石油產品運動黏度及動力黏度檢測不確定度評定

董佳 宋潔 姜天淇

【摘要】 本文依據GB/T 265-1988《石油產品運動黏度測定法及動力黏度計算法》，評定測量石油產品的運動黏度和動力黏度不確定度。

【關鍵詞】 石油產品;運動黏度;動力黏度;不確定度;評定

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.02.026

Uncertainty Evaluation of Kinematic Viscosity and Dynamic Viscosity of Petroleum Products

DONG Jia，SONG Jie，JIANG Tian-qi

（Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）

Abstract： According to GB/T 265-1988 Petroleum products-Determination of kinematic viscosity and calculation of dynamic viscosity，this paper evaluates the uncertainty of kinematic viscosity and dynamic viscosity of petroleum products.

Key words： petroleum products;kinematic viscosity;dynamic viscosity;uncertainty;evaluation

黏度是流體材料的一個極其重要的物理化學參數。它從宏觀上展現了流體材料的微觀結構形態。無論是研制新材料還是開發新工藝或新產品，都需要對液體材料的黏度性能進行考核。對石油產品而言，黏度是評價其質量的重要指標之一。準確的測量石油產品的的黏度是石油合理開采、輸送及進行科學研究的重要保障。

1 石油產品運動黏度及動力黏度檢測依據和方法

1.1 測量條件

1）測量依據：GB/T 265-1988 石油產品運動粘度測定法和動力粘度計算法。

2）環境條件：恒溫水浴。

3）測量設備：標定好的毛細管黏度計、石油密度計。

4）被測對象：石油產品。

1.2 測量方法

在一恒定溫度下，測量一定體積的液體在重力作用下流過一個已標定毛細管黏度計的時間。毛細管黏度計的常數與測量出的流動時間乘積，就是該溫度下測量出的液體運動黏度。溫度[t]時的液體的動力黏度，用符號[vt]表示。溫度[t]時的液體運動黏度與溫度[t]時液體的密度之積為溫度[t]時液體的動力黏度，用符號[ηt]表示。

2 石油產品運動黏度及動力黏度檢測不確定度評定

2.1 運動黏度不確定度評定

2.1.1 數學模型及不確定度傳播率

運動黏度測量的數學模型為：

[v=C?t]

式中：[v]——運動黏度，mm2/s ;

[C]——毛細管黏度計的常數，mm2/s2;

[t]——流動時間，s。

不確定度傳播率為：

[uc（v）v=c1uc（t）t2+c2uc（C）C2]

靈敏系數為：

[c1=1C]，[c2=1t]

2.1.2 標準不確定度評定

運動黏度測量的不確定度來源主要為：使用毛細管黏度計引入的不確定度;重復測量引入的不確定度;恒溫水浴溫度波動引起的黏度值變化引入的不確定度;計時設備分辨率﹑檢測誤差引入的不確定度;毛細管傾斜引入的不確定度。

毛細管黏度計引入的不確定度。根據毛細管黏度計標定證書可知，毛細管黏度計的相對擴展不確定度為[UC=0.42%]，[k=2]，則由該毛細管黏度計引入的B類不確定度為：

[urelC=0.21%，k=2]

重復測量引入的不確定度。石油產品使用一支毛細管黏度計進行測量，重復測量4個數據，重復性由極差法求得，則由重復測量引入的不確定度為：

[urel（t）=0.02%]

測量恒溫水浴溫度波動引起的黏度值變化引入的不確定度。恒溫水浴溫度波動不超過0.01 ℃，對測量樣品黏度值變化引起的不確定度按均勻分布計算：

[urel（T）=0.025%3=0.0145%]

計時設備引入的不確定度。計時器分度值不大于0.1 s，誤差不超過0.05%，對測量結果引入的不確定度按均勻分布計算為：

[urel（s）=0.05%3=0.0289%]

毛細管傾斜（與垂直位置相差30′）引入的不確定度。根據原基準研究報告和《黏度測量》，對測量結果引入的不確定度按均勻分布計算為：

[urel（l）=0.3%3=0.174%]

2.1.3 合成標準不確定度的評定

以上各標準不確定度分量互不相關，則合成標準不確定度為：

[urelv=urel（C）2+urel（t）2+urel（T）2+urel（s）2+urel（l）2=0.28%]

2.1.4 擴展不確定度的評定

運動黏度的測量結果不確定度：

[Urelv=k?urelv=0.6%，k=2]

2.2 動力黏度不確定度評定

2.2.1 數學模型及不確定度傳播率

運動黏度測量的數學模型為：

[η=v?ρ]

式中：[η]——動力黏度，mPa·s;

[v]——運動黏度，mm2/s ;

[ρ]——密度，g/mL。

不確定度傳播率為：

[uc（η）η=c1uc（v）v2+c2uc（ρ）ρ2]

靈敏系數為：

[c1=1ρ]，[c2=1v]

2.2.2 標準不確定度評定

依據GB/T 265-1988《石油產品運動黏度測定法及動力黏度計算法》要求，石油產品動力黏度是由運動黏度與密度的乘積得到，那么動力黏度的不確定度評定需要引入測量液體運動黏度的不確定度和測量液體密度的不確定度。其中運動黏度的不確定度評定如上所述。密度測量的不確定度來源主要為：使用密度計引入的不確定度;重復測量引入的不確定度;液體表面張力引入的不確定度;垂直偏差引入的不確定度。

運動黏度測量引入的不確定度。由上述可知，運動黏度測量結果不確定度為：[Urelv=k?urelv=0.6%，k=2]，則由運動黏度測量引入的不確定度為：

[urelv=0.3%]

密度測量引入的不確定度。由測量密度使用的密度計引入的密度測量不確定度分量，由密度計標定證書可以得到測量液體密度的密度計擴展不確定度為[UI=0.25kg/m3，k=2]，則得到：[uI=0.125kg/m3];重復測量液體密度引入的不確定度，重復測量2次取平均值為測量結果，2次測量結果的差為0.1[kg/m3]，則得到：[ut=0.1kg/m31.13=0.088kg/m3];液體表面張力引入的密度測量不確定度分量，試驗表明表面張力對不確定度的影響為0.1個分度值，符合三角分布，則得到：[uρ=0.1×0.5kg/m36=0.0204kg/m3];測量垂直偏差引入的密度測量不確定度，一般在使用玻璃浮計進行測量讀數時，要求玻璃浮計的垂直偏差不得大于0.1個分度值，符合三角分布，則得到：[ul=0.1×0.5kg/m36=0.0204kg/m3]。則密度測量合成標準不確定度為[uρ=u2I+u2t+u2ρ+u2l=0.156kg/m3]，換算成相對標準不確定度，由密度測量引入的相對標準不確定度為：

[urel（ρ）=uρρ=0.019%]

2.2.3 合成標準不確定度的評定

以上各標準不確定度分量互不相關，則合成標準不確定度為：

[urelη=u2relv+u2relρ=0.31%]

2.2.4 擴展不確定度的評定

動力黏度測量結果不確定度：

[Urelη=k?urelη=0.7%，k=2]

3 結語

本文依據GB/T 265-1988《石油產品運動黏度測定法及動力黏度計算法》對石油產品運動黏度和動力黏度的測量不確定度進行了評定，最終給出了石油產品運動黏度和動力黏度測量不確定度報告。由評定結果可知，在對動力黏度測量不確定度進行評定時，密度測量引入的不確定度較小，故在評定動力黏度不確定度時也可將密度測量不確定度忽略。石油產品的運動黏度測量結果不確定度與動力黏度測量結果不確定度保持一致。

【參考文獻】

[1] 測量不確定度評定與表示：JJF 1059-2012[S].

[2] 石油產品運動黏度測定法及動力黏度計算法：GB/T 265-1988[S].

【作者簡介】

董佳（1987-），女，工程師，碩士，研究方向為化學計量。

宋潔（1978-），女，高級工程師，本科，研究方向為醫學計量。

姜天淇（1988-），女，助理工程師，碩士，研究方向為化學計量。