)環(huán)境或衛(wèi)生級應(yīng)用(CIP/SIP)。
缺點:技術(shù)相對較新,測量結(jié)果受多種因素(溫度、密度、氣泡等)影響,通常需要精確的模型和標(biāo)定,精度和穩(wěn)定性有待廣泛驗證。
適用:食品飲料、制藥等衛(wèi)生行業(yè),或強腐蝕性、危險流體的間接測量。