CN106644830B - 自动计时装置和自动计时毛细管黏度测量装置 - Google Patents

自动计时装置和自动计时毛细管黏度测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于测量和计量科学领域，涉及一种自动计时装置和自动计时毛细管黏度测量装置。该自动计时装置包括计时装置(10)、触发装置(20)和纵向位移装置(30)，其中，计时装置(10)包括计时钟(11)；触发装置(20)包括第一光电开关(21)、第二光电开关(22)、第一开关限位夹(23)和第二开关限位夹(24)；纵向位移装置(30)包括第一定位旋钮(31)、第二定位旋钮(32)和第一连接杆(33)。本发明采用光电开关发射的红外线感应液体样品凹液面流到上、下计时刻度线的时间，实现自动测量流出时间，测量准确性高，操作简便；采用纵向位移装置实现了上下两个光电开关之间的位置可自由调整，从而自动计时装置可适用于不同尺寸的毛细管黏度计。

Description

自动计时装置和自动计时毛细管黏度测量装置
技术领域
本发明属于测量和计量科学领域，更具体而言，涉及一种用于黏度毛细管法测量和黏度计校准的自动计时装置和包括该自动计时装置的自动计时毛细管黏度测量装置。
背景技术
黏度表征了液体的内部摩擦力状态，与在外力作用下液体发生运动的趋势关系密切，是一项重要的物理化学参数，在军工国防、石油化工、医疗卫生等诸多领域均涉及到黏度测量。黏度测量根据原理不同可分为毛细管法、旋转法、流出杯法和落球法等等，其中，测量不确定度最小，应用最为普遍的是毛细管法。全球所有建立了独立黏度量值传递体系的国家无一例外的均采用毛细管黏度计作为黏度量值的计量基准和计量标准装置。
目前，毛细管法黏度测量和黏度计校准过程中的计时仍多为测量人员持电子秒表手动完成，耗费相关从业人员巨大精力且不能同时进行多组实验，效率提高受限。长时间凭肉眼隔着浴槽壁观察液体凹液面，费眼，对实验人员的视力造成较大影响，且在判断时存在误差。
美国Cannon公司生产的CAV系列全自动毛细管黏度计上配套使用的自动计时装置是一种热敏开关，将探头预埋在毛细管计时刻度线上，测量重复性较好，但该装置的最大问题是不能推广，只能用于Cannon的自动黏度计，覆盖面不到1％。
另外一条实现黏度测量自动计时的路线是在黏度计计时刻度线正前方安装一台高速照相机，当检测到样品凹液面与计时刻度线相切时触发计时，该装置的缺点是高速照相机位置相对固定，不同尺寸的黏度计测量时可能由于仰视和俯视的角度问题导致测量结果出现偏差。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种能对所有在用毛细管黏度计进行全覆盖的、测量准确性高且使用方便的自动计时装置。
本发明的另一目的在于提供一种包括上述自动计时装置的毛细管黏度测量装置。
根据本发明的一个方面，本发明提供的自动计时装置包括计时装置10、触发装置20和纵向位移装置30，其中：
所述计时装置10包括计时钟11；
所述触发装置20包括第一光电开关21、第二光电开关22、第一开关限位夹23和第二开关限位夹24；
所述纵向位移装置30包括第一定位旋钮31、第二定位旋钮32和第一连接杆33；
第一光电开关21和第二光电开关22与计时钟11电连接；
第一光电开关21和第二光电开关22分别通过第一定位旋钮31和第二定位旋钮32可调节地固定在第一连接杆33上；
第一开关限位夹23用于固定第一光电开关21使得第一光电开关21的光路在黏度毛细管法测量时对穿毛细管，第二开关限位夹24用于固定第二光电开关22使得第二光电开关22的光路在黏度毛细管法测量时对穿毛细管。
根据本发明的另一个方面，本发明提供的自动计时毛细管黏度测量装置包括毛细管黏度计和上述自动计时装置。
本发明的自动计时装置相对于现有技术，优点在于：
(1)本发明采用上、下两个光电开关发射的红外线感应液体样品凹液面流到上、下计时刻度线的时间，实现自动测量流出时间，测量准确性高。
(2)本发明采用纵向位移装置30实现了上下两个光电开关之间的位置可根据毛细管黏度计尺寸的不同自由调整，将自动计时装置的应用范围扩大到所有厂家生产的毛细管黏度计，切实地将相关从业人员从繁琐的观察揿表等重复劳动中解放出来，使得可以同时开展的黏度测量实验数量明显增加，大大提高实验室工作效率。
(3)本发明采用开关限位夹23、24用于光电开关的固定，实现了光电开关的定位，使得红外线能够准确对穿毛细管，对液体样品在黏度计中的流动进行准确监控，避免出现误读和漏读的情况，使得自动计时装置测量结果的可信度和重复性大大提高。
(4)采用本发明的自动计时装置测量黏度时，操作人员可以在实验开始前将光电开关准确对准计时刻度线，避免了用高速照相机拍照再进行图像分析时，因为黏度计尺寸不同而引起的仰角俯角问题，测量准确度得到明显优化。
附图说明
图1是本发明的用于黏度毛细管法测量和黏度计校准的自动计时装置的结构示意图，其中计时装置包括计时钟；
图2是本发明的用于黏度毛细管法测量和黏度计校准的自动计时装置的结构示意图，其中计时装置包括计时钟和显示器；
图3是用聚四氟乙烯封装的U型光电开关；
图4示出光电开关发射点A与接收点B连线的中点O与开关限位夹圆形夹头的中心O’的连线OO’与二者间的连接杆的平行关系；
图5是本发明一种实施方式的自动计时毛细管黏度测量装置，其中毛细管黏度计为平氏黏度计；
图6是本发明另一种实施方式的自动计时毛细管黏度测量装置，其中毛细管黏度计为逆流黏度计；以及
图7是采用本发明的自动计时装置进行毛细管黏度计校准示意图，其中毛细管黏度计为乌氏黏度计。
附图标记说明：
计时装置10 触发装置20 纵向位移装置30
计时钟11 显示器12
第一光电开关21 第二光电开关22 第一开关限位夹23
第二开关限位夹24
第二连接杆25 第三连接杆26 第四连接杆27
第五连接杆28
第一定位旋钮31 第二定位旋钮32 第一连接杆33
具体实施方式
下面结合附图更详细地描述本发明。
根据本发明的一个方面，如图1所示，本发明提供的自动计时装置包括计时装置10、触发装置20和纵向位移装置30，其中：
所述计时装置10包括计时钟11；
所述触发装置20包括第一光电开关21、第二光电开关22、第一开关限位夹23和第二开关限位夹24；
所述纵向位移装置30包括第一定位旋钮31、第二定位旋钮32和第一连接杆33；
第一光电开关21和第二光电开关22与计时钟11电连接；
第一光电开关21和第二光电开关22分别通过第一定位旋钮31和第二定位旋钮32可调节地固定在第一连接杆33上；
第一开关限位夹23用于固定第一光电开关21使得第一光电开关21的光路在黏度毛细管法测量时对穿毛细管，第二开关限位夹24用于固定第二光电开关22使得第二光电开关22的光路在黏度毛细管法测量时对穿毛细管。
在本发明中，所述计时装置10包括计时钟11，在测量黏度时，它们放置于恒温浴槽外面。计时钟11分别与第一光电开关21和第二光电开关22电连接，用于记录毛细管黏度计中的液体样品凹液面由玻璃毛细管黏度计上计时刻度线流到下计时刻度线所用的时间。
根据黏度测量基本原理，在黏度测量过程中，当液体样品凹液面流到上、下计时刻度线时分别被红外线光电开关探测到向计时钟发出信号，记录两个信号之间的时间作为样品在黏度计中的流出时间，与黏度计常数的乘积即为样品的运动黏度。黏度计校准过程与之类似，不同的是计算标准液运动黏度与流出时间的比值作为黏度计常数。
更进一步地，计时装置10可以还包括显示器12(如图2所示)，显示器12与计时钟11电连接，用于记录和显示测量的时间信息。
在本发明中，所述触发装置20包括第一光电开关21、第二光电开关22、第一开关限位夹23和第二开关限位夹24；所述纵向位移装置30包括第一定位旋钮31、第二定位旋钮32和第一连接杆33。
第一光电开关21和第二光电开关22为U型光电开关，该U型光电开关的发射点A与接收点B相对设置。本发明采用的U型光电开关光源波长范围覆盖红外光区和可见光区，其中红外光用于感应毛细管中液体的位置，可避免日光和灯光干扰造成的误记和漏记；可见光则用于帮助实验人员将发射点A和接收点B点与计时刻度线对准。
在黏度毛细管法测量时，第一光电开关21和第二光电开关22要随毛细管黏度计浸没在恒温浴槽中，因此，所述第一光电开关21和所述第二光电开关22用金属或塑料等材料封装上以防水或防油，如图3所示，例如，第一光电开关21和第二光电开关22是采用聚四氟乙烯封装的U型光电开关，U型光电开关的发射点A与接收点B相对设置。
本发明采用了纵向位移装置30，实现了第一光电开关21和第二光电开关22的位置可根据毛细管黏度计尺寸的不同自由调整，即可根据毛细管黏度计上、下计时刻度线的具体位置进行调节，从而本发明的自动计时装置可以适用于不同尺寸的玻璃毛细管黏度计。
更具体地，第一光电开关21和第二光电开关22分别通过第一定位旋钮31和第二定位旋钮32可以上下调节地固定在第一连接杆33上。优选地，所述第一连接杆33为带标尺的连接杆，从而便于根据黏度计上、下计时刻度线间的距离进行调节。
第一光电开关21可以通过第二连接杆25连接在第一定位旋钮31上，第二光电开关22可以通过第三连接杆26连接在第二定位旋钮32上，从而第一光电开关21和第二光电开关22可以在第一连接杆33上进行上、下移动并固定。例如，通过纵向位移装置30，将第一光电开关21固定在毛细管黏度计的上计时刻度线上，第二光电开关22固定在毛细管黏度计的下计时刻度线上，并使得光电开关发射点A与接收点B间的连线与黏度计的计时刻度线对准。
为了使得第一光电开关21和第二光电开关22的光路(即发射点A与接收点B间的连线)在黏度毛细管法测量时对穿毛细管，本发明采用了第一开关限位夹23和第二开关限位夹24，第一开关限位夹23用于调节和固定第一光电开关21使得第一光电开关21的光路在黏度毛细管法测量时对穿毛细管，第二开关限位夹24用于调节和固定第二光电开关22使得第二光电开关22的光路在黏度毛细管法测量时对穿毛细管。
更具体地，第一开关限位夹23和第二开关限位夹24为圆形夹头的夹子，圆形夹头带有两个尾翼，通过两个尾翼来调节圆形夹头的大小，从而可以夹在不同尺寸的毛细管黏度计。第一开关限位夹23由定位旋钮上下可调节地固定在第四连接杆27上，第四连接杆27垂直固定在第二连接杆25上，使得第一开关限位夹23与第一光电开关21、第二连接杆25和第一定位旋钮31所在的平面平行。作为选择，第一开关限位夹23也可以通过第四连接杆27上的卡槽由旋钮固定在第四连接杆27上，第四连接杆27垂直固定在第二连接杆25上，使得第一开关限位夹23与第一光电开关21、第二连接杆25和第一定位旋钮31所在的平面平行。
与此相同，第二开关限位夹24由定位旋钮上下可调节地固定在第五连接杆28上，第五连接杆28垂直固定在第三连接杆26上，使得第二开关限位夹24与第二光电开关22、第三连接杆26和第二定位旋钮32所在的平面平行。作为选择，第二开关限位夹24也可以通过第五连接杆28上的卡槽由旋钮固定在第五连接杆28上，第五连接杆28垂直固定在第三连接杆26上，使得第二开关限位夹24与第二光电开关22、第三连接杆26和第二定位旋钮32所在的平面平行。
为了保证光电开关A、B点间的光路在黏度毛细管法测量时对穿毛细管，如图4所示，以第一光电开关21和第一开关限位夹23为例，光电开关发射点A与接收点B的中点O与开关限位夹圆形夹头的中心O’的连线OO’与二者间的第四连接杆27平行，圆形夹头所在平面与U型光电开关所在平面平行。此时，当开关限位夹夹在黏度计上后可保证从A点射出的光线正好穿过玻璃管中的毛细管，从而不会出现误读和漏读。同理，第二光电开关22和第二开关限位夹24也如此设置。
如上所述，本发明的自动计时装置通过纵向位移装置将两个分别用于触发和终止计时的光电开关的位置设置成纵向可调，使得该自动计时装置可适用于各种尺寸的毛细管黏度计；开关限位夹保证U型光电开关的光路始终穿过玻璃管内的毛细管，保证测量的准确性和有效性。
根据本发明的另一个方面，本发明提供自动计时毛细管黏度测量装置，其包括毛细管黏度计和上述自动计时装置。
图5示出本发明一种实施方式的自动计时毛细管黏度测量装置，其中毛细管黏度计为平氏黏度计(计时装置10未示出)。如图5所示，调整纵向位移装置30使得第一光电开关21的红外线恰好对穿计时球上计时刻度线，然后将第一开关限位夹23固定在平氏黏度计缓冲球上方，以固定住第一光电开关21；第二光电开关22的红外线恰好对穿计时球下计时刻度线，再将第二开关限位夹24固定在计时球下方，以固定住第二光电开关22。纵向位移装置30的第一连接杆33带有刻度，帮助实验人员调节上下光电开关间的距离。试验中当液体样品凹液面降至计时球上计时刻度线时第一光电开关21的红外线探测到并触发计时钟启动，当凹液面降至下计时刻度线时第二光电开关22的红外线探测到并发送信号至计时钟停止计时。整个计时过程均在显示器上体现并显示出计时结果。将计时得到的流出时间乘上平氏黏度计常数，即得到被测样品的运动黏度。
图6是本发明另一种实施方式的自动计时毛细管黏度测量装置，其中毛细管黏度计为逆流黏度计(计时装置10未示出)。如图6所示，调整纵向位移装置30使得第一光电开关21的红外线对穿计时球下计时刻度线，然后将第一开关限位夹23固定在逆流黏度计下球；第二光电开关22的红外线对穿计时球上计时刻度线，再将第二开关限位夹24固定在上球。试验中当液体样品液面中点从缓冲球升至计时球下计时刻度线时第一光电开关21的红外线探测到并触发计时钟启动，当液面中点升至上计时刻度线时第二光电开关22的红外线探测到并发送信号至计时钟停止计时。将计时得到的流出时间乘上平氏黏度计常数，即得到被测样品的运动黏度。
图7是采用本发明的自动计时装置进行毛细管黏度计校准，其中毛细管黏度计为乌氏黏度计(计时装置10未示出)。如图7所示，调整纵向位移装置30使得第一光电开关21的红外线恰好对穿计时球上计时刻度线，然后将第一开关限位夹23固定在乌氏黏度计缓冲球上方；第二光电开关22的红外线对穿计时球下计时刻度线，将第二开关限位夹24固定在计时球下方。试验中当标准黏度液凹液面降至计时球上计时刻度线时第一光电开关21的红外线探测到并触发计时钟启动，当凹液面降至下计时刻度线时第二光电开关22的红外线探测到并发送信号至计时钟停止计时。用标准黏度液运动黏度除以计时得到的流出时间，即得到被校准乌氏黏度计的黏度计常数。

Claims (10)

1.一种自动计时装置，其特征是，该自动计时装置包括计时装置(10)、触发装置(20)和纵向位移装置(30)，其中：
所述计时装置(10)包括计时钟(11)；
所述触发装置(20)包括第一光电开关(21)、第二光电开关(22)、第一开关限位夹(23)和第二开关限位夹(24)；
所述纵向位移装置(30)包括第一定位旋钮(31)、第二定位旋钮(32)和第一连接杆(33)；
第一光电开关(21)和第二光电开关(22)与计时钟(11)电连接；
第一光电开关(21)和第二光电开关(22)分别通过第一定位旋钮(31)和第二定位旋钮(32)可调节地固定在第一连接杆(33)上；
第一开关限位夹(23)用于固定第一光电开关(21)使得第一光电开关(21)的光路在黏度毛细管法测量时对穿毛细管，第二开关限位夹(24)用于固定第二光电开关(22)使得第二光电开关(22)的光路在黏度毛细管法测量时对穿毛细管；
所述第一光电开关(21)通过第二连接杆(25)连接在第一定位旋钮(31)上，第二光电开关(22)通过第三连接杆(26)连接在第二定位旋钮(32)上，从而第一光电开关(21)和第二光电开关(22)可以在第一连接杆(33)上进行上、下移动并固定；
所述第一开关限位夹(23)由定位旋钮上下可调节地固定在第四连接杆(27)上，第四连接杆(27)垂直固定在第二连接杆(25)上，使得第一开关限位夹(23)与第一光电开关(21)、第二连接杆(25)和第一定位旋钮(31)所在的平面平行；
所述第二开关限位夹(24)由定位旋钮上下可调节地固定在第五连接杆(28)上，第五连接杆(28)垂直固定在第三连接杆(26)上，使得第二开关限位夹(24)与第二光电开关(22)、第三连接杆(26)和第二定位旋钮(32)所在的平面平行。
2.一种自动计时装置，其特征是，该自动计时装置包括计时装置(10)、触发装置(20)和纵向位移装置(30)，其中：
所述计时装置(10)包括计时钟(11)；
所述触发装置(20)包括第一光电开关(21)、第二光电开关(22)、第一开关限位夹(23)和第二开关限位夹(24)；
所述纵向位移装置(30)包括第一定位旋钮(31)、第二定位旋钮(32)和第一连接杆(33)；
第一光电开关(21)和第二光电开关(22)与计时钟(11)电连接；
第一光电开关(21)和第二光电开关(22)分别通过第一定位旋钮(31)和第二定位旋钮(32)可调节地固定在第一连接杆(33)上；
第一开关限位夹(23)用于固定第一光电开关(21)使得第一光电开关(21)的光路在黏度毛细管法测量时对穿毛细管，第二开关限位夹(24)用于固定第二光电开关(22)使得第二光电开关(22)的光路在黏度毛细管法测量时对穿毛细管；
所述第一光电开关(21)通过第二连接杆(25)连接在第一定位旋钮(31)上，第二光电开关(22)通过第三连接杆(26)连接在第二定位旋钮(32)上，从而第一光电开关(21)和第二光电开关(22)可以在第一连接杆(33)上进行上、下移动并固定；
所述第一开关限位夹(23)通过第四连接杆(27)上的卡槽由旋钮固定在第四连接杆(27)上，第四连接杆(27)垂直固定在第二连接杆(25)上，使得第一开关限位夹(23)与第一光电开关(21)、第二连接杆(25)和第一定位旋钮(31)所在的平面平行；
第二开关限位夹(24)通过第五连接杆(28)上的卡槽由旋钮固定在第五连接杆(28)上，第五连接杆(28)垂直固定在第三连接杆(26)上，使得第二开关限位夹(24)与第二光电开关(22)、第三连接杆(26)和第二定位旋钮(32)所在的平面平行。
3.如权利要求1或2所述的自动计时装置，其特征是，所述计时装置(10)还包括显示器(12)，显示器(12)与计时钟(11)电连接。
4.如权利要求1或2所述的自动计时装置，其特征是，所述第一光电开关(21)和第二光电开关(22)均为U型光电开关，该U型光电开关的发射点(A)与接收点(B)相对设置，且该U型光电开关光源波长范围覆盖红外光区和可见光区。
5.如权利要求4所述的自动计时装置，其特征是，所述第一光电开关(21)和所述第二光电开关(22)是用金属或塑料封装的U型光电开关。
6.如权利要求4所述的自动计时装置，其特征是，所述第一光电开关(21)和所述第二光电开关(22)是用聚四氟乙烯封装的U型光电开关。
7.如权利要求1或2所述的自动计时装置，其特征是，所述第一连接杆(33)为带标尺的连接杆。
8.如权利要求1或2所述的自动计时装置，其特征是，所述第一开关限位夹(23)和所述第二开关限位夹(24)为圆形夹头的夹子，圆形夹头带有两个尾翼，通过两个尾翼来调节圆形夹头的大小。
9.如权利要求1或2所述的自动计时装置，其特征是，第一光电开关(21)的发射点与接收点的中点与第一开关限位夹(23)夹头的中心的连线与二者间的第四连接杆(27)平行；第二光电开关(22)的发射点与接收点的中点与第二开关限位夹(24)夹头的中心的连线与二者间的第五连接杆(28)平行。
10.一种自动计时毛细管黏度测量装置，其特征是，该自动计时毛细管黏度测量装置包括毛细管黏度计和权利要求1至9中任一项所述的自动计时装置。
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