DIN 53019-1 使用旋转粘度计测量粘度和流动曲线 - 第 1 部分：原理和测量几何形状

德国标准化协会 (DIN) 发布的标准“DIN 53019-1 粘度计 - 使用旋转粘度计测量粘度和流动曲线 - 第 1 部分：原理和测量几何形状”描述了旋转粘度计中用于测量牛顿流体和非牛顿流体流动行为的流场，并规定了特定的测量几何形状。流动行为由剪切粘​​度、剪切粘度函数、粘度曲线或流动曲线定义。本标准的特性在以下条件下有效：

• 流体不应在边界表面滑动（壁面粘附）。
• 流体中的加速度必须足够小，使得流动过程完全由层流、稳态分层流动决定。
• 流体的局部和时间温度差异应该可以忽略不计。
• 流场由边界曲面（简单边界曲面）定义，每个边界曲面由圆柱壳、圆锥壳或圆形区域构成。实际上，也使用复合边界曲面。
• 除这些简单的边界曲面之外的其他边界不应影响流场。
• 表面振荡误差和轴线错位应可忽略不计。

除非通过应用修正（DIN 53019-3）来解释，否则与此的偏差会导致测量不确定度增加（DIN 53019-2）。

使用旋转粘度计时，必须考虑流体的性质、流动过程的特性、仪器的设计以及实验过程中产生的系统偏差。DIN 53019-3 标准要求在以恒定角速度旋转的表面之间保持恒定的流场。

以下情况不属于本申请的适用范围：

• 开合操作和扭转振动（振荡）
• 在旋转流之上添加其他基本流
• 纯时间、速度和扭矩测量的测量偏差（DIN 53019-2）
• 温度、剪切力或剪切应力斜坡。

如果能够定量确定导致系统性测量偏差的影响因素，DIN 53019-3 标准提供了相关修正方法的信息。对于无法修正的测量偏差，该标准提供了避免偏差和估算偏差以用于不确定度计算的指导。

DIN 53019-1 标准规定了使用旋转粘度计测量粘度（动态粘度）和流动曲线（不同剪切力下的流变行为）的基本原理和要求。该标准尤其侧重于同轴圆筒（同心圆筒）测量几何结构的使用，这种结构被广泛接受为绝对测量系统。

在旋转粘度计中，一根轴（内筒）在装有样品的容器（外筒）内旋转。通过测量维持特定转速所需的扭矩，当几何形状满足预设条件时，即可计算剪切应力和剪切速率（进而得到绝对粘度值）。

符合 DIN 53019-1 标准的几何形状的主要优点如下：

• 气缸与壳体之间明确的、狭窄的环形间隙可确保气缸在间隙中保持几乎恒定的滑动速度。
• 绝对（可计算的）粘度结果（不仅仅是相对/比较值）。
• 它适用于牛顿流体和许多非牛顿流体。

本标准的主要内容如下：

• 旋转测量原理：扭矩、角速度、剪切应力、剪切速率和粘度。
• 测量系统（特别是同轴圆柱体）的几何要求：
• 内圆柱半径与外圆柱半径的具体比例。
• 间隙宽度限制，以确保剪切面积均匀。
• 边缘效果和边缘平滑。
• 有效测量的条件（例如，层流、壁面无剪切力、温度控制）。
• 剪切速率、剪切应力和粘度的计算公式。
• 适用样品类型指南（颗粒大小约为 100 µm 的液体，采用多种同心圆柱排列方式）。

DIN 53019 标准与 ISO 3219 标准（同样涵盖具有特定同轴圆筒几何形状的旋转粘度计，用于绝对测量）高度一致。这与 ISO 2555（或 DIN EN ISO 2555）标准形成对比，后者适用于使用通常未定义几何形状的相对测量。DIN 53019 标准能够提供真正的绝对粘度值，而 ISO 2555 标准的结果则更多地取决于仪器和设置。

该标准在以下领域较为常见：

• 油漆、涂料、油墨、粘合剂和聚合物的质量控制。
• 食品工业（酱料、乳化剂）
• 化妆品和药品
• 石油化工产品（油品、润滑油）

本标准第 2 部分（DIN 53019-2）涉及测量程序、校准和评估，是对侧重于原理和设备几何形状的第一部分（DIN 53019-1）的补充。

因此，DIN 53019-1 标准为使用具有明确同轴圆筒几何形状的旋转粘度计进行精确、可重复和绝对粘度测定提供了基本框架。它仍然是欧洲流变学和材料测试实验室的重要参考标准。

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