油品粘度如何检测（2种常用测油粘度的仪器）
根据摩擦学家和润滑工程师协会 (STLE)
的说法，粘度是油品最重要的物理特性之一。由于它对油状况和润滑的重要性，它是大多数油品分析实验室主要检测的参数之一。但当我们谈论油品粘度时，我们想问的是什么?
润滑油的粘度通常以两种方式检测和定义：基于其运动粘度或绝对(动态)粘度。虽然描述看起来相似，但两者之间存在重要区别。
油的运动粘度定义为其对重力引起的流动和剪切的阻力。想象一下，在一个烧杯中注入涡轮机油，在另一个烧杯中注入浓稠的齿轮油。如果烧杯一侧倾斜，哪一种物质从烧杯中流出的速度会更快?涡轮机油会流动得更快，因为相对流速由机油的运动粘度决定。
现在让我们考虑绝对粘度。要检测绝对粘度，请将金属棒插入相同的两个烧杯中。使用棒搅拌油，然后检测以相同速率搅拌每种油所需的力。搅拌齿轮油所需的力将大于搅拌透平油所需的力。
根据这一观察，人们可能会说齿轮油需要更大的力来搅拌，因为它的粘度比涡轮机油高。然而，本例中检测的是油因内摩擦而产生的流动阻力和剪切阻力，因此更正确的说法是齿轮油比涡轮油具有更高的绝对粘度，因为需要更大的力来搅拌齿轮油。
对于牛顿流体，绝对粘度和运动粘度与油的比重相关。然而，对于其他油品，例如含有聚合物粘度指数 (VI) 改进剂的油品，或严重污染或降解的流体，这种关系并不成立，如果我们不知道绝对粘度和运动粘度之间的差异，则可能会导致错误。
一、毛细管粘度计测试方法
实验室中测定运动粘度的很常见方法是使用毛细管粘度计。在此方法中，将油样放入玻璃毛细管 U 形管中，然后使用吸力将样品吸入管中，直到到达管侧面指示的起始位置。
然后释放吸力，使样品在重力作用下通过管流回。管内狭窄的毛细管截面控制油的流速;粘度较高的油比较稀的油需要更长的时间才能流动。ASTM D445 和 ISO 3104 中描述了该程序。
由于流量取决于油在重力作用下，流过毛细管的阻力，因此该测试实际上检测油的运动粘度。粘度通常以厘沱 (cSt) 为单位，相当于 SI 单位的 mm2/s，并使用为每个管提供的校准常数从油从起点流到停止点所需的时间计算得出。
在大多数商业油分析实验室中，ASTM D445 (ISO 3104) 中描述的毛细管粘度计方法使用许多商用自动粘度计进行修改和自动化。如果正确使用，这些粘度计能够再现与毛细管手动粘度计方法产生的类似精度水平。
除非定义了检测粘度的温度，否则说明油的粘度是没有意义的。通常，粘度是在两个温度之一下报告的，即 40°C (100°F) 或 100°C (212°F)。对于大多数工业油，通常在 40°C 下检测运动粘度，因为这是 ISO 粘度分级系统 (ISO 3448) 的基础。
同样，大多数发动机油通常在 100°C 下检测，因为 SAE 发动机油分类系统 (SAE J300) 参考 100°C 下的运动粘度(表 1)。此外，100°C 还可减少发动机油烟灰污染检测干扰的增加。
图1 ISO 和 SAE 粘度分级系统
图 2. 旋转粘度计
二、旋转粘度计测试方法
测定油粘度的一种不太常见的方法是使用旋转粘度计。在此测试方法中，油被放置在玻璃管中，并在固定温度下放置在绝缘块中(图 2)。
然后金属主轴在油中以固定的转速旋转，并检测旋转主轴所需的扭矩。根据油的剪切应力提供的内部旋转阻力，可以确定油的绝对粘度。绝对粘度以厘泊 (cP) 为单位，相当于 SI 单位的 mPa·s。
该方法通常称为 Brookfield 方法，并在 ASTM D2983 中进行了描述。
虽然比运动粘度少见，但绝对粘度和布鲁克菲尔德粘度计用于配制发动机油。例如，“W”名称用于表示适合在较冷温度下使用的油品，部分基于不同温度下的布氏粘度(表 2)。
因此，基于 SAE J300，指定为 SAE 15W-40 的多级发动机油须符合表 1 所示的高温运动粘度限制以及表 2 所示的冷启动最低要求。
三、粘度指数
油的另一重要特性是粘度指数 (VI)。粘度指数是一个无单位的数字，用于指示油的运动粘度与温度的关系。
它基于将 40°C 时测试油的运动粘度与两种参考油的运动粘度进行比较 - 其中一种的 VI 为 0，另一种的 VI 为 100(图 3) - 每种参考油的 VI 为 0，另一种的 VI 为 100(图 3) 100℃时的粘度与试验油相同。ASTM D2270 中引用了根据 40°C 和 100°C 下检测的油运动粘度计算 VI 的表格。
图 3. 粘度指数 (VI) 的测定
图 3 显示，在相同温度范围内，运动粘度随温度变化较小的油将比粘度变化较大的油具有更高的 VI。
对于大多数石蜡基溶剂精炼矿物基工业油，典型的 VI 值在 90 至 105 范围内。然而，许多高度精炼的矿物油、合成油和 VI 改进油的 VI 值将超过 100。事实上，PAO 型合成油的 VI 通常在 130 至 150 范围内。
四、粘度监测和趋势
粘度监测和趋势分析可能是任何油液分析程序中最重要的组成部分之一。即使粘度的微小变化在工作温度下也会被放大到油不再能够提供足够润滑的程度。
出于谨慎考虑，典型的工业用油限值设置为 ±5%，关键情况下设置为 ±10%，但重载应用和关键的系统应该有更严格的目标。
粘度的显着降低可能会导致：
1.油膜损失导致过度磨损;
2.机械摩擦增加导致能量消耗过多 n 机械摩擦产生热量 n 内部或外部泄漏;
3.由于油膜减少，对颗粒污染的敏感性增加;
4.高温、高负载或启动或滑行过程中油膜失效。
同样，粘度过高也会导致：
1.产生过多热量导致油氧化、油泥和清漆积聚;
2.由于流向泵和轴承的油量不足而导致气穴现象;
3.由于油流不足而导致润滑不足;
4.轴颈轴承中的油鞭;
5.为了克服流体摩擦而消耗过多的能量;
6.脱气性或抗乳化性差;
7.冷启动泵送性差。
每当观察到粘度发生显着变化时，应始终调查并纠正问题的根本原因。粘度变化可能是基础油化学变化(油分子结构变化)或污染物侵入造成的(表 3)。
五、油品粘度变化的常见原因
油品粘度变化可能需要额外的测试，例如：酸值(AN)或傅里叶变换红外光谱(FTIR)，以确认早期氧化;污染物测试以识别水、烟灰或乙二醇进入的迹象;或其他不太常用的测试，例如超速离心测试或气相色谱 (GC)，以识别基础油化学成分的变化。
粘度是一种重要的物理特性，须仔细监测和控制，因为它对油品以及油品对设备寿命的影响。
无论是使用能够准确确定粘度变化的多种现场油品分析仪器之一现场检测粘度，还是定期将样品发送到外部实验室，了解如何确定粘度以及粘度变化如何影响设备可靠性都非常重要。须采取积极主动的方法来确定设备的命脉——油的状况!
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