CN1051614C - 旋转剪切速率降速式粘度测量法及其装置 - Google Patents

Abstract

旋转剪切速率降速式粘度测量法及其装置属于流变物质粘度测量技术。其目的在于提出原恒速旋转测头靠粘度阻力突然降速的变速，对粘液阻力关系，来描绘粘度的测量方法及其装置。该测量方法是设定电机转速，带动测头旋转的电机达到设定转速时，突然切断电机电源，使测头靠粘度阻力降速；同时用计算机测量并记录变速和粘液阻力以及自动将其关系描绘粘度曲线。该装置由样品杯1，测头3，电机6、7，光栅测速器8、9、10，计算机及其外设组成。该测量方法简单，测试精度高、时间短、节省人力和电力，广泛应用于各种待测流变物质的粘度测量。

Description

旋转剪切速率降速式粘度测量法及其装置

本发明属于流变物质粘度测量技术。

粘度是流变物质的流动特性，对于工农业生产、家用化工、食品工业、环保及医药医学等行业有重要的意义，例如，润滑油、乳化液、悬乳液、塑料溶液、油漆涂料、洗涤剂、陶瓷浆、油墨、煤浆、土壤、化妆品、饮料、果胶口香糖、巧克力、内外用药及血液、体液等流变物质都需要测粘度。

粘度测量方法很多，其中旋转式测量法是最有前途的一类，其测量精度高，测试时间短，测头易清洗，所需样品少，几乎适应所有的流变物质的粘度测量。

与粘液阻力相关的剪切应力τ及与测头旋转速率成正比的旋转剪切速率D二者之比定义为粘度η，即 $\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\τ}}{D}---\left(1\right)$ 于是，粘度便可以用测头的旋转速率与粘液阻力之间关系测得。然而，以往的旋转粘度计，如中国专利CN95201824.2，需要在不同电机旋转速率下测量独立的24个点，经换算，用几十分钟，连成一条粘度曲线，其测量精度受影响，仪器结构复杂，操作不方便。

本发明目的在于提出一种原恒速旋转测头，靠粘液阻力突然降速的变速，对粘液阻力关系，描绘粘度的测量方法及其装置。

本发明目的是这样实现的：

一种粘度旋转测量法，其特征在于，首先设定电机转速，当带动测头旋转的电机达到设定转速时，突然切断电机电源，使测头靠粘液阻力降速；同时用计算机测量并记录变速和粘液阻力以及自动将其关系描绘粘度曲线。

实施上述方法所述的装置，其特征在于，由馈电而设定转速的电机定子6，置于带动部同轴的样品测头3及上部同轴的测速光栅9旋转的电机转子7的外部；转子7由装在外壳4的上下二轴承11和5来支撑；旋转的光栅9刚好介于发射测速光束的光源10和接收被光栅9切割的测速光束的光电管8之间；由光电管8输出表征测头(即电机)转速随时间变化率的光电脉冲信号送到计算机，由计算机做数据处理，并将结果送外设输出。

结合附图，进一步说明本发明内容。

图1是本发明测试装置图

图2是本发明测试结果曲线图

图中标识符号如下：

1  流变物质样品         2样品杯           3测头         4外壳

5下轴承                 6定子             7转子         8光电管

9光栅                   10光源            11上轴承

图1是本发明测试装置图。它由样品杯1，测头3，电机6、7，光栅测速器8、9、10，计算机及其外设组成。光栅是一圆形透明薄片，其上沿径向印刷或刻有切割光束的光栏，在其垂直上方设有发射光束的光源10，在相对的正下方有一接收被光栅切割的光束的光电管8。样品测头与样品接触的测面是大钝角角锥，以避免涡流。

粘度旋转测量法：

粘度测量是利用旋转锥形测头在待测流变物内，用流变物粘性阻力而形成的扭转剪切应力，与测头转速之间的关系来测定流体粘度。如前所述，粘度η等于剪  切应力τ与测头的剪切速率D的比值，重写公式(1) $\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\τ}}{D}---\left(1\right)$ 剪切应力τ与粘液阻力Fn大小相等方向相反，即

                 τ＝-Fn                  (2)而剪切速率D正比于测头转速V，令其比值为f(V)。因为 $F_n=\frac{t_n-t_{n-1}}{\·V_n-V_{n-1}}---\left(3\right)$ 式中  t_n是设定恒定转速时刻

  t_n-1是降速最终时刻

  V_n是设定恒定转速

  V_n-1是降速的最终速度于是粘度 $\mathrm{\η}=\frac{F_n}{\mathrm{Df}\left(V\right)}---\left(4\right)$ 式中F_n粘液阻力

 Df(V)速率技术规格如下：粘度：0.5～10⁹mPas (厘泊)  剪切速率：0.004-400001/9  1/秒温度：-50-200℃           压力：真空-1000bar转速：0-1000    转/分     精度：4％FS测量时间：≤120秒测量过程：

将样品装入样品杯2，按图1放好测头3，在电机转速设定电路选好预定转速相应的设定电压，计算机和光栅测速器的光栅9、光发射管10和光电管8都处于备用状态。

开机，测头3迅速旋转，当达到预定速度时，由计算机操作，突然切断电机6、7的电源，于是，测头3靠待测流变样品的阻力慢慢减速，直至为零。与此同时，计算机记录相对应的光电管送来的光脉冲和对应时间。计算机迅速将所得的光脉冲及相应时间的数据进行处理，运用公式(4)，算出粘度相关数据和曲线，并经外设输出。整个测量过程只需要几分钟。

图2是本发明实施测试结果曲线图。4种不同样品，不同粘度，反映出不同样品特性。

本发明优点：

1、本发明测量方法简单，测量时间短，仅小于2分钟，精度高(4％FS)。

2、节省人力、电力。

3、几乎适应于所有流变物质。

实施例1

按图1测量装置连接，装好样品。该装置粘度测量范围在0.5～10⁹mPas。设定电机驱动电压为交流12伏，转速300转/分。流变体样品为建筑水泥浆。当转速达到300转/分时，突然切断电机电源，计算机测出样品粘度。其结果见图2(a)。横坐标是D竖坐标是C。建筑水泥浆恰当的流变特性，既能阻止贮运过程中颗粘沉淀，又保障施工有良好附着力及浇注性能。

实施例2

流变物样品为油漆，基他条件同实施例1。测试结果见图2(b)。油漆若粘度不佳，不容易涂均匀，影响施工质量，因此通常产品出厂用粘度来说明指标。

实施例3

流变体样品为雪花膏，其他条件同实施1，测试结果见图2(c)。流变特性改变成触变性，一来延长了放置时间，二来涂在脸上舒适。

实施例4

流变体样品为润滑油，其他条件同实施例1，测试结果见图2(d)。润滑油因冬夏季节不同，都要保证对齿轮箱和引擎有足够的润滑而又不轻易流掉，对机件壁有足够附着力。润滑油粘度特性是保障良好的润滑效果重要指标。

Claims (2)

1、一种粘度旋转测量法，其特征在于，首先设定电机转速，当带动测头旋转的电机达到设定转速时，突然切断电机电源，使测头靠粘液阻力降速；同时用计算机测量并记录变速和粘液阻力以及自动将其关系描绘粘度曲线。

2、根据实施权利要求1测量方法所需的装置，其特征在于，由馈电而设定电机转速的定子6，置于带动下部同轴的样品测头3及上部同轴的测速光栅9旋转的电机转子7的外部；转子7由装在外壳4的上下二轴承11和5来支撑；旋转的光栅9刚好介于发射测速光束的光源10和接收被光栅9切割测速光束的光电管8之间；由光电管8输出表征测头(即电机)转速随时间变化率的光电脉冲信号送到计算机，由计算机做数据处理，并将结果送外设输出。

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