振动式在线黏度计在合成橡胶生产中的应用

    黏度是流体的重要物理特性。黏度测量在许多工业部门和科学研究领域十分重要,在石油、化工、医药、轻工、食品、冶金和建材等领域得到广泛应用。黏度测量的快速与准确是控制工艺流程、保障安全生产、提高产品质量、节约能源消耗的重要手段。其中在线黏度测量以能长时间即时测量黏度,在工业生产中得到越来越多的应用。

    黏度测量的方法主要有振动法、毛细管法、旋转法、落体法和流出杯法等。由于工业用在线黏度计有以下特点:1)需要直接安装在生产管线或釜罐中;2)能适应复杂的环境;3)能够长时间稳定工作;4)响应速度快;5)易于安装与维护,因此工业用在线黏度多采用振动法测量。本文以燕山石化合成橡胶厂使用的在线黏度计为例,介绍振动式在线黏度测定仪及其应用。

    1　测量原理

    振动法测量黏度分为扭转振动式和振动片式2种,以下分别介绍。

    1.1　扭转振动式

    图1所示是扭转振动式黏度计,其振动部分可以是柱状、球状或杆状。

    驱动杆发出振幅为0·001 mm的扭力共振波,引起振动球产生剪力波,当探头完全浸入被测物料,为维持一定量的扭力波,由电路补充由于粘性阻尼所消耗的能量。所补充的能量E与被测物料的黏度η与密度ρ乘积有关,即

    1·2　振动片式

    如图2所示是振动片式黏度计。为消除物料流动对测量的影响,绝大多数将振动片变为振动杆。其工作原理为振动杆在恒定的功率下保持振荡,由电测法测量其振幅衰减情况,如图3所示。

    黏度计算式^[1]为

ηρ=(1/K)²(1/S²)          (2)

式中　η—物料动力黏度;

      ρ—物料密度;

      K—仪表常数,由标准样品标定时得到;

      S—图3中包络线面积。

    实际测量时,以脉冲电流通过励磁线圈使振动杆振动,将衰减波形放大、整流、积分得出平均电压值。或通过改变脉冲数来维持恒定的平均电压,由脉冲频率来反映黏度。

    2　安装方式

    图4简单模拟了1个合成橡胶生产的聚合装置。为检测聚合反应后胶液的黏度,图4中标出了4种黏度计的安装位置,除位置1为釜罐式安装,其余3种均为管道式安装。基于振动式黏度计的测量原理,如黏度计探头产生谐振,将使测量值产生明显漂移,虽然在线黏度计探头质量一般在5 kg以上,但是安装点的振动会对测量值产生较大影响。因此釜罐式安装的测量精度比管道式安装高。以下对4种安装方式分别介绍。