CN104359792B - 一种测定聚合物特性粘度的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种测定聚合物特性粘度的装置，包括恒温水箱、激光装置、光敏传感装置、控制与显示装置和电源；在恒温水箱中设有毛细管，箱体一侧壁设有两颗激光器，其发射的激光垂直通过浸泡于箱体中的毛细管上的刻度线，并照射到对侧箱体壁上的传感器上；光敏传感装置由毛细管、激光器构成；控制与显示装置由单片机和1602LCD显示屏幕构成。通过激光照射液柱，再使用光敏传感器感知液面位置，由空气与待测液体的折射率不同以判断液面位置从而确定出粘度。有结构简单、成本低；大大减少了传统人工计时的误差，提高了测量精度，同时该方法操作简便，能缩短测量时间。
Description
技术领域
本发明涉及粘度测定装置，具体涉及一种测定聚合物特性粘度的装置。
背景技术
如图3所示，测量特性粘度最常用的仪器是乌氏粘度计。乌氏粘度计是一种重力型毛细管粘度计，是基于相对测量法的原理而设计的。也即依据液体在毛细管中的流出速度来测量液体的特性粘度（也称极限粘度）。乌氏粘度计属于悬挂液柱型粘度计，相比于奥氏粘度计，乌氏粘度计添加了一根支管，在液面下降时会在液体下形成一个气承悬液柱，出毛细管下端时，将沿管壁留下，这样对液面下降的影响就会大大降低。
现阶段常见的自动粘度计大都是旋转流变仪等旋转式粘度计，其测量的是剪切应力与角变形率之间的关系，即动力粘度。熟知的表观粘度即是此种粘度类型，并不能以此计算出高聚物的分子量，而能直接测量特性粘度的自动粘度计价格通常十分高昂，动辄数万元，进口产品价格更是高达数十万元，因此现阶段实验室内大都是采取传统的乌氏粘度计测量，人工计时读数的方法。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种成本低、操作简便的一种测定聚合物特性粘度的装置。
实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种测定聚合物特性粘度的装置，其特征在于，包括恒温水箱、激光装置、光敏传感装置、控制与显示装置和电源；
所述恒温水箱包括箱体，箱体中设有电热器和搅拌器，还设有温度显示屏用于观察水浴箱内的温度，通过自动调节以精确控制受测环境的温度；
在箱体中设有毛细管，箱体一侧壁设有两颗激光器，其发射的激光垂直通过浸泡于箱体中的毛细管上的刻度线，并照射到对侧箱体壁上的传感器上；光敏传感装置由毛细管、激光器构成；控制与显示装置由单片机和1602LCD显示屏幕构成；
通过激光照射液柱，再使用光敏传感器感知液面位置，由空气与待测液体的折射率不同以判断液面位置从而确定出粘度。
相比现有技术，本发明具有如下优点：
1、本发明结构简单，成本低；利用光线在空气和溶液中折射率不同的原理，改造了传统乌氏粘度计，将其固定在恒温水槽内，水槽内壁安装激光装置和光敏传感装置以检测液面变化，随后对测量得出的时间经行数据处理，最终得到溶液的特性粘度。
2、使用该装置可以减少传统人工计时的误差，大大提高了测量精度，同时该装置操作简便，缩短测量时间。并在无人工干预下全自动化测定流体的特性粘度。
3、本发明设计将激光在通过毛细管时会在内管壁发生折射，而由于空气与待测溶液的折射率不同，出射光线相较于入射光线的偏离角会有不同的原理。设置在特定位置的传感器会捕获到这种光线变化，从而将感知到的液面位置信号传送至单片机中。
附图说明
图1为本发明测定聚合物特性粘度装置的结构示意图。
图2为本发明测定聚合物特性粘度装置的原理图。
图3为现有乌氏粘度计的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明，但这些举例实施方式的用途和目的仅用于举例本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
如图1所示，一种测定聚合物特性粘度装置，由恒温水箱、激光装置、光敏传感装置、控制与显示装置和电源五部分组成。
恒温水箱由恒温水浴箱(1)，水浴箱(1)中设有电热器(6)和搅拌器(7)，还设有温度显示屏（10）用于观察水浴箱内的温度，通过自动调节以精确控制受测环境的温度。
在水浴箱(1)一侧壁有两颗激光器(3)，其发射的激光垂直通过浸泡于水浴箱(1)中的毛细管(2)上的刻度线（9）照射到对侧水浴箱(1)壁设置的传感器(8)上；光敏传感装置由毛细管(2)、激光器(3)构成；控制与显示装置由单片机(4)、显示屏幕(5)和传感器(8)构成。采用本发明激光在通过毛细管(2)时会在内管壁发生折射，而由于空气与待测溶液的折射率不同，出射光线相较于入射光线的偏离角会有不同。设置在特定位置的传感器(8)会捕获到这种光线变化，从而将感知到的液面位置信号传送至单片机(4)中。
实验前，需先配置聚合物溶液，采用如下方式进行测定：
1、将配置好的溶液放置于烧杯中待用。
2、将装置内的玻璃毛细管取出，洗净，烘干后放如仪器中卡紧。
3、接通仪器电源后，将配置好的聚合物溶液灌入仪器上部的玻璃漏斗中。
4、仪器会自动完成整个测量过程，待屏幕显示测量完成后后记录显示的读数。
5、测量完毕后，取出毛细管，清洗、烘干后重新放回装置中，将装置放置于干燥的环境中，以备下次使用。
激光装置工作原理：在乌氏粘度计前方一厘米处，有两个激光器，分别照射粘度计的m1与m2刻度线处。激光器发出的平行光垂直照射在乌氏粘度计管3上，因玻璃和空气的折射率不同而发生折射，经过一系列折射光路（如图所示），光线由管3后方射出，并在接收屏上投影出一定长度的光条。
平行光入射到玻璃界面是发射折射，空气的折射率越为1.0，玻璃的折射率为1.55。激光在管径8mm，内径4mm的乌氏粘度计支管3中发生折射。光线共折射四次。经过计算并绘制光路图可，得出四次折射的入射角和反射角。光线在经过四次折射后呈发散状，在距离500mm的接收屏上呈现长度为约212.78mm的较长光条。
当有液体填充粘度计支管时，由于液体的密度大于空气，光路会发生变化。以蒸馏水为例，玻璃的折射率为1.55，蒸馏水的折射率为1.33。光经过四次折射后呈收缩状，在一定距离后会交为一点，然后继续发散，所以在距离为500mm的接收屏上会呈现出长度为约122.72mm的较短光条
通过对比接收屏上接收到的光条长度，可以发现，在管中装入液体之后，由于液体折射率大于空气，导致折射角增大，光条长度变短。虽然在乌氏粘度计的管3中，光线折射变换并不明显，但是经过足够长的距离之后，微小的变化会被放大很多倍，因此在接收屏上，光条长度对比十分明显，足够保证传感器的放置位置。此变化可以用来记录液面下降的瞬间。
Claims (1)
1.一种测定聚合物特性粘度的装置，其特征在于，包括恒温水箱、光敏传感装置、控制与显示装置和电源；
所述恒温水箱包括箱体(1)，箱体(1)中设有电热器(6)和搅拌器(7)，还设有温度显示屏（10）用于观察水浴箱内的温度，通过自动调节以精确控制受测环境的温度；
所述光敏传感装置由毛细管(2)、两颗激光器(3)和传感器(8)构成；激光器(3)设于箱体(1)一侧壁，其发射的激光垂直通过浸泡于箱体(1)中的毛细管(2)上的刻度线（9），并照射到对侧箱体(1)壁上的传感器(8)上；通过激光器(3)照射液柱，传感器(8)感知液面位置，由空气与待测液体的折射率不同以判断液面位置从而确定出粘度；
控制与显示装置由单片机(4)和1602LCD显示屏幕(5)构成。
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