CN1031279A - 光测速陀螺转子粘度计 - Google Patents

Abstract

一种光测速陀螺转子粘度计，利用计算机采样速 度快，计时准确的特点，采用非接触性光电计数方法 测量陀螺转子由运动至停止的暂态过程，求出流体粘 性随切变率而变化的流变性质。本发明具有测量精 度高，重复性好，应用范围广，操作方便，工作效率高 等特点。

Description

本发明属于流体粘性（流变性质）测量仪器。

医院需要测量血液和其它体液的流变性质，以进行诊断和药理病理方面的研究。生物制品和科研单位需要测量高分子溶液的流变性质以进行鉴别和研究DNA、RNA的结构特征。食品工业需要测量如油类或酒类生产的成品或半成品的流变性质用以比较鉴别，和控制工艺过程。工业中需要测量油脂，漆，浆糊等各类产品的粘性性质。环境保护部门需要测量污泥的流变性质。本发明可广泛应用于上述所有领域，满足不同流体粘性的测量要求。

现有的粘性测量大致有毛细管式，锥板或园筒回转式和齐姆式几种。〔美国K·E·范霍尔德著“物理生物化学”中译本P167～169〕毛细管粘度计的切变率一般不能调节，目前国内最先进的可调切变率毛细管粘度计〔上海医科大学“血液流变学及其临床意义”P159～162〕虽然可以测量几个切变率下的粘度，但操作不方便。每测一个数据需要用生理盐水对毛细管反复冲洗，这一过程往往需要持续几分钟。且可测量粘度的范围很小。甚至连有些粘度较大的血样也由于流通不畅而无法测量。锥板回转式粘度计产品〔见天津分析仪器厂NZ-型锥极式粘度计说明书〕切变率可以较方便地变换和调节，工作效率高。但这类粘度计（包括园筒形）均采取金属吊丝或游丝结构，不仅支承部分结构十分脆弱容易损坏，且与低粘性物质产生的粘性力形成的力矩相比存在很大的摩擦力矩。因此测量重复性差，量程范围小。更换吊丝更为困难还受到环境的影响。为了克服以上缺点梁子钧等人〔中华物理医学杂志1982年第四卷第4期，P226-229采用空气轴承结构。但其具有制作困难，试样量大（2ml-4ml）并需附加压缩空气气源的缺点。特别是仍然存在摩擦阻力，没有根本克服以上弊病。齐姆式粘度计采用内装自趋中心浮子结构〔见前引“物理生物化学”〕试样用量大，更换试样和清洗困难，且结构复杂制作工艺要求高。因此至今国内仍没有类似产品。以上各类回转形粘度计还有对调速驱动系统转速精度要求高，（因为测量的是各个稳态过程）及测量粘性的适应范围小等缺点。

本发明的目的是要解决以上各类粘度计的缺点做到测量范围大，测量精度高，操作简便，试样用量少，结构简单，重复性好。本发明的技术要点是：利用计算机采样速度快，计时准确的特点，采用非接触式的光电计数方法测量陀螺转子在被测流体粘性作用下由高速到低速直至停止的转动的暂态过程，即求得转速随时间的变化。转速对时间微分后即可获得角加速度对转速的变化关系，从而求出流体粘性随切切变率而变的流变性质。

本发明用一个独立的陀螺转子作回转部分，由于它与基座之间没有如吊丝、游丝，轴承之类固定联系，以及由于其回转后的平衡性和被测液体的润滑作用，使摩擦力矩减至最小，从而保证了测量的精度。另一方面陀螺和盛样皿结构简单，价格低廉，易于更换和清洗，且可随不同测量对象的需要制作成不同规格，故适用范围极广。同时由于陀螺与盛样皿间隙中试样的厚度是恒定的，这就避免了锥板粘度计测量时由操作人员肉眼观察调节间隙引起的切变率误差。

本发明的测量原理和操作过程如下：在盛样皿中加入一定量的流体试样，然后将陀螺对准中心放入。由驱动系统通过旋转台带动盛样皿旋转。电机转速根据需要测量的最大切变率数值适当选择。由于驱动系统的精度要求不高，从而降低了造价。一定时间后，陀螺转子的转速接近于盛样皿和旋转台的速度并稳定旋转。这时令旋转台突然制动，陀螺则在惯性力作用下继续旋转，并在流体粘性力作用下逐渐减慢。陀螺转子的上面分隔成反光部分和非反光部分，在光线的照耀下交替吸收和反射光线。反射光作用于光电测量元件上获得脉冲信号，其时隔可以精确地反映陀螺转子实际转速的变化情况。测量的时钟脉冲频率与脉冲计数次数编程输入计算机以满足不同测量精度和试样的要求。测得的时间间隔存于计算机内存中，由计算机自行运行求出切变变率和粘性的关系。并根据精度由计算机绘制成图或按需要规定步长打印结果。标定工作在仪器出厂时用标准油进行，随陀螺附上交给用户，并直接写入软件程序中。

本发明的优点可以根据以上原理充分体现出来：

1.应用范围广，包括在试样、粘度值、切变率值三方面都有广泛的适用性。无论是水，油脂，污泥都能测量。2.测量误差小，精度高，能用于临床诊断中比较低粘流体粘性的微小差异。3.操作简便，更换试样和清洗容易。4.可根据不同对象选择适量试样用量，少时可以只取0.7ml。5.重复性好，不易受操作人员影响造成操作误差。6.结构简单，造价价廉，只需增加接口装置即能与微型机组成测量系统。7.工作效率高，通过考察一个暂态过程即能获得研究人员所关心范围内足够连续的切变率下的粘性曲线。8.容易实现试样的控温，在陀螺周围形成恒温的小环境。

图1是本发明原理和主要部件示意图。

图中陀螺转子（1）放在盛有一定流体试样的盛样皿内。盛样皿（2）固定在旋转台（3）上。马达（4）由调速系统（5）控制可以用不同速度带动旋转台（3）上共同转动。当电机（4）旋转一定时间以后，陀螺转子（1）接近于（4）的转速转动。这时令（2）、（3）、（4）停止转动，（1）则在惯性力作用下继续旋转。由于流体粘性的作用陀螺（1）将逐渐减速以至最终完全停止。（6）～（9）组成了光电测速系统。（6）为光源，采用小功率激光器或普通光源使其在反射面上聚焦。（7）为分光镜，经分光镜（7）反射的光线在陀螺反光面上聚焦。产生的反射光透过（7）后照射在光电元件（8）上，在光测速电路（9）中放大和整形获得一系列脉冲信号。该脉冲信号送入计算机扩展接口，用以计数。从而获得转过固定转角的不同时隔，并存入内存。经计算机运算便一次获得粘性随不同切变率变化的函数关系。

图2是陀螺转子结构示意图。

图中（1）为操作柄。（2）为定位桩。（3）为反光面。反光面上沿轮辐方向分成若干黑白相间的区域。只有当光线照射在白色域内才发生反射。这样来测量转速随时间变化的关系。

Claims (2)

1、一种光测速陀螺转子粘度计，其特征在于，陀螺转子(1)放在盛有一定流体试样的盛样皿(2)内，盛样皿固定在转台(3)上，由调速系统(5)控制在马达(4)带动转台共同转动，当马达(4)转动一定时间后，陀螺转子(1)将以接近于马达的转速转动，此时，令盛样皿，转台，马达停止转动，陀螺转子在惯性力作用下继续转动，由于流体粘性的作用，陀螺减速并停止，由光源(6)，分光镜(7)，光电元件(8)，光测速电路(9)和微型计算机组成光测速系统。

2、根据权利要求1所述粘度计，其特征在于，用光测速系统测量陀螺在流体粘性作用下的减速过程并据此求出流体在不同切变率下的粘性。