1. 簡介
KF10型和KF20型落球粘度計遵照德國DIN 53015工業標準。測量原理就是根據Höppler原理去測定落球在一個充滿液體的圓柱型玻璃管中的降落時間。KF10型粘度計中樣品管的工作角度固定為與水平面呈80°角度的DIN 53015標準規定位置。當與Brookfield循環水浴配套使用時，樣品管周圍的水浴夾套為樣品提供了精確的溫度控制。 用戶通過測定落球在樣品管上所標注顯示的上下環之間的降落時間來計算樣品的動力粘度。
采用落球常數上的數據、液體樣品和落球之間的密度差異和工作角度常數，再運用一個數學方程式來將時間測量轉換為厘泊的粘度值。
注意: 落球常數(正向和反向) 和落球密度羅列在附隨于粘度計的測試證書上。您必須提供您所測試液體的密度值。
六個不同直徑和密度的落球確保了KF10型粘度計可以測量一個很寬的粘度范圍。KF20型粘度計傾斜角度的可調節功能則大大擴展了低粘度液體的測量范圍。 對于非牛頓流體，通過將同樣的樣品在KF20型粘度計中采用不同角度去做重復測量，可以測量假塑性或者膨脹性行為，參考第7章節中所講解。時間依賴性行為（觸變性和流凝性）也可以通過此方法來解釋。 使用Brookfiel循環水浴，操作簡單且溫度控制精確，從而可以得到重現性非常好的結果。
1.1 儀器組成
名稱 Part No. 數量
落球粘度計： 1
KF10型（固定角度為DIN標準的80°） KF10 - 或 KF20型 （可變角度：80°、70°、60°、50°） KF20 - 6個連同量尺 (FB68)的落球套裝，含便攜包裝箱(FB22) FB21C 1 每個落球包含有指明直徑和質量的證明書
-球1 (玻璃) FB1 -
-球2 (玻璃) FB2 -
-球3 (鎳鐵合金) FB3 -
-球4 (鎳鐵合金) FB4 -
-球5 (不銹鋼) FB5 -
-球6 (不銹鋼) FB6 -
球鑷子 FB51 1
清潔樣品管用的鋼絲刷 FB53 1
清潔落球松屑用的刷子 FB52 1
拋光落球用的皮革布 FB70 1
密封環(丁苯橡膠) A 16x20 FB31 4
密封環(硅樹脂) 10x14x2 FB32 1
溫度計(0°C ~ +100°C*) TM1 1
操作手冊 M09-352 1
儀器箱 FB71 1
膠乳橡膠管(5/16 I.D. x 1/16 wall) FB69 1
校驗證書 1
*其它的測量溫度也可選擇。詳情請和我們或者Brookfield代理商聯系。
1.2 技術指標
粘度范圍： 0.5 - 7x104 mPa•s (cP)
降落時間-下限： 60秒（球1）
30秒（球2、3、4、5和6）
降落時間-上限： 300秒
粘度>7x104
mPa•s的液體，需要運行的時間超過300秒。
測量距離： 雙向100mm (相鄰環刻度之間距離為50 mm)
樣品管直徑： 參閱校驗證書
落球套裝： 6個球
工作角度： KF10: 80° (DIN標準位置)
KF20: 80°, 70°, 60°, 50°
溫度范圍： -60°C ～ +150°C
樣品容積： 40 mL
儀器尺寸： 180 mm x 220 mm x 330 mm
重量： 2.9 kg
1.3 粘度測量范圍資料
依照DIN 53015標準，落球式方法適合于在溫度-20ºC～120ºC下測量0.6 mPa•s～250,000 mPa•s范圍的動力粘度。所應用的6個球具有不同直徑，每一個球涵蓋部分范圍。下表中的全部指導值和參考參數均依照DIN 53015標準。
1.4 設備描述
參考圖1，在以下步驟中根據括弧（）來辨別落球粘度計上的具體部件：
1. 水平放置落球粘度計。通過使用底部的兩個水平螺母(4)來調節水平，以使得落球粘度計頂部的水泡居于圓圈中間。使用期間，定期檢查水平狀態。
2. a. KF20的工作角度是是與水平面呈80°、70°、 60°和50°的四個角度。80°角的DIN 53015標準工作位置是首選位置。不同的工作角度由一個制動調節螺母(5)來鎖緊。為了選擇一個工作角度，應逆時針旋轉調節螺母(5)大約一轉以松開它。選定工作角度后，該調節螺母應再旋緊。
b. KF10粘度計的工作角度固定在與水平面呈80°角的DIN 53015標準位置。
3. 通過旋轉裝配于機座上并由制動裝置緊固的粘度計，落球可選擇兩個運行方向。
4. 樣品管(6)由一個固定在上平板(7)和下平板(8)之間的水浴夾套所環繞包圍。為了在樣品管內可達到以下功能，設計了上制動塞子(16)和蓋子(20)、下制動塞子(17) 和相應的密封圈(墊圈和墊片)(19)以及保護帽(18) ：
a. 保持液體樣品緊緊密封；
b. 消除空氣氣泡；
c. 避免壓力增大(參閱圖2和圖3)。
5. 裝配在下平板上的管口(10)與循環水浴軟管配合連接使用。
注意： 任何樣品管、水浴夾套、落球管旋緊配件、拉桿或者落球的變動、修改或者替換都將使得落球常數失效，進而要求重新校驗粘度計。參閱附錄B。
6. 溫度計固定螺母(11) 和密封墊圈(13) 連同插入式溫度計一同被擰緊至上平板的螺母項圈(12)。溫度計緊固螺母應牢牢旋緊以防止液體滲漏。
7. 落球量尺的基本功能是識別出兩個玻璃球（球1和球2）。球1無法通過落球量尺，而球2可以通過。 落球量尺還可以用來幫助識別出球2和球4。
注意：落球直徑、重量、密度和落球常數（正向和反向）羅列在粘度計附帶的測試證書上。
1.5 安全標志和警告
安全標志
以下是一些在操作說明里可以看到的安全標志的解釋。
特別警告，避免個人受傷或儀器損壞。
警告標志
如果這個儀器不是在制造廠指導下使用的，那么由儀器自身提供的保護將會削弱。
本儀器不能使用在有潛在危險的環境里。
用戶應該確保此儀器測試的樣品不會在測試溫度下釋放有毒或易燃的氣體。
1.6 儀器清洗
樣品管、制動塞和落球的清洗應異常小心。這些部件（材料：玻璃、鎳鐵合金、不銹鋼、丁苯橡膠硅樹脂、涂鉻表面）不能遭到損壞或者不能使用可能產品化學反應的清潔液。
按照下列步驟中來執行清洗程序：
• 粘度計從機座上的旋轉軸承(14)拔出并旋轉90°，然后放入一個合適的收集池。
• 旋開保護帽并摘下制動塞，以這樣的方式確保落球不會跌落進收集池中（那樣也許會損壞落球）。落球收集器(訂貨編號為FB23) 是根據用戶需求即可購買的可選件。
• 使用適當的清潔劑和清潔刷(訂貨編號為FB53)來清洗樣品管。
• 清洗和干燥后，不能有任何剩余物殘留在樣品管中或者在落球上。如有必要，使用不會留下纖維的手帕或者擦布來擦拭。
• 清洗時，小心使用清潔劑不要接觸到測量管外的設備（避免潛在性的光澤面損壞）。
11.1 落球選擇
以*小降落時間不少于標注在下表中的值和*大降落時間不高于300s的原則方式來選擇落球。DIN 53015標準中指明了允許高于300s的降落時間，但考慮到實際的因素，更短的測試時間應該更加合理。
11.2 填充樣品管
填充樣品管：
• 樣品管和下制動塞子、密封圈和保護帽一起鎖定在下平板上。
• 液體充滿至樣品管頂部以下大約25mm處，不要有氣泡。當液體導入管中時，使用玻璃過濾器來清除所有雜質。
• 在用鑷子將球插入樣品管內前，用皮革布來擦亮拋光落球并用小型清潔刷清除掉纖維。擦亮拋光后，不能再碰觸落球。落球將向樣品管底部運行。可以使用一支合適的棒使球旋轉，以清除樣品中的氣泡，或可能存在于球體下的氣泡。
插密封的上制動塞入樣品管中。這種情況下，樣品須通過開口進入到上制動塞的內部。為了*小化由于氣泡而滋生的內部壓力，上制動塞不必填充樣品太滿。由于上制動塞的設計，氣泡無法進入到樣品管中。
• 在兩個制動塞之間的樣品須避免有氣泡。上制動塞的蓋子須蓋上，且需要達到期望的測試溫度。適合的溫控條件達到后，擰緊上保護帽。 注意：氣泡可以通過短時間內加熱樣品（不旋緊上制動塞，高于測量溫度20℃），或者輕輕敲擊上制動塞的蓋子而消除。
II.3 樣品的溫度控制
以下建議的是溫控循環水浴使用的工作液體： 溫度范圍 水浴用液體 管道 -60 ～ +20°C 去離子水 – 乙二醇混合物；依照制造商指
示混合來調節液體溫度范圍 絕緣丁苯橡膠管，管子有夾子保護
+1°C ～ +90°C 蒸餾水 丁苯橡膠管
+90°C ～ +180°C 透明溫度調節油 絕緣氟膠管
循環水浴的管子應緊緊推擠進到粘度計的水浴連接管上。輕輕拉拽，檢查管子是否銜接牢固。管子和循環水浴均可以從Brookfield代理商處采購。如果水浴夾套在玻璃上有冷凝液，請用酒精反復擦拭。 設定溫度點達到后，樣品管應使用上保護帽密封。應給予30分鐘以達到熱平衡。 落球粘度計對樣品提供了精確的溫度控制。通過在兩個不同溫度下測量您的樣品，您可以確定溫度校驗曲線。
11.4 測量降落時間
開始測量前，再次擰松上保護帽以消除可能的壓力。
落球在樣品管頂部和底部刻度環運行所花的時間由一個即停秒表（分辨率為0.01秒）測定。 建議您使用如下的刻度環記錄下游落球點的通道。您的眼睛應與刻度環在同一高度以便呈一直線。放置一張黑紙在粘度計后面并使黑紙的邊與刻度環處在同一高度，從而使得落球邊緣看得更加清楚。
如果測量的是深色液體，那么從儀器后面去看，您可以更好地觀察樣品管內的落球。 測量過程中可能產生的變化，例如樣品受污染、氣泡的存在或者衡溫不足都會造成測量結果的偏差。甚至0.1°C的溫度改變也能夠清晰可測。在進行粘度測試時，落球的首次前進和回流可用來達到樣品的徹底混合（熱平衡）。
III. 結果計算
III.1 動力粘度
對于牛頓流體，計算出來的是動力粘度的絕對值。而非牛頓流體，計算出來的則是動力粘度的相對值（即表觀粘度）。
樣品密度的測定：
• 參考液體制造商的原材料明細表
• 使用密度計測量
當(?1 –?2)的數額變小時，樣品密度須精確測定。玻璃落球的使用要求樣品密度?? 以g/cm3為單位精確測定到第三位小數。 對于金屬落球，精確到第二位小數則已經足夠。對于玻璃落球，測量樣品的密度應測定到0.001 g/cm3，而金屬落球則到0.01 g/cm3。
III.2 運動粘度
如果數值是用以上單位表達的，則無需考慮單位即可進行計算。
IV. 非牛頓行為的測定
用重復測試的方法記錄下不同的測量時間，可測定非牛頓行為。
IV.1 觸變性/流凝性
同一容積的樣品進行重復測量時，落球運行時間的減少（或增加）顯示流體具有觸變性（或流凝性）。
注意：如果溫度控制不恰當，將會錯誤推斷觸變性或流凝性。
為做流動行為的更好測定，應使用旋轉或者毛細管粘度計。
IV.2 結構粘度 (假塑性和膨脹性)
不同的角度下，使用KF20型落球粘度計可用來測定非牛頓流體的假塑性或者膨脹性行為。如果樣品為非牛頓流體，落球的運行時間和KF20工作角度的正弦值的乘積將不是常數。這就推斷出了非牛頓流體的流動行為。對于假塑性流體，計算值減少；對于膨脹性流體，則計算值增加。
注意：如果溫度控制不恰當，將會錯誤推斷假塑性或膨脹性。
關于假塑性和膨脹性的相對值，與落球直徑和工作角度有關。
為做詳細的非牛頓流體的研究分析，應使用像旋轉粘度計/流變儀這樣更為合適的儀器。
附錄A- 維修保養
A.1 更換樣品管
1. 松開樣品管旋緊配件的兩個固定螺母（上方和下方）。
a. 清空水浴夾套和樣品管。組裝前，確保水浴夾套內表面的潔凈。
2. 使用環形螺母扳手擰松樣品管旋緊配件的兩端。
3. 松開樣品管一頭末端的橡膠密封件（墊圈）
4. 從另一端拖出樣品管。
5. 插入新樣品管，并潤濕樣品管墊圈和墊片。
6. 倒序組裝樣品管。觀察樣品管兩端從上下平板均勻伸出。
7. 參照附錄B，重新校驗所有的落球常數。
A.2 更換水浴夾套
1. 卸除樣品管。
a. 清空水浴夾套和樣品管。組裝前，確保水浴夾套內表面的潔凈。
2. 松開連接桿的上下平板。
3. 旋松粘度計的3個下方螺母。
4. 更換橡膠墊圈，并插入新的水浴夾套。
5. 放上上平板，并均勻旋緊螺母。
6. 固定下平板和下方連接桿。
7. 裝配上樣品管。
8. 參照附錄B，重新校驗所有的落球常數。
A.3 更換落球或者粘度計
1. 更換落球或者粘度計。
2. 參照附錄B，重新校驗所有的落球常數。
