CN103245606B - 一种悬浊液悬浮性测定装置及重心法测试悬浊液悬浮性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种悬浊液悬浮性测定装置及重心法测试悬浊液悬浮性能的方法。悬浊液悬浮性测定装置包括一长管形测试容器、夹具、拉力传感器、支架；所述拉力传感器固定于支架上,夹具夹持在测试容器上端，夹具与拉力传感器测试端联接，测试容器底端放于支架平台上，并使测试容器与水平面呈一定夹角θ。本发明还提供利用所述测定装置采用重心法测试悬浊液悬浮性能的方法。本发明测试数据准确，误差小，多次测试一致性好，适用于人工测量和微机自动测量。

Description

一种悬浊液悬浮性测定装置及重心法测试悬浊液悬浮性能的方法

技术领域

本发明涉及一种悬浊液悬浮性测定装置及重心法测试悬浊液悬浮性能的方法，属于悬浮性测定领域。

背景技术

悬浊液的悬浮稳定性是悬浊液的一项重要性能指标。但目前对悬浮性能还没有专门的测试仪器，目前常用方法有以下几种：①量筒静置法：将一定量悬浊液倒入量筒内，静置一定时间，观察分层界面或者上层清液体积；②测试不同高度密度法：将悬浊液静置一定时间后，在不同高度取样，测试样品密度的变化情况；③标准容积称量法：制定一套标准容器取样杯，分别测出悬浊液上、中、下三段的密度，然后再分析得出悬浮性能；④沉降柱法：采用沉降柱中端取样法，再测试样品中固体颗粒含量，表征沉降情况；⑤CN200920112004.3提供了一种食品胶悬浮性测定器，包含有细长形玻璃管，该管侧旁安装有上、下光电装置，该装置与计时显示的微机联接。该测定器专用于食品胶悬浮性的测定，为改进食品胶悬浮性测定无专用仪器和测定数据误差大、不够精确的缺陷提供精确而方便的测定器。该装置是通过对液体沉浮珠下落时间计量来反映胶液悬浮性，时间越长的悬浮性越好；⑥CN102435538A提供了一种测试高温高压下高密度工作液固相颗粒的悬浮稳定性能的悬浮稳定性测试装置及测试方法。利用耐高温高压容器侧壁安装温度传感器及11个等距离分布的压力变送器，测量不同高度压力的方法表征悬浮稳定性。

但以上方法不同程度的存在以下一种或几种问题：①悬浊液需静置较长时间，方可知其悬浮性能；②只能定性测量，定量测量时测试误差较大；③若悬浊液无明显分层或分层用时较长时，及悬浊液有颜色附着使容器不透明而无法观察分层时，则无法测试其悬浮性能；④适用范围小，且不能反映悬浊液内部因粒度不均引起的沉降情况；⑤测试器皿多，操作步骤多，操作复杂；⑥静置一段时间后再取样，会搅动悬浊液，造成误差；⑦对设备精确度要求高，设备结构复杂，如CN102435538A所提到的测试装置；等。

发明内容

本发明针对以上现有方法所存在的问题，提供了一种悬浊液悬浮性测定装置及重心法测试悬浊液悬浮性能的方法。

本发明的技术方案如下：

一种悬浊液悬浮性测定装置，该装置包括一长管形测试容器、夹具、拉力传感器、支架；所述拉力传感器固定于支架上,所述夹具夹持在测试容器上端，夹具与拉力传感器测试端联接，测试容器底端放于支架平台上，使测试容器通过夹具对拉力传感器测试端产生的拉力方向与水平面垂直，并使测试容器与水平面呈一定夹角θ。

根据本发明优选的，所述的测试容器为圆形试管或者任意横截面为相同椭圆的扁圆形容器。扁形的测试容器可减小重心在容器横截面方向上的变化而引起的误差。

根据本发明优选的，所述的测试容器与水平面夹角θ=10～85°。

根据本发明优选的，该装置还包括有信息采集与处理系统的微机，所述拉力传感器与计时及记录力的微机信息采集口联接，通过微机自动记录时间及拉力传感器所测力，自动绘制悬浊液重心与测试容器底端距离-时间曲线，即l-t曲线。

本发明所述的装置可以人工计时、记录荷重传感器所测力，然后计算测绘悬浊液重心与测试容器底端距离—时间曲线（l-t曲线），也可以通过微机记录时间及拉力传感器所测力，自动绘制悬浊液重心与测试容器底端距离—时间曲线（l-t曲线）。

一种重心法测试悬浊液悬浮性能的方法，包括使用本发明所述的装置，步骤如下：

（1）拉力传感器固定于支架上；用夹具夹紧空的测试容器，夹具与拉力传感器联接，测试容器底端置于支架平台上，使测试容器倾斜一定角度θ，并使测试容器通过夹具对拉力传感器产生的拉力方向与水平面垂直，并与测试容器中心线相交，交点到容器底端距离为l，用量角器测出θ；

（2）拉力传感器所测空容器产生的拉力为F₀，人工记录或微机通过信息采集系统自动记录荷重传感器所测力F₀；

（3）将搅拌均匀质量为M的悬浊液倒入测试容器内，人工记录或微机通过信息采集系统自动记录时间和荷重传感器所测力；记录不同时间t₁,…,t_n对应的扭矩传感器数值F₁,…,F_n，通用标记为F；人工或者微机系统绘制曲线F-t；

（4）设悬浊液重心距容器底端的距离l，根据力矩平衡及几何原理，可知：

(F-F₀)Lcosθ=Mglcosθ

$l=\frac{F}{\mathrm{Mg}}\×L-\frac{F_0}{\mathrm{Mg}}\×L---\left(I\right)$

根据（1）～（3）测得的L、θ、M、t₁,…,t_n、F₁,…,F_n，根据上式（I）得到l₁,…,l_n，人工或者微机系统绘制曲线l-t，可得悬浊液重心随时间的变化曲线，即悬浊液倾斜θ角时的沉降曲线。

不同的悬浊液沉降至相同的F-t曲线切线与时间坐标轴夹角时，所对应的时间越短，该悬浊液悬浮性越差。F-t曲线不受L和θ测量误差的影响。

悬浊液l-t曲线切线斜率即为悬浊液沉降速度。不同悬浊液相同沉降时间的沉降速度越大，则悬浊液悬浮性能越差；不同悬浊液沉降至相同的l-t曲线切线与时间坐标轴夹角时所对应的时间越短，则该悬浊液的悬浮性能越差。

本发明的测试装置及方法特别适用于水性悬浊液，水性高分子材料悬浊液，水性无机材料悬浊液等，水性无机材料悬浊液，如高温高辐射节能涂料悬浊液，主要由氧化硅或氧化铬、氧化锆、SiC、棕刚玉、钛白粉、耐火粘土、膨润土等固体料与羧甲基纤维素、PA80胶或水玻璃、水等液体组成的高温高辐射节能涂料悬浊液。

本发明的原理：悬浊液的悬浮性能与悬浊液组份受重力作用的运动情况有关，在重力作用下悬浊液某些组份沉降，必然造成悬浊液重心下移。相同的时间内，悬浊液重心下移量越大，即沉降越严重，表明悬浊液悬浮性越差。悬浊液重心转移所造成的力的变化是易测的，再根据力学及几何原理计算得出不同沉降时间的重心位置，可得到悬浊液的沉降速度和沉降曲线，即可知悬浊液的悬浮性能。

本发明的优点：

⑴测试数据准确，误差小，相同悬浊液多次测试一致性好，对不同悬浊液能很好的进行区分；

⑵定量测试悬浊液的沉降速度，即定量表征悬浊液的悬浮性能；

⑶可实现连续测试，得到悬浊液沉降曲线，反映不同时间的沉降速度变化；

⑷不会受到悬浊液着色于器皿表面、观察分层困难等情况的影响，适用悬浊液范围广；

⑸方法科学，测试装置、操作及计算简单，适宜用于人工测量和机器自动测量。

附图说明

图1为悬浊液悬浮性测试装置示意图。其中：1、支架，2测试容器，3、夹具，4、拉力传感器。

图2为测试容器示意图。横截面为椭圆。

图3为实施例2中l-t曲线图。其中：横坐标轴为时间（s）,纵坐标轴为悬浊液重心距离容器底端的距离（mm）。

图4为实施例2中F-t曲线图。其中：横坐标轴为时间坐标轴（s）,纵坐标轴为拉力传感器所测力（N）。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不限于此。

实施例中拉力传感器为蚌埠传感器系统工程有限公司JLBS微小拉力传感器。

实施例1：

一种悬浊液测定装置，结构如图1所示。该装置包括支架1、测试容器2、夹具3、拉力传感器4。所述夹具3夹紧测试容器上端，夹具3与拉力传感器4联接，测试容器2底端置于支架平台5上，测试容器2通过夹具3对拉力传感器4产生的拉力方向（向下）与水平面重直，测试容器2与水平面夹角为θ=10～85°。测试容器2是横截面为椭圆的扁圆形容器。

实施例2：

一种高辐射红外节能涂料的悬浮性能测试，测试装置如实施例1。夹具固定于空容器上端，夹具与拉力传感器联接，容器底端置于支架平台上，使容器倾斜放置，拉力传感器测试端受力方向所在直线与水平面重直，并与容器长度方向中心线相交，测试端受力方向所在直线与容器长度方向中心线的交点距容器底端距离为L=300mm，测试容器与水平面夹角为θ=60°。记录此时荷重传感器数F₀=0.6N；装入一定量质量为M=200g的悬浊液，采用计算机自动记录时间t(t₁,…,t_n)及拉力传感器所测力F(F₁,…,F_n)，绘制F-t曲线如图3所示。

设悬浊液重心距离容器底端为l，则：

根据牛顿第三定律、重力公式及力平衡原理可知：

(F-F₀)Lcosθ=Mglcosθ

$l=\frac{L}{\mathrm{Mg}}\×F-\frac{F_0}{\mathrm{Mg}}\×L$

根据上式，利用计算机对所采集传感器所测得的力进行处理，绘制出l-t曲线如图4所示。

结果分析：

①图3中曲线可直观反应该涂料的重心的变化趋势。悬浊液的重心随着沉降时间的延长而下降，且下降的速度呈先快后慢的趋势，曲线上任意点的切线斜率为该时间点的沉降速率；

②沉降时间为60s、120s、180s、240s、300s……时，涂料沉降速度分别为0.297mm/s,0.207mm/s,0.0.147mm/s,0.0.118mm/s,0.096mm/s,……。

③l-t曲线切线与时间坐标轴夹角为60°、45°、30°时的沉降时间分别为55s、112s、407s。

④F-t曲线切线与时间坐标轴夹角为60°、45°、30°时的沉降时间分别为55s、112s、407s。

Claims (5)

1.一种悬浊液悬浮性测定装置，其特征在于该装置包括一长管形测试容器、夹具、拉力传感器、支架；所述拉力传感器固定于支架上,所述夹具夹持在测试容器上端，夹具与拉力传感器测试端联接，测试容器底端放于支架平台上，使测试容器通过夹具对拉力传感器测试端产生的拉力方向与水平面垂直，并使测试容器与水平面呈一定夹角。 

2.如权利要求1所述的悬浊液悬浮性测定装置，其特征在于所述的测试容器为圆形试管或者任意横截面为相同椭圆的扁圆形容器。

3.如权利要求1所述的悬浊液悬浮性测定装置，其特征在于所述的测试容器与水平面夹角=10～85°。

4.如权利要求1所述的悬浊液悬浮性测定装置，其特征在于该装置还包括有信息采集与处理系统的微机，所述拉力传感器与计时及记录力的微机信息采集口联接，通过微机自动记录时间及拉力传感器所测力，自动绘制悬浊液重心与测试容器底端距离-时间曲线，即曲线。

5.一种重心法测试悬浊液悬浮性能的方法，包括使用权利要求1-4任一项所述的装置，步骤如下：

（1）拉力传感器固定于支架上；用夹具夹紧空的测试容器，夹具与拉力传感器联接，测试容器底端置于支架平台上，使测试容器倾斜一定角度，并使测试容器通过夹具对拉力传感器产生的拉力方向与水平面垂直，并与测试容器中心线相交，交点到容器底端距离为，用量角器测出； 

（2）拉力传感器所测空容器产生的拉力为，人工记录或微机通过信息采集系统自动记录拉力传感器所测力；

（3）将搅拌均匀质量为的悬浊液倒入测试容器内，人工记录或微机通过信息采集系统自动记录时间和拉力传感器所测力；记录不同时间对应的拉力传感器数值，通用标记为；人工或者微机系统绘制曲线；

（4）设悬浊液重心距容器底端的距离，根据力矩平衡及几何原理，可知：

      （）

L为测试端受力方向所在直线与容器长度方向中心线的交点距容器底端距离；

根据（1）~（3）测得的、、、、，根据上式（）得到，人工或者微机系统绘制曲线，可得悬浊液重心随时间的变化曲线，即悬浊液倾斜角时的沉降曲线；

不同的悬浊液沉降至相同的曲线切线与时间坐标轴夹角时，所对应的时间越短，该悬浊液悬浮性越差；悬浊液曲线切线斜率即为悬浊液沉降速度。