旋转黏度计与旋转流变仪测黏度有什么差异

总是被问到“旋转黏度计与旋转流变仪测黏度有什么差异”这个问题，那今天就索性就来聊聊这个话题。旋转黏度计及其测量转子和旋转流变仪及其测量夹具系统通常如下图所示。

 

从上图右图可以看出，旋转流变仪常用的测量夹具系统分别为锥板、平行板和同心圆筒，其每一种测量系统均有明确的几何和尺寸，其测量场可以精确量化；测量黏度用到的剪切速率和剪切应力均可由仪器控制和量测的角速率和扭矩精确换算得到。也就是说，在旋转流变仪上测量黏度时，测量条件参数非常明确，且测量黏度用到的剪切应力和剪切速率均可精确控制和测量。
 

从上图左图可以看出，旋转黏度计的转子虽然也有着精确的形状和尺寸，但与其配套使用的外杯通常并没有严格的限制，这使得旋转黏度计的测量场不能准确量化，因此，使用黏度计测量黏度时，并没有像旋转流变仪那样明确的剪切速率和剪切应力概念，而是直接使用转子转速和扭矩使用如下方程计算黏度。
 

黏度 = (扭矩/转速) * 转子因数
 

其中转子因数通常是通过测量标准物质如标准油标定得到的。可以看出，旋转黏度计在测量黏度时存在如下问题：

1）没有明确的剪切速率概念，测试参数转速与剪切速率虽然成正相关，但不太容易换算到剪切速率；

2）转子因数确定需要通过标准物质标定，这使得旋转黏度计的准确度还依赖于用于标定的标准物质。

若测试的样品为牛顿流体，由于其黏度不依赖于剪切速率，使用黏度计理论上是可以测量准确的。但若样品是非牛顿流体，由于其黏度依赖于剪切速率，这种情况下使用黏度计测量得到的结果会由于没有明确的剪切速率对应而使得其不太好用于实际应用场合的性能评估而实用价值不大。
 

有不少读者可能会有这样的疑惑“相同转速下旋转黏度计与旋转流变仪的测量非牛顿流体的结果有可比性吗？”，答案是没有可比性。
 

在旋转黏度计上，即使转子固定，给定的转速也很难换算出对应的剪切速率，而非牛顿流体的黏度是依赖于剪切速率的。而在旋转流变仪上，即使转速相同，但若测量夹具不同或测量夹具的几何因子不同，同一转速换算得到的剪切速率也是不同的，从而使得依赖于剪切速率的黏度并不会因为仅仅是转速相同就可以一致了。
 

需要说明的是，近年来一些高级旋转黏度计也引入了与旋转流变仪相同的测量夹具系统，从而可以给出明确的剪切速率和剪切应力，使得其测量结果在与旋转流变仪基本一致；但其测量仅限于黏度测量，而不能像旋转流变仪测量动态模量、松弛模量和蠕变柔量等，其功能与旋转流变仪仍存在较大差距……