DIN 53019-1 使用旋轉黏度計測量黏度和流動曲線 - 第 1 部分：原理和測量幾何形狀

德國標準化協會 (DIN) 發布的標準「DIN 53019-1 黏度計 - 使用旋轉黏度計測量黏度和流動曲線 - 第 1 部分：原理和測量幾何形狀」描述了旋轉黏度計中用於測量牛頓流體和非牛頓流體流動行為的流場，並規定了特定的測量幾何形狀。流動行為由剪切黏度、剪切黏度函數、黏度曲線或流動曲線定義。本標準的特性在以下條件下有效：

• 流體不應在邊界表面滑動（壁面黏附）。
• 流體中的加速度必須夠小，使得流動過程完全由層流、穩態分層流動決定。
• 流體的局部和時間溫度差異應該可以忽略。
• 流場由邊界曲面（簡單邊界曲面）定義，每個邊界曲面由圓柱殼、圓錐殼或圓形區域構成。實際上，也使用複合邊界曲面。
• 除這些簡單的邊界曲面之外的其他邊界不應影響流場。
• 表面振盪誤差和軸線錯位應可忽略不計。

除非透過應用修正（DIN 53019-3）來解釋，否則與此的偏差會導致測量不確定度增加（DIN 53019-2）。

使用旋轉黏度計時，必須考慮流體的性質、流動過程的特性、儀器的設計、實驗過程中產生的系統偏差。 DIN 53019-3 標準要求在以恆定角速度旋轉的表面之間保持恆定的流場。

以下情況不屬於本申請的適用範圍：

• 開合操作和扭轉振動（振盪）
• 在旋轉流之上添加其他基本流
• 純時間、速度和扭力測量的測量偏差（DIN 53019-2）
• 溫度、剪切力或剪切應力斜坡。

如果能夠定量確定導致系統性測量偏差的影響因素，DIN 53019-3 標準提供了相關修正方法的資訊。對於無法修正的測量偏差，該標準提供了避免偏差和估算偏差以用於不確定度計算的指導。

DIN 53019-1 標準規定了使用旋轉黏度計測量黏度（動態黏度）和流動曲線（不同剪切力下的流變行為）的基本原理和要求。此標準特別著重於同軸圓筒（同心圓筒）測量幾何結構的使用，這種結構被廣泛接受為絕對測量系統。

在旋轉黏度計中，一根軸（內筒）在裝有樣品的容器（外筒）內旋轉。透過測量維持特定轉速所需的扭矩，當幾何形狀滿足預設條件時，即可計算剪切應力和剪切速率（進而得到絕對黏度值）。

符合 DIN 53019-1 標準的幾何形狀的主要優點如下：

• 汽缸與殼體之間明確的、狹窄的環形間隙可確保汽缸在間隙中保持幾乎恆定的滑動速度。
• 絕對（可計算的）黏度結果（不僅僅是相對/比較值）。
• 它適用於牛頓流體和許多非牛頓流體。

本標準的主要內容如下：

• 旋轉測量原理：扭矩、角速度、剪切應力、剪切速率和黏度。
• 測量系統（特別是同軸圓柱體）的幾何需求：
• 內圓柱半徑與外圓柱半徑的具體比例。
• 間隙寬度限制，以確保剪切面積均勻。
• 邊緣效果和邊緣平滑。
• 有效測量的條件（例如，層流、壁面無剪切力、溫度控制）。
• 剪切速率、剪切應力和黏度的計算公式。
• 適用樣品類型指南（顆粒大小約 100 µm 的液體，以多種同心圓柱排列方式）。

DIN 53019 標準與 ISO 3219 標準（同樣涵蓋具有特定同軸圓筒幾何形狀的旋轉黏度計，用於絕對測量）高度一致。這與 ISO 2555（或 DIN EN ISO 2555）標準形成對比，後者適用於使用通常未定義幾何形狀的相對測量。 DIN 53019 標準能夠提供真正的絕對黏度值，而 ISO 2555 標準的結果則更取決於儀器和設定。

該標準在以下領域較為常見：

• 油漆、塗料、油墨、黏合劑和聚合物的品質控制。
• 食品工業（醬料、乳化劑）
• 化妝品和藥品
• 石油化學產品（油品、潤滑油）

本標準第 2 部分（DIN 53019-2）涉及測量程序、校準和評估，是對專注於原理和設備幾何形狀的第一部分（DIN 53019-1）的補充。

因此，DIN 53019-1 標準為使用具有明確同軸圓筒幾何形狀的旋轉黏度計進行精確、可重複和絕對黏度測定提供了基本框架。它仍然是歐洲流變學和材料測試實驗室的重要參考標準。

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