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油品传感器专家讲解油液粘度中两种指标

作者:在线油品监测系统 时间:2022-01-21 15:08
1应力的概念
 
讲这个之前,先看看“内力”的概念,一个流体被外部改变要发生变形时,其内部任意截面的两个方向上出现的作用力,称为内力。通俗地理解,你去打别人,可人家是个练家子,能用力挡住,这就叫做内力。内力是考察于特定截面积上的,如果人家将内力集中于手掌阻挡你,而你却打人家脑袋,这就悲剧了。
 
 
内力又可分解成与截面相切(平)的力叫做切线力,也叫剪切力;而垂直于截面的力叫正力,也叫法向力。怎么会有两个方向呢,因为力和我们截取的平面不一定是平行的,这样力就可以分解成垂直的两个方向。
 
 
应力的概念,所考察的截面某一点单位面积上的内力,叫做应力,单位N/㎡。
 
 
说到这里,已经出现了正向应力和剪切应力(Shear Stress)的概念了。正向应力咱们很少用,但剪切应力是咱们要讲的。
 
2剪切速率(shear rate)
 
举个例子,水管中的水,咱们可以把水想象分成无限的薄层,在流体流通的横截面上,就会产生速度差,如下图:
 
 
这时,剪切速率=流速差/所取两液面的高度差
 
 
速度的单位m/s,高度的单位m,那么剪切速率的单位是1/s,也写作S-1。
 
说到这里,估计有人烦了,这和粘度什么关系?
 
 
别急,粘度马上来了,这些先决条件要清楚,后续有大量和它们有关系的工作条件。
 
 
而且,这里之所以花些笔墨来介绍以上两个定义,是因为这是粘度测试的基础,尤其是旋转粘度仪原理。
 
 
3上述两者的关系
 
剪切速率与剪切应力间具有如下关系:(F/A)=η(dv/dx),此比例系数η即被定义为液体的剪切粘度。这里,F: 剪切力,A:面积,dv/dx:剪切速率。
 
 
这个公式是牛顿同学发现的,后来人们发现牛顿的这个理论有时候也不对,那么,就把符合这个公式的流体叫做牛顿流体,而不符合这个定律的流体就叫做非牛顿流体。通俗地说,水就是典型的牛顿流体,而搅匀了的生鸡蛋就是非牛顿流体。对于咱们润滑油来说,没有VIM的油品基本都是牛顿流体,而具有VIM的则都是非牛顿流体。
 
 
牛顿流体的定义:剪切应力和剪切速率呈线性关系,粘度不随着剪切速率而改变的流体。
 
 
动力粘度
 
动力粘度(dynamic viscosity),也被称为动态粘度、绝对粘度或简单粘度,定义为应力与应变速率之比,其数值上等于面积为1m2相距1m的两平板,以1m/s的速度作相对运动时,因之间存在的流体互相作用所产生的内摩擦力。单位为N·s/㎡(牛顿秒每米方),即Pa·s(帕秒)。
 
工程上也常用泊(P)和厘泊(cP, Centipoise)作单位,这些单位的换算关系如下:1Pa.s=1000cP=1000mPa.s=10P
 
请问,这个大家是否眼熟,这里的动力粘度其实就是剪切粘度η,在定义里我们将所有的单位数据都定义为1。
 
按定义来说,动力粘度的定义为流体之间的内摩擦力,这个参数才是粘度的真实老大,而咱们经常说的油品粘度往往都不是动力粘度。
 
不只在润滑油行业,在几乎所有的流体里,动力粘度的测量都是很广泛的,大家所熟悉的如发动机油扫描粘度SBV、车辆齿轮油的低温粘度等都是测试动力粘度。这个公式是基本。因此,不理解动力粘度,后续将严重影响对粘度的理解。
 
油液传感器的粘度指标
 
运动粘度
 
 
运动粘度的概念是这样的,动力粘度是需要有一定的外力条件下成形的,如果没有外力,那就谈不上粘度了,因为没有任何的相对运动,属于平衡状况。
 
可运动粘度不一样,运动粘度表征是假设没有外力,只靠流体的重力区分流体的粘稠度,也就是说,外力就是自身的重力,因此运动粘度表征是在重力作用下,不同的流体的流动情况,大家看到的所有测运动粘度的设备都是基于这个原理的。
 
说到重力作用影响流动,除了流体内部摩擦的阻力以外,还有一个重要的参数就是密度,如水银和水在重力的作用下肯定有很大的差别,但这种差别可能更多的体现在密度上,因此咱们需要解决密度这个变量,因此动力粘度的定义就出来了:简单的说,就是动力粘度/密度=运动粘度,运动粘度单位为(m2)/s,有兴趣的可以推演一下单位的换算,请注意,这个单位其实没什么意义。
 
常用的还有另外的一个单位是Stokes,叫做斯,还有一个更小的叫做“Centistokes”读作“厘斯”),这几个单位的换算m2/s=1*104 Stroke=1*106 cst=1*106mm2/s。
 
换算单位:动力粘度 mpa/s,运动粘度:mm2/s,密度单位g/cm3
 
大家常说的多少多少的粘度,其实说的是运动粘度,但有很多的应用,重力的作用其实都不大,比如低温下的发动机油,但为什么大家都习惯说运动粘度呢?是因为这个指标更容易测试,还很准确。而动力粘度则不容易测,但对发动机油来说,有些条件下的动力粘度是非测不可的,如CCS,MRV,HTHS粘度。看到了吧,J300里面总共4个粘度指标,3个都是动力粘度,只有1个是运动粘度,可能大家更喜欢说运动粘度(30、40、50等)。我们再提一提在什么条件下测试哪一类粘度。
 
运动粘度:理论上只和重力有关系的状况下才测,但现在已经离不开这个粘度了,变成用来区分粘稠度的尺子了,其实是有误区的,以至于有的人都忘了动力粘度了。
 
动力粘度:当存在外部应力时,以及其他非重力条件的,都要用这个。尤其是非牛顿流体时,说到非牛顿流体的流动,咱们还是举个例子,如番茄酱,当我们把它从瓶里弄出来的时候,需要大力摇晃并用力挤,这时流体受到剪切力会导致粘度变小,容易流动。而当它放在汉堡中间的时候,没外力时,它就会粘度变大不容易流动,这种就是典型的非牛顿流体,这个时候测试的粘度才是纯粹的动力粘度。该粘度我们后续介绍发动机油的粘度的时候依然会用到,请大家理解并谨记。
 
油品相关延伸阅读:润滑油的重要性好比人类的血液
 
 润滑油是设备的血液,润滑油起着润滑机械设备运动部件、清洁脏物、冷却降温、密封防漏及降噪减振等作用。在集中润滑系统中,润滑油的运行过程犹如人体的血液循环,因此,也将润滑油形象地比喻为机械设备的血液,机械设备的"健康状况"和"寿命长段"都取决于润滑油。润滑油一般由基础油和添加剂两部分组成,不同组成部分具有不同的作用。基础油是润滑油的主要成分,决定着润滑油的基础性质;添加剂泽则可弥补和改善基础油性能方面的不足,赋予基础油某些新的性能,如抗氧化性、极压抗磨性、防锈性等,是润滑油的重要组成部分,决定着润滑油的基本性质;添加剂则可弥补和改善基础油性能方面的不足,赋予基础油某些新的性能,如抗氧化性、极压抗磨性、防锈性等,是润滑油的重要组成部分。
 
      润滑油在设备润滑系统中不间断循环是设备安全可靠运行的保障,一旦润滑油循环终止或油品发生氧化污染等,设备摩擦副将在很短的时间里发生擦伤、胶合,严重时将导致整机损毁。然而,在现实中,有的企业往往忽略油品作为设备血液的重要性,设备在用油出现乳化、油水混合、油品氧化发黑、固体颗粒污染等仍"带病"工作,导致设备时常发生异常,维修成本居高不下。
润滑油形象地比喻为机械设备的血液
 
      润滑油作为机器润滑系统的"血液",受光、热、污染及金属催化等作用,将通过不同的表现形式告诉人们油品本身理化性能的变化,系统摩擦副、密封件、过滤器等的工作状态以及进入系统的外界污染情况,即润滑油能说话。
 
      事实上,除油润滑设备外,滚动轴承使用的润滑脂也同样反映自身理化性能和轴承状态的特征。当润滑脂在使用过程中,短期出现"滴油""分油"现象时,通常表明润滑脂的胶体安定性不好。润滑脂的胶体安定性评价的是润滑脂在长期储存中与实际应用时的分油趋势,如果润滑脂的胶体安定性差,则在受热、压力、离心力等作用下易发生严重分油,导致其寿命迅速降低,并使润滑脂变稠变干,失去润滑作用。