本发明涉及粘度测量，更具体地讲，涉及既能够处理牛顿流体也能够处理非牛顿流体的粘度计。

流体粘度在许多工业过程中是关键的普遍测量的参数。各种各样的粘度通常是通过从主过程流体路径中分出少量过程流体流经与主过程流体路径并行连接的粘度计这样的过程中使用。相反，一些嵌入(in-line)设计允许粘度计直接位于主流体路径中，不需要分出过程流体。大多数传统的工业粘度计利用与过程流体接触的旋转部件，并且因此需要轴承和密封以防止流体泄露。在涉及粗糙的、腐蚀性的或造成磨蚀的流体的应用中，这种粘度计可能需要频繁的维护。

传统的工业过程粘度计非常适合于测量牛顿流体(其中粘度是恒定的)。然而，各种各样的工业应用处理泥浆、浆糊、和塑料，它们的行为是非牛顿方式，并且不适合用传统粘度计进行测量。这种工业应用包括油田钻探(例如，处理钻出的泥浆)、浆糊或塑料制造(例如，处理化妆品或聚合体、或者诸如油漆、石膏或灰泥之类的建筑产品)、炼油(例如，处理润滑油或者燃料油)以及食品处理。

库爱特(粘度计)中的牛顿流体(即，在彼此相对移动的两个平行的板之间流动)的粘度由下式来描述：

其中，F是剪切力，A是每个平面的横截面面积，τ是剪切应力(或等价于动量通量)，μ是粘度，以及du/dy是剪切速率。从该公式进行推断，得到携带牛顿流体流的管子内的剪切应力、剪切速率以及粘度之间的下述关系：

其中，τ_rz是垂直于管子的轴(即，z方向)的半径(r)方向上的剪切应力，以及dV_z/dr是相对于r的z方向上的剪切速率。

等式2描述了牛顿流体(以及基本是牛顿模式的流体)，其中粘度(μ)不随着剪切速率发生变化。然而，非牛顿流体在剪切速率增大时粘度可能变得更大(“剪切增稠”或“膨胀型”流体)或更小(“剪切变稀”或“假塑性”流体)。已经开发出各种各样的经验模型来描述非牛顿流体行为，包括Bingham塑料、Ostwald-de Waele、Ellis和Herschel-Bulkley模型(在下文中更深入地进行了描述)。图1描述了针对这些模型中的每个模型，作为剪切速率的函数的剪切应力的示意。在极大程度上，这些模型没有理论基础，但是每个模型都已经表明可以精确地描述非牛顿流体的子集。

Bingham塑料模型利用了两个粘度相关的参数，“剪切应力”和“表观粘度”，而不是单个牛顿粘度参数。Bingham塑料除非受到剪切应力，否则不会流动。一旦超过临界剪切应力τ₀，则Bingham塑料的行为基本上是牛顿方式，表现出恒定的表观粘度μ_A，示出如下：

其中μ_A是表观粘度，以及n是相对于牛顿流体行为的偏离程度，其中n＜1对应于假塑性流体，而n＞1对应于膨胀型流体。

Ellis模型使用三个(而不是两个)可调参数来表征流体粘度，Ellis模型将剪切速率描述为剪切应力的函数，示出如下：

其中α、和是可调参数。Ellis模型组合了通过常数和缩放的幂律和线性分量，其中α＞1对应于假塑性流体，而α＜1对应于膨胀型流体。

其中τ₀是临界剪切应力，μ_A是表观粘度，以及n是相对于牛顿流体行为的偏离程度，如上文关于Ostwald-de Waele流体模型(等式4)描述的那样。

上面介绍的每个模型描述了一类不适合用传统工业粘度计处理的非牛顿流体。

本发明涉及一种粘度计，其包括与质量流量计串联连接的多个毛细管。所述毛细管是光滑的、直的、且不受阻碍的，并且均具有不同的已知恒定直径。差分压力变换器感测跨越每个毛细管的测量长度的差分压力，并且质量流量计感测流体质量流量和流体密度。与质量流量计和差分压力变换器连接的数据处理器使用非牛顿流体模型，基于每个毛细管的已知恒定直径和测量长度、感测到的跨越每个测量长度上的差分压力、流体质量流量以及流体密度，计算流经粘度计的流体的粘度参数。本发明还涉及使用前述粘度计确定这些粘度参数的方法。

图1示出了根据若干牛顿和非牛顿流体模型的作为剪切速率的函数的剪切应力的曲线图。

图2是对本发明的粘度计的示意描述图。

图3是用于计算Herschel-Bulkley模型的流体粘度参数的流程图。

一般而言，本发明涉及能够处理包括Bingham塑料和Ostwald-deWaele、Ellis和Herschel-Bulkley流体在内的多种牛顿和非牛顿流体中的任何一种流体的嵌入粘度计。

图2描述了一个举例说明的粘度计10的实施例，包括过程流入口12、第一毛细管14、接缝密封16、连接管18、第二毛细管20、第三毛细管22、科里奥利质量计24、过程流出口26、第一差分压力变换器28、第二差分压力变换器30、第三差分压力变换器32、第一隔离膜34a和34b、第二隔离膜36a和36b、第三隔离膜38a和38b、以及过程变送器。过程变送器40还包括信号处理器42、存储器44、数据处理器46、和输入/输出块48。