2.1 裝備概要 這個章節的主要目的是提供本公司黏度計即其相關設備的概要觀念，并且對一些常見的黏度問題提出一些解決辦法以供參考用。這些信息相信對人們于使用本公司的黏度儀器上能夠有相當的幫助。 我們已經將儀器裝備相關的資料做了有系統的編排，希望能夠幫助您更快的找到您需要的部分： 2.1.1黏度計(Viscometers) 2.1.2轉子型態(Spindle Geometries) 2.1.3溫度控制(Temperature Control) 2.1.4小體積樣品(Small Sample Volume) 2.1.5低黏度狀態(Low Viscosity) 2.1.6高溫狀態(High Temperature) 2.1.7定義剪率值(Defined Shear Rate) 2.1.8高剪率狀態(Hugh Shear Rate) 2.1.9不易流動的樣品(Non-Flowing Sample Materials) 2.1.10特定配件選項(Special Accessory Items) 2.1.11危害儀器的環境(Fumes and Hazardous Locations) 2.1.12過程控制(Process Control) 2.1.1黏度計(Viscometers) Brookfield實驗室黏度計有分為三種基本樣式：模擬指針式、數字式以及可程控式。這三種主要明顯的差異是在其黏度讀數的顯示。模擬讀數讀取的主要是旋轉刻度與指針的相關位置；數字讀數讀取的主要是觀察3-digit LED 的顯示。另外，數字的黏度計擁有一個0-10mv的輸出，它可以連接于許多種的儀器裝置，如遠程的顯示器、控制器和記錄器。 在許多方面，模擬式與數字式的黏度計功能上十分的相像。而兩種的操作流程在本質上也很類似，并有著相同的配件且在本公司的許多規格中也是可以互相代換的。 模擬式的是本公司黏度計中價錢比較低廉的，它較適合用在短時間黏度的量測而對長時間的流變行為細部量測較不適用。這是因為當轉子持續轉動時，數值只能間歇性的讀到，也就是必須當指真經過某一特定區域或是停止黏度計或是當狀態穩定才能讀到讀數。另外長時間的測量需要付出較多的心力，而有些屏幕上一些變化迅速的過程也需要比較注意。 而數字式的黏度計擁有連續式的感應器及記錄輸出端，它對于長時間的追蹤是比較適合的。它在操作長時間的黏度量測上比較輕松，并且可以調整記錄數據的時間，對于流變行為改變迅速的流體也較適合。另外，許多的操作者較喜歡使用數字式的，因為不需要在數據中做一些差補的動作。但是此種形式的黏度計不能在使用期間予以手動做一些修改或量測，而模擬式則是可以的。以上這兩種形式黏度計在量測上都能夠提供相當的準確度。 標準的轉子或是cone/plate的型態在本公司的黏度計中都有所提供。有關詳細的幾何型態可以參照2.1.8節，有相關資料予以敘述。 另外，一組模擬式的黏度計是無法轉變成數字式的，也沒有連接記錄器、計算機或是打印機輸出的功能。 我們提供許多種標準的黏度計，它們都擁有不同的模式、范圍，如各種的物理上的修正、不同的轉子速度與張力扭力。請與我們商量您的詳細需求，讓我們來提供給您。 2.1.2轉子型態(Spindle Geometries) 本公司的黏度計都會提供您較為適合的轉子，來搭配購買的儀器以達到的使用范圍及應用。然而這些轉子都有其特殊的型態，目的是為了能夠提供一較為適的結果給您。本公司有提供多樣的轉子與配件以滿足使用者的需求；在此節我們都有列出。 本公司的黏度計材質上采用的是300系列的不銹鋼材，因此在一般操作情況下都不用予以維修，有些更進一步的覆上一層抗腐蝕材質。若您在應用上較不同，需要較特殊的轉子的話，歡迎您向本公司洽詢。盤狀轉子 幾種標準的轉子型號如下LV系列(轉子＃2和＃3)和RV/HA/HB系列(轉子＃1到＃6)，這幾組是比較常用的，并且使用于容量600ml或以上的樣品槽中。轉子的制造是相當的，并且在不同流體中都做過黏度數據再現性的測試。這些結果并可經由Technical Paper AR-82中的數學程序加以轉換成黏度的函數。2.1.7節中有轉子幾何型態直接對應剪率的相關資料。圓柱狀轉子 這類轉子(LV＃1和＃4 RV/HA/HB＃7)擁有固定的型態，不僅對黏度，也可以計算剪率與剪力的數值。這類轉子的其它方面的參數和前面的盤狀轉子大致上相似。由于在幾何設計上的優勢，再加上數學分析這類轉子對于非牛頓流體的測量相當的有價值。這類轉子在本公司各種黏度計的模式都可以應用，但必須挑選適當的范圍。另外圓柱型轉子中相當于盤狀型號LV＃2和＃3的轉子本公司也有提供。2.1.7節有剪率幾何方面的相關資料。共軸圓柱 共軸圓柱的幾何構造可用來得到較好剪率及剪力的數值，特別是在當樣品體積非常小的時候。下述幾種是本公司儀器采用此幾何構造的配件，它們在特殊情況下都擁有其個別的優點。這些裝備配件有：Small Sample Adapter(2.1.4節)、UL Adapter(2.1.5節)、Thermosel(2.1.6節)和DIN Adapter(2.1.4節)。圓錐/平板（Cone/Plate）幾何構造 Cone/plate 的幾何構造不但提供了的黏度值，另外也能讓使用者輕易的得到準確的剪力及剪率值。它所需的樣品體積小，并且也設計了可控溫的結構；另外它的構造也特別適合用來研究分析非牛頓流體的流變行為。這一裝置包含在Wells-Brookfield Cone/Plate Viscometer里面(2.1.8節中包含有更多的相關資料)。 T型轉子 通常和Helipath Stand配件相連接，它通常被拿來測量低流動性的或是不流動的物質，如糊狀物、膠體或是乳脂狀物(見2.1.9節)。 2.1.3溫度控制(Temperature Control) 在黏度的測量中為了確保實驗的準確性與再現性，我們常常在實驗中加上了溫度的控制。而也因此本公司的儀器具有下列的系統：控溫槽 在大多數的黏度測量應用上，使用恒溫槽來控溫是相當合適的。其中有兩種形式：循環式通常以包覆儀器的方式使用，如Wells-Brookfield Cone/Plate Viscometer(2.1.8節)和Small Sample Adapter(2.1.5節)；和水槽/循環，這種適用于各種儀器的應用，將樣品容器沈浸在水槽中以達到控溫的效果。不過控溫槽有一個操作的溫度限制，大約在120℃左右(和槽內使用的液體有關)，且通常還需要一輔助裝置，以供當所需溫度在室溫以下時使用。我們也提供冷卻的設備。如果您需要更多資料，可跟本公司洽詢。高溫測量系統(Thermosel System) 這個系統是為了少量樣品，且在溫度介于40到300℃的測量所設計。它和一般的控溫系統不同，它并不以流體為控溫的介質。在2.1.6節有更多的資料。 2.1.4小體積樣品槽 (Small sample Volume) 大部分本公司樣品槽的標準規格是個約600毫升的Griffin杯。而很多的使用者認為一個小體積的樣品槽是非常必要的，因此現在本公司的產品提供了幾種小體積的樣品槽。微量樣品接頭（Small Sample Adapter） 我們使用了特殊的設計來提供一個小體積的樣品槽，這個小體積的樣品槽是個夾套式與同軸圓柱型的配備，除了cone/plate型以外，它和本公司其它的黏度計都是可以兼容的。它所需的樣品體積，依模式的不同，其范圍在2.0到16.0毫升。另外依使用模式的不同，所能測得的黏度范圍從5 cp到10,000,000 cp，而剪率是從0.066到93.0 1/秒。另外Small Sample Adapter的夾套設計也可以與循環式的控溫槽相接，較為高約可達到100℃下的恒溫狀態。*低黏度接頭（UL Adapter） UL Adapter主要適用在比一般量測范圍更低的黏度來量測。當與可動的end cap搭配使用時，其樣品體積需要量為16.0毫升。在2.1.5節有提供較多的資料。 DIN Adapter DIN Adapter與UL Adapter一樣，是與特別的黏度計搭配使用，來對黏度范圍較一般測量低時做量測用。它的測量范圍在1 cp到50,000 cp與DIN 53019相符。高溫測量系統(Thermosel System) Thermosel系統可量測溫度控制在300℃下的黏度。與同軸圓柱型態轉子搭配使用下，樣品體積介于8.0到13.0毫升間(和所用轉子相關)。詳情參照2.1.6節。 Wells-Brookfield Cone/Plate & CAP黏度計 當樣品體積被限制住的時候，我們往往使用Wells-Brookfield Cone/Plate黏度計，因為其所需樣品量在0.5到2.0毫升間。相關資料在2.1.8節有所論述。 CAP黏度計所需樣品量＜1毫升。在2.1.8節有詳細的介紹。 2.1.5低黏度狀態(Low Viscosity) 每一個Brookfield的黏度計都提供了相當寬廣的黏度量測范圍，但偶爾還是會有某些狀況下，必須做儀器范圍外的量測。有幾項本公司的配件提供這些范圍外的服務：*低黏度接頭(UL Adapter) 這個配件的設計明顯地替LV系列的黏度計提供了較低黏度量測的敏感度；它可以被使用于除了cone/plate型外之本公司的黏度計。當裝配在LVF或LVT黏度計上時，UL Adapter提供了1.0到10.0 cp的量測范圍與轉速60rpm下的剪率73.4 1/秒。而其它種類的黏度計與UL Adapter搭配下所能測量的較為低黏度如下：RVT，6.4 cp；HAT，12.8 cp；HBT，51.2 cp。UL Adapter的型態為一共軸圓柱并在外層圓柱加上一可動式PE末端帽。再加上此末端帽的條件下，其樣品量測體積為16.0毫升，且可在一空溫槽下控溫到較為高100℃；若除去此末端帽，則此Adapter將可適用于任何的樣品槽。微量樣品接頭 在一些轉子/樣品槽的搭配下，Small Sample Adapter有機會量測到比一般范圍要低一點的黏度值。詳細的應用測量的范圍請參照表，若想了解更加詳細，可在2.1.4節找到資料。高溫測量系統 與特定的轉子搭配，Thermosel系統可提供低黏度的一個較高的敏感度；想知道更多的資料可以參考應用范圍表，而此系統在2.1.6節有更詳細的討論。 Wells-Brookfield Cone/Plate黏度計 Wells-Brookfield Cone/Plate黏度計對低黏度的量測可以到達0.1 cp。2.1.8節對此儀器有有論述。 2.1.6高溫狀態(High Temperature) 在高溫下的黏度量測可簡可繁，主要視樣品種類與溫度而決定。有時較為重要的地方是在控制黏度計與樣品間的距離來增加轉子的使用范圍(2.1.10節)。另外有些困難的應用，如熔融態玻璃的測量，需要特制的熔爐及坩堝，當然此時黏度計的配件也需要有耐高溫的抵抗能力(若您有需要可與本公司聯絡洽詢)。由前述的特例可知，本公司的儀器也可于高溫下做黏度測量。高溫測量系統（Thermosel） 此系統專為溫度范圍介于25到300℃下之小體積樣品的黏度測量所特別設計。它通常被包裝成一完整的儀器裝置出售(包含黏度計)，當然也可以加裝在您既有的黏度計上(除了cone/plate型以外)。 除了黏度計以外，此系統尚包含了一同軸圓柱狀轉子與樣品室，還有與RTD感應器搭配之數字模擬溫控系統。Thermosel系統可有三種不同的變化：系統一是模擬型黏度計搭配手動裝置；系統二包含了數字型黏度計與溫度黏度記錄的輸出端；系統三是在系統二之外加了一組可作程序編輯流程的溫度控制系統。 Thermosel系統需要的是小體積的樣品(8.0到13.0毫升，依轉子而定)，并且其共軸圓柱型的轉子提供其范圍為0.08到93.0 1/秒的剪率，其數值和轉子及黏度計種類有關。控溫槽 Brookfield 控溫槽也可以適用于高溫黏度測量。一般較為高限制溫度為120℃。至于更多相關信息請見2.1.2節。 2.1.7 定義剪率值(Defined Shear Rate) 由于在應用上黏度的數據必須表示， 所以必須考慮轉子的形狀，這樣剪率以及剪力才有辦法計算出來。 這些內定參數可以從以下Brookfield的儀器與附件上找出。請從參考資料查閱更多有關下列產品的信息： 圓柱轉子 2.1.2 UL接頭 2.1.5 DIN接頭 2.1.4 小樣品接頭 2.1.4 Thermosel系統 2.1.6 Brookfield Cone/Plate黏度計 2.1.8 CAP黏度計 2.1.8 2.1.8 高剪率狀態(High Shear Rate) Brookfield黏度計原先被設計在低黏度測量上。 大部分的轉子可以測量的剪率皆低于100 (1/s)。配合UL接頭可以到達300 (1/s)的剪率(2.1.5節)，或者使用小樣品接頭(2.1.4節)，或者使用部份Thermosel系統(2.1.6節)。當剪率*過300 (1/s)， 就必須使用Brookfield Cone/Plate黏度計、CAP黏度計或是PVS流變計。 Brookfield Cone/Plate 黏度計 Brookfield Cone/Plate黏度計可以在內定的剪率與剪力的范圍內測量小樣品的黏度。由于轉子的設計，只需要0.5-2.0 mL的樣品并且剪率的范圍可在0.6-1500 (1/s)之間(視黏度計型號與轉子而定)。樣品槽也有的溫度控制。借著不同型號的黏度計與轉子，Brookfield Cone/Plate黏度計可以測量0.5 cp到150萬cp的黏度(雖然沒有單一的機型可以全部涵蓋這個范圍，但是使用數個不同的轉子即可達到這個范圍)。 Brookfield Cone/Plate黏度計可以同時使用儀表操控與數字化模式。亦可選擇使用(推薦使用)恒溫水槽以獲得與良好再現性的數據。這個Cone/Plate轉子是專門為Brookfield Cone/Plate黏度計所設計的， 并不能使用在其它的機型上。但是使用標準的轉子在Brookfield Cone/Plate黏度計上是有可能的。 CAP 黏度計 Brookfield Cone/Plate黏度計中的CAP系列的黏度計由于可以提供高剪率與不同速率的測量，因此被廣泛應用在涂布、 覆膜、 樹脂、 油墨、 化妝品、 制藥與食品的研究發展與品質控制上。這一系列的黏度計可以在高剪率下操作并提供的溫度控制，此外所需樣品體積都小于1mL。 CAP系列， 包括CAP1000與CAP-2000型黏度計， 會對轉子間隙與黏度范圍自動校正。CAP1000型固定單一轉速在750 RPM于50 Hz與900 RPM于60 Hz，而剪率在60 Hz時可以是12000 (1/s)或3000 (1/s)，在50 Hz時可以是10000 (1/s)或2500 (1/s)。 借著使用不同的轉子，黏度范圍可由0.25 Poise 至100 Poise。 CAP2000型可以調整不同的轉速由50至2000 RPM，而剪率范圍在166至26600 (1/s)之間， 黏度范圍由0.1至1500 Poise。CAP1000與CAP2000機型的誤差范圍都在±2%之內， 并且符合BS3900， ISO 2884，與ASTM D-4287標準。 PVS 流變計 Brookfield PVS流變計可以測量在高溫與高壓下樣品的黏度。可使用的壓力范圍高達1000 psi 而溫度范圍在-40℃到200℃。因此很適合做油類、 氣體、 泥漿、 紙漿、 塑料、石油與氣膠等研究。 2.1.9不易流動的樣品(Non-Flowing Sample Materials) 不易流動或流動緩慢的流體，　例如漿糊、 乳霜與膠體， 在黏度的測量上有很多問題。一般的轉子往往會 channel(即把樣品都擠到同一個地方）， 而造成測量到的黏度越來越低的現象。使用Helipath Stand這個配件可以消除這個問題。非流動流體測試臺配件 Helipath Stand是可以裝備在Brookfield黏度計上的一種機械裝置。當一個特制的T型轉子在樣品中轉動時，它可以緩慢地升高和降低黏度計(以每分鐘7/8-inch的速率)。于是轉子會持續地如螺旋般攪拌樣品， 并且避免``channeling""效應發生，因此可以測得一個有意義的黏度/濃度值。Helipath Stand配件還包括了六個T型轉子。 螺旋接頭（Sprial Adapter） Brookfield Sprial Adapter是一種泵式傳感器， 可以應用在焊膏，食品，化妝品，制藥的研究上。Spiral Adapter是由一個有螺紋的轉子與一個在外面的同心圓柱所組成。樣品可以被持續地經由 Spiral Adapter輸送， 當達到穩定時， 即可測量出黏度。比起其它種測量方式，這種穩定態的測量對于樣品制備方式與樣品中的微量成份較不敏感。 2.1.10特定配件選項(Special Accessory Items) 可以購買下列設備配合Brookfield黏度計/流變計使用。 Quickconnect 這個配件可以幫助我們快速的安裝或移除轉子以節省時間與步驟。它是由無應力鋼所制成， 并且可以與T型轉子， LV， RV/HA/HA轉子配合使用。 Spindle Extensions 這個配件是應用在當樣品必須與黏度計分開一段距離時(較為遠6feet)，D型延伸器是裝在黏度計與轉子之間， 在轉子浸沒深度可以觀察到時使用。而S型延伸器包含了可以沉浸的部份， 使用于轉子浸沒深度無法觀察到時。 Purge Fitting 我們可以使用purgefitting將低壓的惰性氣體通至黏度計樣品槽中，并使內部呈現較大的壓力以避免其水汽或其它氣體的進入。Purgefitting也可以使用在 Brookfield Cone/Plate黏度計與Thermosel系統上，藉以控制測量樣品時的氣氛。水銀開關 (僅指針式黏度計適用) 在樣品有潛在爆炸或燃燒的顧慮時， 必須避免任何火花的產生。因為 Brookfield黏度計使用無電刷馬達， 因此系統中*可能產生火花的裝置為電源開關。使用水銀開關是一種便宜的方式可以避免火花產生而使系統無爆炸的顧慮。然而必須注意其它可能產生火花的地方例如電線、 插頭等， 請做好適當的處置。水銀開關僅適合指針式黏度計使用。防爆裝置(僅指針式黏度計適用) 當由于有易燃氣體存在和其它因素使得爆炸的顧慮提高時， 就必須使用防爆裝置。Brookfield指針式黏度計(除了Cone/Plate型)可以使用Underwriters" Laboratory(UL)提供的防爆裝置。這個裝置可以在Class I， Group D危害環境下使用。 數字式黏度計與流變計并無法使用這個防爆裝置。電子操控式的Brookfield配件， 例如Helipath Stand與Thermosel系統等， 也無法使用防爆裝置。不過可以使用防爆黏度計(可能需要一些特殊的配件)， 但只能在無危害的環境下使用。 2.1.11 危害儀器的環境(Fumes and Hazardous Locations) 當環境中有蒸氣或煙霧時， 必須注意防止這些氣體進入黏度計。當這些氣體或煙霧具有爆炸性時，必須做一些預防措施以保護人員安全與機器。 之前的幾節有一些這類防護裝置的概論。 2.1.12過程控制(Process Control) 在實際的應用上， 常常必須結合線上程序黏度計與黏度控制器。Brookfield公司有一系列完整的程控應用程序，請與Brookfield Engineering Laboratories聯絡以獲得更進一步的信息。