工作用毛细管粘度计的不确定度

万俊彦

无锡市计量测试院 江苏无锡 214000

1 毛细管粘度计工作原理

毛细管粘度计是粘度计中相当重要的一种，一般情况下为平氏或是乌氏粘度计，使用相当普遍。

1.1 毛细管粘度计的实验原理

将盛满待测样品的测量容器置于恒温水浴中，并记录下此刻的液柱高度。在打开容器旋塞让样品流入受液器的同时开始计时，直到受液器中液体达到标记刻度线方停止计时。样品的粘度越大，则所需时间便越长。故而，所耗时间可以反映样品的粘度[1]。

1.2 工作用毛细管粘度计原理

当装有样液时，毛细管的两端所存在的压力差与流体本身的粘度是正比关系。毛细管粘度计基于此正比关系利用电信号替代压力差，从而实现一系列的显示与控制。

2 影响毛细血管粘度计准确度的因素

2.1 粘度本身受温度影响

粘度对于温度感受极其敏感，主要是因为在不同温度对分子的活跃程度有很大的影响，分子间作用力也会有所不同。液体粘度与温度是非线性的关系，在温度越低的情况下，粘度对温度变化的反应更明显，因此在实际检定过程中应严格把控温度。

2.2 装液与检定温差带来的影响

如若装液与检定时存在温差，检定温度下的样品体积必定会与装液时有所不同，从而导致样液的有效高度发生一定变化，并且影响到毛细管中样液的流动时间，最终会会影响到整个测定结果的准确度。装液与检定温差过大会使得毛细管常数与实际情况发生偏离，所得检定结果的有效性难以保障[2]。

2.3 流动时间因素

毛细管粘度计管径众多，不同样液应选用相应的管径的粘度计。如若选择失误，会导致样液在管内的流动时间过短或是过长。本检定方法是建立在液体层流的条件下，然而倘若时间过短，样液在管内的流速过快极易形成湍流，严重违背了检定基础。而时间过长则容易有温度变化或是意外因素影响流体的性质而导致误差，所得测量结果也会与真实值偏离较大。

2.4 毛细管粘度计安装的垂直度

毛细管安装的垂直度会对管内样液的流动时间有着很明显的影响，并且会使液柱高度产生一定变化。当毛细管与工作台面垂直时，检定结果最为准确可靠。当两者非垂直关系时，可能会导致流动时间缩短或是变长，从而会使得检定出的毛细管常数变大或变小。

2.5 是否清洗并干燥毛细管

未进行清洗和干燥处理的毛细管内壁容易存在杂质以及油膜，这会使得检定时样液出现挂壁现象，从而导致重复测量时样液在毛细管内的流动时间差异过大，所造成的重复性超差致使数据的不确定度增大或是数据无效。

2.6 计时误差

流动时间是整个检定中最重要的数据，计时工作的重要性不言而喻，容易引起计时误差的因素有：①计时所采用的秒表不符合检定合格标准；②秒表启动瞬间视线未能与样液弯月面平行相切；③秒表的启动和停止过快或过慢；④测量人员本身的专注度。

2.7 样液中存在气泡

在检定时，若毛细管内的样液存在气泡，会影响吸入样液的体积，进而改变样液的密度。同时，气泡所产生的气阻会使样液的非连续流动，从而使得流动时间变长，进一步加大检测值的误差。

3 降低毛细血管粘度计不确定度的方法

为使粘度检定结果更贴近实际值，降低工作使用毛细管粘度计过程中的不确定度，笔者在此将针对上文所提及的影响因素介绍一些可降低毛细血管粘度计不确定度的方法。

3.1 严格控制温度

在前文有关温度的影响的描述中，主要提及了样液和装液与检定温差这两个方面。针对这种问题，可采用控温效果较高的恒温水槽的来对样液、装液温度以及检定温度进行控制，注意保证温度的稳定以及差距保持在0.1℃内。

3.2 保持毛细管与工作台面垂直

在毛细管粘度计仪器进行安装时，可使用铅垂线使其与工作台面处于垂直状态，以此解决因粘度计的倾斜导致内摩擦力变大和静压力降低对结果造成的误差。在调整过程中，视线的参照物应该以毛细管为准而非粘度计管壁。不仅在安装时要保证两者的垂直关系，在进行装液以及整个实验过程中都应该保持认真细心，避免改变粘度计与工作台面之间的垂直度。另外还需注意的是，在每次计时开始前液应当检查粘度计的垂直度，尽量减小因为垂直度所导致的误差。

3.3 正确选择毛细管管径，控制样液流动时间

可根据样液的物理特性以及体积等选择合适管径，使流动时间居中。一般而言，粘度计内径超过0.6毫米的样液流动时间应高于200s，而内径为0.4毫米时流动时间不得低于350s。

3.4 正确清洗毛细管，避免杂质影响

按照检定流程规范的要求，需在检定时保持毛细管无水污及油污，即处于干燥透明的状态。在每次都检定前应使用专用的清洗液将毛细管清洗干净，并且需要进行干燥处理。清洗剂方面，可采用铬酸洗液、水以及一定浓度的乙醇等。此外，需要定期对同款毛细管测量数据进行对比。

3.5 避免气泡

主要在装液和吸液两个环节避免气泡产生。在装液时，谨慎且细心操作以做到不断流和无气泡。而在吸液时，应当使毛细管的管口在样液中有一定深度，并且需要对抽气速度进行控制。

4 结语

粘度作为石油等流体质量的重要判定标准，因此需要定期对工作毛细管粘度计进行检定，从而能保证不确定度在控制范围内。在检定过程，应注重温度、装液、计时、毛细管清洗等对检定结果产生的影响，严格按照检定要求进行检测。