CN105865977B - 一种同时测量流变学参量和电学参量的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种同时测量流变学参量和电学参量的装置，该装置在测量流变学参数的同时提供电学参数测量通路。所述的装置中流变学参量测量采用旋转流变仪的通用结构，包含流变参量测量模块、测量用转子和圆筒等，绝缘联轴器将转轴电绝缘，并通过转动连接模块将转子与转轴连接，转子与转动连接模块外层电连通，将电学参量测量模块两端分别连接圆筒和转动连接模块外层，为电学测量提供通路。本发明还公开了采用所述装置同时测量流变学参量和电学参量的方法，首先获取流变测量模块和电学参量测量模块的初始参数；再将测量用转子装入导入被测液体的圆筒内，在流变测量模块获得稳定测量结果时获取电学测量数据，根据初始参数计算最终测量结果。
Description
技术领域
本发明涉及流变特性测量技术领域，尤其是涉及一种同时测量流变学参量和电学参量的装置和方法。
背景技术
流变仪是用于测定聚合物熔体、聚合物溶液、悬浮液、乳液、涂料、油墨和食品等流变性质的仪器。流变学测量是观察高分子材料内部结构的窗口，通过高分子材料，诸如塑料、橡胶、树脂中不同尺度分子链的响应，可以表征高分子材料的分子量和分子量分布，能快速、简便、有效地进行原材料、中间产品和最终产品的质量检测和质量控制。流变测量在高聚物的分子量、分子量分布、支化度与加工性能之间构架了一座桥梁，所以它提供了一种直接的联系，帮助用户进行原料检验、加工工艺设计和预测产品性能。
介电常数是流体流变特性的另一个重要参数，但与流变学的研究在原理上有很大的区别。介电谱仪测量样品介电常数的原理是通过信号源发射交流信号，然后用矢量电压分析仪测量信号源两端电压信号，用矢量电流分析仪测量信号源经过样品电容器后的电流信号，再对电压信号和电流信号进行分析计算，最后可以得到样品的介电常数。
现有的流变仪只能单一的测量流变学参数，而不能做到在测量流变学参数的同时完成对介电常数的同步测量，本发明针对这一不足，提出了一种同时测量流变学参量和介电常数参量的装置和方法。该装置和方法还可以用于同时测量流变学参量和其他电学参量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中流变仪只能单一测量流变学参数的不足，提供一种同时测量流变学参量和电学参量的装置和方法。
本发明采用如下技术方案：
一种同时测量流变学参量和电学参量的装置，所述的装置包含如下组件：
装置支架：包含底板，背板和位于背板上的导轨，背板用于安装流变测量模块，底板用于放置测量用圆筒，流变测量模块或底板可以在电机驱动下沿导轨上下移动；
流变参量测量模块：用于流变参数的测量，包含用于旋转产生剪切的转轴和用于测量流变学参数的传感器；
电学参量测量模块：用于电学参数的测量；
绝缘联轴器：用于连接流变参量测量模块的转轴和测量用转子，其中包含绝缘的不传导材料，将流变参量测量模块的转轴和测量用转子电绝缘；
转动连接模块：其内层随测量用转子转动，外层固定在转动连接模块支架上，测量用转子与外层之间电学连通；
转动连接模块支架：用于固定转动连接模块的外层，在转动连接模块的内层随转子旋转时，确保转动连接模块外层不跟随连接模块内层的旋转；
测量用转子：用于测量流变参数；
温度采集模块：位于圆筒筒壁内部，用于采集圆筒内部温度；
圆筒：用于陈放被测液体；
水浴桶：用于给圆筒升温或降温；
导线：将电学参量测量模块两端分别连接圆筒和转动连接模块外层。
本发明所述的装置可以同时测量流变学参量和电学参量，包含流变学参量测量部分和电学参量测量部分。其中，流变学参量测量部分采用旋转流变仪的通用结构，通过旋转产生剪切来测定材料的流变特性，包含流变参量测量模块、测量用转子和陈放被测液体的圆筒等，流变参量测量模块包含用于测量流变学参数的传感器，输出转矩的转轴以产生剪切，以及具有温度采集、温度控制功能的模块，流变参量测量模块可按照现有技术中的旋转流变仪实现。所述的装置采用绝缘联轴器将被测液体与流变参量测量模块电绝缘，并通过转动连接模块为被测液体与电学参量测量模块提供稳定的电学连接并防止相互干扰，从而实现了流变学参量和电学参量的同时测量。
所述装置中，测量用转子可以采用多种形状，其几何结构如平板式、锥/平板式、同心圆桶式。
所述装置中，圆筒还包含一个盖子，用于防止转子转动引起的液体溅出和阻止圆筒内部液体和外部环境之间的热传递；圆筒底部包含抽出或导入液体的导孔。
本发明还涉及采用所述装置同时测量流变学参量和电学参量的方法，其特征在于，在温控程序的控制下达到预设的温度后，使得测量用转子在空气中空转，获取流变参量测量模块和电学参量测量模块的初始参数；将测量用转子装入导入被测液体的圆筒内，启动流变参量测量模块和电学参量测量模块，在流变参量测量模块获得稳定测量结果时获取电学测量数据，根据流变参量测量模块和电学参量测量模块的初始参数分别计算流变参量和电学参量测量结果。
上述方法的第一种实施方式，获取流变参量测量模块和电学参量测量模块的初始参数的步骤如下：在温控程序的控制下达到预设的温度后，抽空圆筒内的液体，启动流变参量测量模块和电学参量测量模块，使得测量用转子在空气中空转，获取流变参量测量模块和电学参量测量模块的初始参数；重新将液体导入圆筒，再次达到预设温度后进行后续测量。
上述方法的第二种实施方式，获取流变参量测量模块和电学参量测量模块的初始参数的步骤如下：在温控程序的控制下达到预设的温度后，抬升流变参量测量模块或者降低圆筒所在平面，使得测量用转子离开圆筒，启动流变参量测量模块和电学参量测量模块，使得测量用转子在空气中空转，获取流变参量测量模块和电学参量测量模块的初始参数；降低流变参量测量模块或抬升圆筒所在平面，使测量用转子重新进入圆筒内，再次达到预设温度后进行后续测量。
采用所述装置同时进行流变学参量和电学参量的测量，每次测量前需获取流变参量测量模块和电学参量测量模块的初始参数，并根据初始参数对实际的测量结果进行校正。原因在于，所述装置中，旋转结构的摩擦系数会随温度而发生变化，转动连接模块的接触电阻会随温度发生变化，会对流变学参量和电学参量的测量造成影响。
有益效果：本发明的同时测量流变学参量和电学参量的装置，在现有技术中的旋转流变仪的基础上，在测量流变学参数的同时提供电学参数测量通路。流变学参量测量部分采用旋转流变仪的通用结构，通过旋转产生剪切来测定材料的流变特性。所述的装置采用绝缘联轴器将被测液体与流变参量测量模块电绝缘，并通过转动连接模块的内层电学连接连续旋转的测量用的转子(转子直接放置在陈放被测流体的圆筒中)，转动连接模块的外层导线连接电学参量测量模块，如介电谱仪；电学参量测量模块的另外一端连接圆筒外壁，为电学参量的测量提供必须的通路，从而实现了流变学参量和电学参量的同时测量。
附图说明
图1本发明的同时测量流变学参量和电学参量的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
图1是本发明的同时测量流变学参量和电学参量的装置的结构示意图，本发明实施例应用于同时测量流变学参量和介电常数参量的场合，所述的装置包括：装置支架，由底板102，背板100和导轨101等组成；流变参量测量模块200，采用旋转流变仪的通用结构，其中201是流变参量测量模块的转子；电学参量测量模块(介电谱仪)；绝缘联轴器301；转动连接模块302及转动连接模块支架300；测量用转子303；圆筒304；水浴桶305；以及导线401、导线402。另外还包括用于被测流体温度控制的温度采集模块(位于圆筒筒壁内部)和温度控制模块(未画出)等。
具体来说，各部分的结构及功能如下：
装置支架：包含底板102，背板100和位于背板100上的导轨101，背板100用于安装流变测量模块200，流变测量模块200或底板102可以在电机驱动下沿导轨101做抬升或下降动作，其作用是协助系统获取流变测量模块和电学参量测量模块的初始参数；
流变参量测量模块200：用于流变参数的测量。本发明装置中流变参数的测量采用旋转流变仪的通用结构，通过旋转产生剪切来测定材料的流变特性。流变参量测量模块200采用现有技术中旋转流变仪的结构，包含用于测量流变学参数的传感器，具有温度采集、温度控制功能，此外，还包括发出指令可抬升/降低流变测量模块200或圆筒304所在平面(电机在接收指令后可以令流变测量模块200或底板102沿导轨上下移动)，并发出指令启动电学参数的测量。流变参量测量模块200包括流变参量测量模块的转轴201；
温度采集模块：位于圆筒304筒壁内部，用于采集圆筒304内部温度；
温度控制模块：用于对圆筒304外部的水浴桶305进行升温或降温；
电学参量测量模块(图中的介电谱仪)：用于电学参数的测量；
绝缘联轴器301：用于连接流变测量模块的转轴201和测量用转子303，其中包含绝缘的不传导材料，保证流变测量模块的转轴201和测量用转子303之间是电绝缘的；
转动连接模块302：其内层随测量用转子303转动，外层固定在转动连接模块支架300上，当内层随转子转动时，外层由于转动连接模块支架300的固定而不会发生转动，并提供内层导线和外层导线之间的电学连通性；
转动连接模块支架300：用于固定转动连接模块302的外层，在转动连接模块302的内层随转子旋转时，确保转动连接模块302外层不跟随转动连接模块302内层的旋转；
测量用转子303：用于测量流变参数，可以采用多种形状，其几何结构可以采用现有旋转流变仪中的如平板式、锥/平板式、同心圆桶式。
圆筒304：其形状随测量用转子303的形状而有所改变，用于陈放被测液体，该圆筒还包含一个盖子，用于防止测量用转子303转动引起的液体溅出和阻止圆筒304内部液体和外部环境之间的热传递；圆筒内置温度传感器；圆筒底部包含抽出或导入液体的导孔；
水浴桶305：用于给圆筒304升温或降温，外部的液体/气体通过它的两个出入口给圆筒304加热或降温；
导线401：用于连接转动连接模块302的内层导线和测量用转子303；
导线402：用于连接电学参数测量模块(图中的介电谱仪)。
上述装置在现有技术中的旋转流变仪的基础上，在测量流变学参数的同时提供电学参数测量通路。绝缘联轴器保证流变测量模块的转轴和测量用转子电绝缘的前提下，转动连接模块的内层导线连接旋转的测量用的转子(转子直接放置在陈放被测流体的圆筒中)，转动连接模块的外层导线连接介电谱仪；介电谱仪的另外一端连接圆筒外壁，为介电谱仪的测量提供必须的通路，从而实现了流变学参量和电学参量的同时测量。该装置也可以用于同时测量流变学参量和其他电学参量。
采用所述的装置同时测量流变学参量和电学参量的方法，第一种具体的实施方法如下：在温控程序的控制下达到预设的温度后，抽空圆筒内的液体，启动流变参量测量模块和电学参量测量模块，使得测量用转子在空气中空转，获取流变参量测量模块和电学参量测量模块的初始参数，重新将液体导入圆筒，再次达到预设温度后，启动流变参量测量模块和电学参量测量模块，在流变参量测量模块获得稳定测量结果时获取电学测量数据，根据流变参量测量模块和电学参量测量模块的初始参数分别计算流变参量测量模块和电学参量测量模块的最终测量结果。
第二种具体的实施方法如下：在温控程序的控制下达到预设的温度后，抬升流变参量测量模块或者降低圆筒所在平面，使得测量用转子离开圆筒，启动流变参量测量模块和电学参量测量模块，让测量用转子在空气中空转，获取流变参量测量模块和电学参量测量模块的初始参数，降低流变参量测量模块或抬升圆筒所在平面，使测量用转子重新进入圆筒内，再次达到预设温度后，启动流变参量测量模块和电学参量测量模块，在流变参量测量模块获得稳定测量结果时获取电学测量数据，根据流变参量测量模块和电学参量测量模块的初始参数分别计算流变参量测量模块和电学参量测量模块的最终测量结果。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种同时测量流变学参量和电学参量的装置，其特征在于,所述的装置包括如下组件：
装置支架：包含底板，背板和位于背板上的导轨，背板用于安装流变测量模块，底板用于放置测量用圆筒，流变测量模块或底板可以在电机驱动下沿导轨上下移动；
流变参量测量模块：用于流变参数的测量，包含用于旋转产生剪切的转轴和用于测量流变学参数的传感器；
电学参量测量模块：用于电学参数的测量；
绝缘联轴器：用于连接流变参量测量模块的转轴和测量用转子，其中包含绝缘材料，将流变参量测量模块的转轴和测量用转子电绝缘；
转动连接模块：其内层随测量用转子转动，外层固定在转动连接模块支架上，测量用转子与外层之间电学连通；
转动连接模块支架：固定转动连接模块的外层；
测量用转子：用于测量流变参数；
圆筒：用于陈放被测液体；
温度采集模块：位于圆筒筒壁内部，用于采集圆筒内部温度；
水浴桶：用于给圆筒升温或降温；
导线：将电学参量测量模块两端分别连接圆筒和转动连接模块外层。
2.根据权利要求1所述的同时测量流变学参量和电学参量的装置，其特征在于,所述的测量用转子的几何结构采用平板式、锥/平板式或同心圆桶式。
3.根据权利要求1或2所述的同时测量流变学参量和电学参量的装置，其特征在于,所述的圆筒包含盖子，圆筒底部带有抽出或导入液体的导孔。
4.根据权利要求1或2所述的同时测量流变学参量和电学参量的装置，其特征在于,所述的电学参量测量模块为介电谱仪。
5.一种同时测量流变学参量和电学参量的方法，其特征在于：采用权利要求1所述的装置，在温控程序的控制下达到预设的温度后，使得测量用转子在空气中空转，获取流变参量测量模块和电学参量测量模块的初始参数；将测量用转子装入导入被测液体的圆筒内，启动流变参量测量模块和电学参量测量模块，在流变参量测量模块获得稳定测量结果时获取电学测量数据，根据流变参量测量模块和电学参量测量模块的初始参数分别计算流变参量测量模块和电学参量测量模块的测量结果。
6.根据权利要求5所述的同时测量流变学参量和电学参量的方法，其特征在于，所述的获取流变测量模块和电学参量测量模块的初始参数的步骤为，在温控程序的控制下达到预设的温度后，抽空圆筒内的液体，启动流变参量测量模块和电学参量测量模块，使得测量用转子在空气中空转，获取流变参量测量模块和电学参量测量模块的初始参数。
7.根据权利要求5所述的同时测量流变学参量和电学参量的方法，其特征在于，所述的获取流变测量模块和电学参量测量模块的初始参数的步骤为，在温控程序的控制下达到预设的温度后，抬升流变参量测量模块或者降低圆筒所在平面，使得测量用转子离开圆筒，启动流变参量测量模块和电学参量测量模块，让测量用转子在空气中空转，获取流变参量测量模块和电学参量测量模块的初始参数。
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2016
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