温度对液体电介质电导率的影响

温度对液体电介质电导率的影响

BehrouzAbedian

机械工程系

塔夫茨大学

Medford MA 02155

和Kenneth N Baker

汉胜公司

Rockford, Ill 61125

摘要

温度对低电导率液体溶液的电导率的影响已经被探讨理论和实验研究。一个著名的关于液体粘度的表达式是通过实验中的绝缘液体电导率和温度依赖性的相互关系推导出的。五种不同的解决方案全部由多元醇脂在宽的温度范围内进行测试。粘度测量被用于提取粘度相关性中的常量。被测流体的电导率超过1000倍的温度变化范围。结果表明，相关的建议也可以很合理地预测对单相溶液的电导率的温度依赖性。

1介绍

碳氢化合物（电导率小于103 PS / M）充电的解决方案仍然是石油、电力等行业所关心的，因为其联系着静电的危害[1-3]。主动式流动控制和感应电流体动力（EHD）设备，如射流稳定剂中的流体的运动，也可以被用于充电的电介质液体[4]和EHD泵[5]。在所有这些情况下，流体的电导率是表征的充电现象的最重要的参数之一。液体温度的变化由内部或者外部因素引起，它会加强或者减轻水电力的影响因为它改变了液体的导电性。

绝缘液体的电导率的影响因素包括离子添加剂的浓度，溶液温度，氧化和溶液污染的水和微粒，如金属磨粒。虽然参数如导电性的离子浓度的影响，覆盖很广，但是一个条理分明的绝缘液体的电导率的温度效应的认识却没有。

一般来说，低介电常数碳氢化合物在分子之间产生更强的吸引力和小得多的离解常数的[6]。因此，单一的介电液体的电传导主要是由溶液中的离子杂质进行的。由于斯托克斯定律，离子在溶液中的流动性与溶剂粘度成反比。在小的离子浓度的限制中，这是由一个规定产物溶液等效电导率k∞和溶剂粘度η是一个常数的经验关系式Walden规则所指出的。

结果表明，Walden规则适用于在不同温度下的强电解质溶液[7]。对于绝缘液体，所公布的在不同温度下的电导率的数据是由研究实验导电柴油的现象的Artana等人[8]得到的。他们可以用一个简单的指数表达式的温度变化来对应他们的实验数据，但温度变化的范围太有限了以至于无法在本研究中推广。矿物油化合物的粘度和电导率随温度的变化关系是由

Shkol'nikov等[9]找不到任何这两个属性之间的相关

性的人进行实验研究的。然而，由于水滴和固体颗粒的痕迹，这些实验中的溶液的混合物有可能被污染。最近，Suzuki和Masuko [10]用Vogel-Fulcher-Tammann (VFT)方程来关联高介电弛豫时间的润滑油的温度的影响。

在本文中，我们介绍五个不同的市售的润滑油与

温度的电导率变化的实验数据。我们调查随着液体粘度对温度的依赖一套行之有效的Walden规则在何种程度上可以预测这些系统的导电性的实验数据。

2电导率

对于均匀的单相绝缘液体，一个二进制的离子系统往往被用来表示特定的电导率κ的溶液[11]

其中F是法拉第常数，u是的离子迁移率，c中的离子浓度，并且下标±是指在正极和负极价态。在大多数实际应用中，离子源是杂质的解离和/或在液体中引入的离子的掺杂剂。在这两种情况下，在绝缘液体中的电荷的物质的浓度是足够小，可以忽略离子相互作用。因此，在液体中的电效应预期诱导的离子浓度的变化或其他充电如形成的胶束结构的影响可以忽略不计。

带电粒子在溶液中的流动性取决于其扩散系数D与温度T。

其中，R是通用气体常数。在高分子系统中的离子扩散使用Stokes-Einstein关系式可以写成：

为均方根的回转半径，是分子在溶液中带电大小的共同量度，α恒定和k B是玻尔兹曼常数。对于理想溶液α为6π，它表明，聚合物溶液是有一个为4π的值[12]。结合方程(2)-(4)，电导率表达式可以减少到

对于一个给定的绝缘液体，在小充电限制的液体中，在方程(5)中的括号内的是不变的。如果我们进一步假设，正和负电荷的种类和模型参数之间是没有区别的两个是相同的，那么上面的等式可以被进一步简化为c o是带电粒子的浓度。等效电导率k∞的比率被定义为k/c o，因此，在方程(1)中Walden规则是由恒定比Z /α而重新获得的，假设温度变化不改变有效分子大小。

温度对溶剂的粘度的影响，可以用以下公认的经验公式[13]。

其中，T是绝对温度，T o是基准温度，AB是两个常数。这个方程能很好的预计适用范围广的液体包括介电

液体和一个宽的温度范围的粘度的温度变化。把这个表达式代替η代入等式（6），得到

此方程涉及导电绝缘液体其他液体性质。可以从粘度测量来确定的常数A，B和T o。离子价态Z一般设置为统一的和一个合理估计的为4π的常数α的值。在大多数情况下，带电物质是无法识别的，因此估计平均分子大小成为一个困难的任务。然而，即使在绝缘性溶剂的带电物质是已知的，复杂的离子结构将被溶剂显着影响着，估算成了一项艰巨的任务。在出现在方程（8）中的常量所知的情况下，这种相关性可用于定性预测绝缘液体的电导率随温度的变化。

3 实验

对五种不同的绝缘液体的导电性和粘度进行了测量。使用的液体是市售的现代燃气涡轮机润滑油。它们是由多元醇酯，如季戊四醇酯[C(CH2OCOR)4]，三羟甲基丙烷酯[CH3CH2C(CH2OCOR)3]和新戊基乙二醇酯[(CH3)2C(CH2OCOR)2]组成，其中R代表的支链，直链的或混合的烷基链。所有的测试都是在Hamilton Sundstrand公司的材料实验室进行的。

运动粘度测量，利用Cannon-Fenske Routine（CFR）玻璃毛细管粘度计(Cannon Instrument)浸泡在温控水浴中。粘度测量是在不同温度下进行的。粘度计持有者使粘度计垂直悬挂在高于较低的弯月形的弯液面上方并在各方向1

°之内。两个玻璃温度计用于水浴