石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度及動(dòng)力黏度檢測(cè)不確定度評(píng)定

董佳 宋潔 姜天淇

【摘要】 本文依據(jù)GB/T 265-1988《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定法及動(dòng)力黏度計(jì)算法》，評(píng)定測(cè)量石油產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)黏度和動(dòng)力黏度不確定度。

【關(guān)鍵詞】 石油產(chǎn)品;運(yùn)動(dòng)黏度;動(dòng)力黏度;不確定度;評(píng)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(gè)極其重要的物理化學(xué)參數(shù)。它從宏觀上展現(xiàn)了流體材料的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)。無(wú)論是研制新材料還是開(kāi)發(fā)新工藝或新產(chǎn)品，都需要對(duì)液體材料的黏度性能進(jìn)行考核。對(duì)石油產(chǎn)品而言，黏度是評(píng)價(jià)其質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。準(zhǔn)確的測(cè)量石油產(chǎn)品的的黏度是石油合理開(kāi)采、輸送及進(jìn)行科學(xué)研究的重要保障。

1 石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度及動(dòng)力黏度檢測(cè)依據(jù)和方法

1.1 測(cè)量條件

1）測(cè)量依據(jù)：GB/T 265-1988 石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定法和動(dòng)力粘度計(jì)算法。

2）環(huán)境條件：恒溫水浴。

3）測(cè)量設(shè)備：標(biāo)定好的毛細(xì)管黏度計(jì)、石油密度計(jì)。

4）被測(cè)對(duì)象：石油產(chǎn)品。

1.2 測(cè)量方法

在一恒定溫度下，測(cè)量一定體積的液體在重力作用下流過(guò)一個(gè)已標(biāo)定毛細(xì)管黏度計(jì)的時(shí)間。毛細(xì)管黏度計(jì)的常數(shù)與測(cè)量出的流動(dòng)時(shí)間乘積，就是該溫度下測(cè)量出的液體運(yùn)動(dòng)黏度。溫度[t]時(shí)的液體的動(dòng)力黏度，用符號(hào)[vt]表示。溫度[t]時(shí)的液體運(yùn)動(dòng)黏度與溫度[t]時(shí)液體的密度之積為溫度[t]時(shí)液體的動(dòng)力黏度，用符號(hào)[ηt]表示。

2 石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度及動(dòng)力黏度檢測(cè)不確定度評(píng)定

2.1 運(yùn)動(dòng)黏度不確定度評(píng)定

2.1.1 數(shù)學(xué)模型及不確定度傳播率

運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)量的數(shù)學(xué)模型為：

[v=C?t]

式中：[v]——運(yùn)動(dòng)黏度，mm2/s ;

[C]——毛細(xì)管黏度計(jì)的常數(shù)，mm2/s2;

[t]——流動(dòng)時(shí)間，s。

不確定度傳播率為：

[uc（v）v=c1uc（t）t2+c2uc（C）C2]

靈敏系數(shù)為：

[c1=1C]，[c2=1t]

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)量的不確定度來(lái)源主要為：使用毛細(xì)管黏度計(jì)引入的不確定度;重復(fù)測(cè)量引入的不確定度;恒溫水浴溫度波動(dòng)引起的黏度值變化引入的不確定度;計(jì)時(shí)設(shè)備分辨率﹑檢測(cè)誤差引入的不確定度;毛細(xì)管傾斜引入的不確定度。

毛細(xì)管黏度計(jì)引入的不確定度。根據(jù)毛細(xì)管黏度計(jì)標(biāo)定證書(shū)可知，毛細(xì)管黏度計(jì)的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為[UC=0.42%]，[k=2]，則由該毛細(xì)管黏度計(jì)引入的B類(lèi)不確定度為：

[urelC=0.21%，k=2]

重復(fù)測(cè)量引入的不確定度。石油產(chǎn)品使用一支毛細(xì)管黏度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，重復(fù)測(cè)量4個(gè)數(shù)據(jù)，重復(fù)性由極差法求得，則由重復(fù)測(cè)量引入的不確定度為：

[urel（t）=0.02%]

測(cè)量恒溫水浴溫度波動(dòng)引起的黏度值變化引入的不確定度。恒溫水浴溫度波動(dòng)不超過(guò)0.01 ℃，對(duì)測(cè)量樣品黏度值變化引起的不確定度按均勻分布計(jì)算：

[urel（T）=0.025%3=0.0145%]

計(jì)時(shí)設(shè)備引入的不確定度。計(jì)時(shí)器分度值不大于0.1 s，誤差不超過(guò)0.05%，對(duì)測(cè)量結(jié)果引入的不確定度按均勻分布計(jì)算為：

[urel（s）=0.05%3=0.0289%]

毛細(xì)管傾斜（與垂直位置相差30′）引入的不確定度。根據(jù)原基準(zhǔn)研究報(bào)告和《黏度測(cè)量》，對(duì)測(cè)量結(jié)果引入的不確定度按均勻分布計(jì)算為：

[urel（l）=0.3%3=0.174%]

2.1.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

以上各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量互不相關(guān)，則合成標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展不確定度的評(píng)定

運(yùn)動(dòng)黏度的測(cè)量結(jié)果不確定度：

[Urelv=k?urelv=0.6%，k=2]

2.2 動(dòng)力黏度不確定度評(píng)定

2.2.1 數(shù)學(xué)模型及不確定度傳播率

運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)量的數(shù)學(xué)模型為：

[η=v?ρ]

式中：[η]——?jiǎng)恿︷ざ龋琺Pa·s;

[v]——運(yùn)動(dòng)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(shù)為：

[c1=1ρ]，[c2=1v]

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

依據(jù)GB/T 265-1988《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定法及動(dòng)力黏度計(jì)算法》要求，石油產(chǎn)品動(dòng)力黏度是由運(yùn)動(dòng)黏度與密度的乘積得到，那么動(dòng)力黏度的不確定度評(píng)定需要引入測(cè)量液體運(yùn)動(dòng)黏度的不確定度和測(cè)量液體密度的不確定度。其中運(yùn)動(dòng)黏度的不確定度評(píng)定如上所述。密度測(cè)量的不確定度來(lái)源主要為：使用密度計(jì)引入的不確定度;重復(fù)測(cè)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(yùn)動(dòng)黏度測(cè)量引入的不確定度。由上述可知，運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)量結(jié)果不確定度為：[Urelv=k?urelv=0.6%，k=2]，則由運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)量引入的不確定度為：

[urelv=0.3%]

密度測(cè)量引入的不確定度。由測(cè)量密度使用的密度計(jì)引入的密度測(cè)量不確定度分量，由密度計(jì)標(biāo)定證書(shū)可以得到測(cè)量液體密度的密度計(jì)擴(kuò)展不確定度為[UI=0.25kg/m3，k=2]，則得到：[uI=0.125kg/m3];重復(fù)測(cè)量液體密度引入的不確定度，重復(fù)測(cè)量2次取平均值為測(cè)量結(jié)果，2次測(cè)量結(jié)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(cè)量不確定度分量，試驗(yàn)表明表面張力對(duì)不確定度的影響為0.1個(gè)分度值，符合三角分布，則得到：[uρ=0.1×0.5kg/m36=0.0204kg/m3];測(cè)量垂直偏差引入的密度測(cè)量不確定度，一般在使用玻璃浮計(jì)進(jìn)行測(cè)量讀數(shù)時(shí)，要求玻璃浮計(jì)的垂直偏差不得大于0.1個(gè)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(cè)量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為[uρ=u2I+u2t+u2ρ+u2l=0.156kg/m3]，換算成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，由密度測(cè)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

[urel（ρ）=uρρ=0.019%]

2.2.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

以上各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量互不相關(guān)，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

[urelη=u2relv+u2relρ=0.31%]

2.2.4 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

動(dòng)力黏度測(cè)量結(jié)果不確定度：

[Urelη=k?urelη=0.7%，k=2]

3 結(jié)語(yǔ)

本文依據(jù)GB/T 265-1988《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定法及動(dòng)力黏度計(jì)算法》對(duì)石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度和動(dòng)力黏度的測(cè)量不確定度進(jìn)行了評(píng)定，最終給出了石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度和動(dòng)力黏度測(cè)量不確定度報(bào)告。由評(píng)定結(jié)果可知，在對(duì)動(dòng)力黏度測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)定時(shí)，密度測(cè)量引入的不確定度較小，故在評(píng)定動(dòng)力黏度不確定度時(shí)也可將密度測(cè)量不確定度忽略。石油產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)量結(jié)果不確定度與動(dòng)力黏度測(cè)量結(jié)果不確定度保持一致。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示：JJF 1059-2012[S].

[2] 石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定法及動(dòng)力黏度計(jì)算法：GB/T 265-1988[S].

【作者簡(jiǎn)介】

董佳（1987-），女，工程師，碩士，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)計(jì)量。

宋潔（1978-），女，高級(jí)工程師，本科，研究方向?yàn)獒t(yī)學(xué)計(jì)量。

姜天淇（1988-），女，助理工程師，碩士，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)計(jì)量。