粘度计是什么？Brookfield粘度计是什么？

问题Q

常用的标准型旋转粘度计，例如Brookfield系列，一般建议使用500mL或600mL烧杯装样，每次粘度测量所需的样品不在少数。

但并非每个用户都能有充裕的样品用于日常测量。例如，实验室做树脂样品用户的粘度测量，往往由于合成的样品量太少了，使用标准型粘度计进行测量时的样品量达不到标准型旋转粘度计的要求，浸没不到转子的要求刻度（即便最小号转子都达不到）。

前言：鉴于不少用户对于不同粘度计之间的测试数据比对存在一些疑惑。借此就不同型号粘度计的测试数据进行一个简要的比较说明，希望对大家有所帮助。

粘度数据对比的前提

粘度计的粘度测量是一种相对测量。进行同一个样品的测量数据比较，需使用使用相同量程的粘度计机型（LV、RV、HA、HB等）以及相同的测量方法（包含转子型号、转速、测试温度、读数时间等）；否则，同一样品的测试结果可能会有很大的差异。

那么，当我们使用了不同机型的粘度计测量同一个样品时，结果会如何？这些粘度数据之间还有比较的可能性么？

当我们使用不同机型的粘度计测量同一个样品时，所得到的测试数据能否对比取决于具体的粘度计机型差异。某些机型之间，如测量系统（转子）形状相同的量程为RV/HA/HB系列的标准粘度计之间原则上可以进行部分数据的对比。而标准粘度计本身的测量系统（转子）形状就不相同的LV机型和RV/HA/HB机型之间无法进行有效的数据对比。

基于以上前提，就不同机型粘度计的数据对比做一简要说明。

1 不同量程的标准粘度计

标准粘度计满量程粘度值的计算公式：

FSR = TK * SMC *（100*100 / RPM）

注：TK为扭矩常数，SMC为转子常数，RPM为转速。

各量程机型的TK值如下：
LV 型 = 0.09373
RV 型 = 1
HA 型 = 2
HB 型 = 8

以RV和HB机型的标准粘度计为例，由上式可得：相同的转子、转速及温度下，HB 机型粘度计的测试量程为RV 机型的 8 倍。

BROOKFIELD标准旋转粘度计测得的粘度数据是样品的相对粘度值，因此，当转子、转速及温度条件相同时，在仪器的量程范围内，RV机型与HB机型测得的数据是基本一致的。但是由于仪器自身的测量误差= 当前测试条件下的量程* 1%，因此HB机型测得数据的误差是RV机型的8倍。

如样品为单纯的牛顿流体（样品粘度不随剪切率的改变而变化），在HB机型粘度计转速选80RPM以及相同转子（相同温度）下，为了RV机型粘度计实测的粘度值与HB的相符则可考虑采用10RPM的转速进行测试。但实际样品基本都是非牛顿流体（同一样品，粘度随剪切率的改变而变化），因此即使两个仪器选定了理论上合适的扭矩常数（HB:RV=8:1）与转速(HB:RV=8:1)，也无法确保就能获得一致的粘度值。考虑到不同机型粘度测量的相对独立性和由样品本身流变特性造成的测量数据不匹配性，为了获得可靠的测试数据比对，建议与需要做比对的参照方使用同样的机型。

BROOKFIELD旋转粘度计的有效使用量程为扭矩值的10% - 100%。因此，当RV型转子粘度计的测试扭矩达到80%-100%之间时，才可与HB机型对比；如若该样品使用RV型测得的扭矩值低于80%时，也就意味着使用HB型粘度计时，扭矩值低于10%，此时HB型测得的粘度数据是无效的！

如若必须使用RV机型与HB机型在相同转子、转速和温度的测试条件下进行比较，原则上可通过同时调高2台机型的转速，或者更换尺寸更大的转子，以使得RV机型的测试扭矩在80%-100%之间，以便2台粘度计的测试数据同时落在10%-100%的有效扭矩测试范围内。但由于两者之间的交集太窄，实际测试中很多样品可能经常会出现RV机型已超量程，而HB机型尚未达到有效读数（扭矩百分比为10%以上）的情况。因此，实际当中不同量程机型之间的数据对比基本上很难实现。

2 标准粘度计 VS 锥板粘度计

标准粘度计与锥板粘度计的转子形状不同，因此仪器内部计算粘度值的公式完全不同，其测得的相对粘度值是不存在可比性的。但是从流变学的角度来看，由于JD粘度值 = 剪切应力 / 剪切率，因此，当样品在相同的剪切速率及相同温度的条件下，粘度计测得的粘度数据的变化关联是有一定可比性的，但是如若需要得到精确的JD粘度值，则必须使用高级旋转流变仪。

BROOKFIELD标准粘度计的SSA附件（小量样品适配器）及锥板粘度计仿效了BROOKFIELD旋转流变仪的设计，其设定的转速与流变学意义上的剪切率（Shear Rate）存在一定的换算关系：
 

转子剪切率 = SRC（剪切常数）* RPM
 

由上式可得，当RV机型标准粘度计的SC4-14转子（SRC=0.4）在100 RPM下时，对样品的剪切率为 0.4 * 100 = 40 1/s （剪切率单位为1/s）。此时，如若希望CAP2000+型锥板粘度计的CAP-05号转子（SRC=3.3）得到相同的剪切率，则其转速应设为 40 / 3.3 = 12 RPM。
 

实际测试中，尽管我们可以设定相同的剪切率与测试温度，但是由于粘度测量的三个根本变量（JD粘度值 / 剪切应力 / 剪切率）中我们的粘度计仅能精确得到一个剪切率变量，因此不同机型/不同测量体系下测得的JD粘度值也会存在一定的差异。

由此，我们应该是更多地（实际上也只能）考虑不同机型/不同测量系统在相同剪切率（相同温度）下同一样品粘度可能存在的变化趋势关联性，而不要纠结于实测的粘度值是否相近或者相同。就实际经验而言，我们需要花费很大的精力去做不同型号粘度计所测数据关联性的统计分析，但ZZ却往往发现这些数据并没有好的比对关联性，因此我们强烈不建议在不同粘度计机型/不同测量系统中来进行测试数据的比对。

旋转粘度计无论是何种机型，在测量范围上都有比较大的局限性，常常需要更换转子或转速来实现大范围的测量，一是操作不方便，二则是要进行数据比较时，由于测量条件的改变使得剪切率条件也随之改变了，所以无法进行有效比较。因此对非牛顿流体而言，要想全面且方便地进行数据比较，得到精确的JD粘度值和流变曲线，推荐使用RST系列旋转流变仪！