CN106872311A - 可测试法向应力的旋转流变仪 - Google Patents

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廖华勇
刘春林
陶国良
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/14—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by using rotary bodies, e.g. vane
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L7/00—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements
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Abstract

本发明涉及流变学测试技术领域，尤其涉及一种可测试法向应力的旋转流变仪，是在传统旋转流变仪的基础上作了改进，增加了弹簧，使得上板在测试时可以作轴向小幅度的移动，测试轴向位移，计算出法向力，而传统旋转流变学参数的测试原理仍然适用于本发明。流变仪的旋转轴上设有扭矩传感器。该流变仪由软件控制，实验数据和曲线可由电脑软件记录处理。

Description

可测试法向应力的旋转流变仪
技术领域
本发明涉及流变学测试技术领域，尤其涉及一种可测试法向应力的旋转流变仪。
背景技术
传统的旋转流变仪一般是由一个固定板和一个可旋转的平板或锥板构成。测试开始之后，两板间距固定，不能调节。这种结构的旋转流变仪的缺点是：
由于两板间距不能调节，如果被测试材料的法向应力过大，测试存在困难。因为有的旋转流变仪测试时要求法向应力较小时(如小于1牛顿)才能开始测试。或者有的仪器虽然可以测试法向力，但由于两板间距固定，材料较大的法向力分别上下推两板，或者由于材料收缩(如材料结晶时)而拉两板，从而对仪器造成损伤。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种可测试法向应力的旋转流变仪，将传统的旋转流变仪作了改进，改进后的旋转流变仪带一个固定板和一个轴向可浮动的平板或锥板，可以方便地测试具有较大法向应力的材料的流变特性，优化了测试范围和结果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可测试法向应力的旋转流变仪，包括上轴、上板、下板、下轴、钢球、横销和弹簧，所述上板设置在下板的正上方，上轴的一端和上板的上板面固定连接，上轴的另一端套装有套筒，套筒上开设有两个轴向对称的套筒通孔，上轴的上半部分开设有上轴通孔，所述横销贯穿两个套筒通孔和上轴通孔，且上轴通孔和套筒通孔的内径均大于横销的外径，上轴的另一端和套筒内的底部之间具有间距，所述钢球和弹簧设置在所述的间距内，弹簧的一端和套筒内的底部固定连接，弹簧的另一端和钢球固定连接，钢球被弹簧抵压在上轴的另一端的端面上，套筒连接有旋转驱动机构。
为了便于钢球的稳定，所述上轴的另一端的端面上具有弧形凹槽，钢球部分嵌于弧形凹槽内。
所述旋转驱动机构采用电机。
本发明的有益效果是，本发明的可测试法向应力的旋转流变仪，是在传统旋转流变仪的基础上作了改进，增加了弹簧以及相关部件，使得上板在测试时可以作轴向小幅度的移动，测试轴向位移，计算出法向力，而传统旋转流变学参数的测试原理仍然适用于本发明。流变仪的旋转轴上设有扭矩传感器。该流变仪由软件控制，实验数据和曲线可由电脑软件记录处理。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例的结构示意图。
图中：1、上轴，11、上轴通孔，2、上板，3、下板，4、下轴，5、弹簧，6、钢球，7、套筒，71、套筒通孔，8、横销，9、物料。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，是本发明实施例一，一种可测试法向应力的旋转流变仪，包括上轴1、上板2、下板3、下轴4、钢球6、横销8和弹簧5，上板2设置在下板3的正上方，上轴1的一端和上板2的上板面固定连接，上轴1的另一端套装有套筒7，套筒7上开设有两个轴向对称的套筒通孔71，上轴1的上半部分开设有上轴通孔11，横销8贯穿两个套筒通孔71和上轴通孔11，且上轴通孔11和套筒通孔71的内径均大于横销8的外径(为了配合弹簧5的形变量)，上轴1的另一端和套筒7内的底部之间具有间距，钢球6和弹簧5设置在所述的间距内，弹簧5的一端和套筒7内的底部固定连接，弹簧5的另一端和钢球6固定连接，钢球6被弹簧5抵压在上轴1的另一端的端面上，套筒7连接有旋转驱动机构。上轴1的另一端的端面上具有弧形凹槽(和钢球面能够贴合的弧形凹槽)，钢球6部分嵌于弧形凹槽内。旋转驱动机构采用电机。上板2和下板3相互水平，弹簧5、上轴1、钢球6、上板2以及下板3和下轴4的中心线均在同一直线上。
在加载物料9时，当上板2和下板3之间的距离达到要求后，多余物料9被刮出。上板2的直径可以选用10cm、15cm、20cm、25cm或40cm等，下板3直径可以和上板2相同，也可以比上板2大。板的材质可以是金属如不锈钢、铜、钛合金钢等。当然，上板2也可以换成锥板，锥角不超过5°。
测试模式和普通旋转流变仪相同，比如作稳态测试，剪切速率由小达到大变化，测试物料9的稳态黏度。也可以作动态测试，如小振幅震荡剪切。
物料9在测试过程中为了防止被空气氧化，需要提供惰性气体如氮气保护，测试单位要有温度控制系统。
测试时，物料9放在上板2和下板3之间。上板2和上轴1装在一起，套筒7带动上轴1，上轴1带动上板2转动。在上轴1转动时，控制弹簧5不转动，但测试开始后，如果物料9的法向力达到一定的值(如1N，低于1N弹簧5不变形)，弹簧5可作轴向移动，移动量为x。设弹簧5的刚度为K(注意选择合适的弹簧5刚度，使得弹簧5受力F与弹簧5的变形x符合胡克定律。注意保护弹簧5，如果法向力太大，如超过500N，仪器报警启动，实验自动暂停)，根据胡克定律
F＝Kx
这里弹簧5受力F即为法向力。
如果物料9的粘弹性较大，法向力F为正值(设定外推为正)，物料9向上推动上板2，从而推动上轴1作轴向移动，弹簧5被压缩。压缩量即弹簧5的变形x，装在弹簧5上的传感器记录下弹簧5的变形x，流变仪软件程序根据胡克定律计算出弹簧5受力F，即物料9的法向力F。
如果在流变学测试过程中，物料9发生结晶(或者其它化学反应)，物料9收缩(如果化学反应使得物料9体积膨胀，则物料9推动两板)，粘附在上下两板上的物料9反向轴向拉动两板，由于下板固定，上板2在弹簧5的推力下向下移动，移动量x1，同样地，装在弹簧5上的传感器记录下弹簧5的变形x1，流变仪软件程序根据胡克定律计算出弹簧5受力F1，即物料9的法向力F1，为负值(设定向里拉为正)。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种可测试法向应力的旋转流变仪，包括上轴(1)、上板(2)、下板(3)、下轴(4)、钢球(6)、横销(8)和弹簧(5)，所述上板(2)设置在下板(3)的正上方，其特征在于：上轴(1)的一端和上板(2)的上板面固定连接，上轴(1)的另一端套装有套筒(7)，套筒(7)上开设有两个轴向对称的套筒通孔(71)，上轴(1)的上半部分开设有上轴通孔(11)，所述横销(8)贯穿两个套筒通孔(71)和上轴通孔(11)，且上轴通孔(11)和套筒通孔(71)的内径均大于横销(8)的外径，上轴(1)的另一端和套筒(7)内的底部之间具有间距，所述钢球(6)和弹簧(5)设置在所述的间距内，弹簧(5)的一端和套筒(7)内的底部固定连接，弹簧(5)的另一端和钢球(6)固定连接，钢球(6)被弹簧(5)抵压在上轴(1)的另一端的端面上，套筒(7)连接有旋转驱动机构。
2.如权利要求1所述的可测试法向应力的旋转流变仪，其特征在于：所述上轴(1)的另一端的端面上具有弧形凹槽，钢球(6)部分嵌于弧形凹槽内。
3.如权利要求1所述的可测试法向应力的旋转流变仪，其特征在于：所述旋转驱动机构采用电机。
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