石油产品运动黏度及动力黏度检测不确定度评定

董佳 宋洁 姜天淇

【摘要】 本文依据GB/T 265-1988《石油产品运动黏度测定法及动力黏度计算法》，评定测量石油产品的运动黏度和动力黏度不确定度。

【关键词】 石油产品;运动黏度;动力黏度;不确定度;评定

【DOI编码】 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

黏度是流体材料的一个极其重要的物理化学参数。它从宏观上展现了流体材料的微观结构形态。无论是研制新材料还是开发新工艺或新产品，都需要对液体材料的黏度性能进行考核。对石油产品而言，黏度是评价其质量的重要指标之一。准确的测量石油产品的的黏度是石油合理开采、输送及进行科学研究的重要保障。

1 石油产品运动黏度及动力黏度检测依据和方法

1.1 测量条件

1）测量依据：GB/T 265-1988 石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法。

2）环境条件：恒温水浴。

3）测量设备：标定好的毛细管黏度计、石油密度计。

4）被测对象：石油产品。

1.2 测量方法

在一恒定温度下，测量一定体积的液体在重力作用下流过一个已标定毛细管黏度计的时间。毛细管黏度计的常数与测量出的流动时间乘积，就是该温度下测量出的液体运动黏度。温度[t]时的液体的动力黏度，用符号[vt]表示。温度[t]时的液体运动黏度与温度[t]时液体的密度之积为温度[t]时液体的动力黏度，用符号[ηt]表示。

2 石油产品运动黏度及动力黏度检测不确定度评定

2.1 运动黏度不确定度评定

2.1.1 数学模型及不确定度传播率

运动黏度测量的数学模型为：

[v=C?t]

式中：[v]——运动黏度，mm2/s ;

[C]——毛细管黏度计的常数，mm2/s2;

[t]——流动时间，s。

不确定度传播率为：

[uc（v）v=c1uc（t）t2+c2uc（C）C2]

灵敏系数为：

[c1=1C]，[c2=1t]

2.1.2 标准不确定度评定

运动黏度测量的不确定度来源主要为：使用毛细管黏度计引入的不确定度;重复测量引入的不确定度;恒温水浴温度波动引起的黏度值变化引入的不确定度;计时设备分辨率﹑检测误差引入的不确定度;毛细管倾斜引入的不确定度。

毛细管黏度计引入的不确定度。根据毛细管黏度计标定证书可知，毛细管黏度计的相对扩展不确定度为[UC=0.42%]，[k=2]，則由该毛细管黏度计引入的B类不确定度为：

[urelC=0.21%，k=2]

重复测量引入的不确定度。石油产品使用一支毛细管黏度计进行测量，重复测量4个数据，重复性由极差法求得，则由重复测量引入的不确定度为：

[urel（t）=0.02%]

测量恒温水浴温度波动引起的黏度值变化引入的不确定度。恒温水浴温度波动不超过0.01 ℃，对测量样品黏度值变化引起的不确定度按均匀分布计算：

[urel（T）=0.025%3=0.0145%]

计时设备引入的不确定度。计时器分度值不大于0.1 s，误差不超过0.05%，对测量结果引入的不确定度按均匀分布计算为：

[urel（s）=0.05%3=0.0289%]

毛细管倾斜（与垂直位置相差30′）引入的不确定度。根据原基准研究报告和《黏度测量》，对测量结果引入的不确定度按均匀分布计算为：

[urel（l）=0.3%3=0.174%]

2.1.3 合成标准不确定度的评定

以上各标准不确定度分量互不相关，则合成标准不确定度为：

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

2.1.4 扩展不确定度的评定

运动黏度的测量结果不确定度：

[Urelv=k?urelv=0.6%，k=2]

2.2 动力黏度不确定度评定

2.2.1 数学模型及不确定度传播率

运动黏度测量的数学模型为：

[η=v?ρ]

式中：[η]——动力黏度，mPa·s;

[v]——运动黏度，mm2/s ;

[ρ]——密度，g/mL。

不确定度传播率为：

[uc（η）η=c1uc（v）v2+c2uc（ρ）ρ2]

灵敏系数为：

[c1=1ρ]，[c2=1v]

2.2.2 标准不确定度评定

依据GB/T 265-1988《石油产品运动黏度测定法及动力黏度计算法》要求，石油产品动力黏度是由运动黏度与密度的乘积得到，那么动力黏度的不确定度评定需要引入测量液体运动黏度的不确定度和测量液体密度的不确定度。其中运动黏度的不确定度评定如上所述。密度测量的不确定度来源主要为：使用密度计引入的不确定度;重复测量引入的不确定度;液体表面张力引入的不确定度;垂直偏差引入的不确定度。

运动黏度测量引入的不确定度。由上述可知，运动黏度测量结果不确定度为：[Urelv=k?urelv=0.6%，k=2]，则由运动黏度测量引入的不确定度为：

[urelv=0.3%]

密度测量引入的不确定度。由测量密度使用的密度计引入的密度测量不确定度分量，由密度计标定證书可以得到测量液体密度的密度计扩展不确定度为[UI=0.25kg/m3，k=2]，则得到：[uI=0.125kg/m3];重复测量液体密度引入的不确定度，重复测量2次取平均值为测量结果，2次测量结果的差为0.1[kg/m3]，则得到：[ut=0.1kg/m31.13=0.088kg/m3];液体表面张力引入的密度测量不确定度分量，试验表明表面张力对不确定度的影响为0.1个分度值，符合三角分布，则得到：[uρ=0.1×0.5kg/m36=0.0204kg/m3];测量垂直偏差引入的密度测量不确定度，一般在使用玻璃浮计进行测量读数时，要求玻璃浮计的垂直偏差不得大于0.1个分度值，符合三角分布，则得到：[ul=0.1×0.5kg/m36=0.0204kg/m3]。则密度测量合成标准不确定度为[uρ=u2I+u2t+u2ρ+u2l=0.156kg/m3]，换算成相对标准不确定度，由密度测量引入的相对标准不确定度为：

[urel（ρ）=uρρ=0.019%]

2.2.3 合成标准不确定度的评定

以上各标准不确定度分量互不相关，则合成标准不确定度为：

[urelη=u2relv+u2relρ=0.31%]

2.2.4 扩展不确定度的评定

动力黏度测量结果不确定度：

[Urelη=k?urelη=0.7%，k=2]

3 结语

本文依据GB/T 265-1988《石油产品运动黏度测定法及动力黏度计算法》对石油产品运动黏度和动力黏度的测量不确定度进行了评定，最终给出了石油产品运动黏度和动力黏度测量不确定度报告。由评定结果可知，在对动力黏度测量不确定度进行评定时，密度测量引入的不确定度较小，故在评定动力黏度不确定度时也可将密度测量不确定度忽略。石油产品的运动黏度测量结果不确定度与动力黏度测量结果不确定度保持一致。

【参考文献】

[1] 测量不确定度评定与表示：JJF 1059-2012[S].

[2] 石油产品运动黏度测定法及动力黏度计算法：GB/T 265-1988[S].

【作者简介】

董佳（1987-），女，工程师，硕士，研究方向为化学计量。

宋洁（1978-），女，高级工程师，本科，研究方向为医学计量。

姜天淇（1988-），女，助理工程师，硕士，研究方向为化学计量。