CN108333081A - 一种浆体材料极限切应力测试装置及测试方法 - Google Patents

一种浆体材料极限切应力测试装置及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种浆体材料极限切应力测试装置及测试方法，测试装置包括底座，设置于底座上的支柱，设置于支柱上的刻度尺和连接轴，连接轴上枢轴连接有一横梁和一指针，横梁和指针固定在一起，横梁可绕连接轴转动；连接轴左右两侧横梁长度相等；横梁两端各固定有一托盘，两托盘对称设置且重量相等，左托盘上放置有烧杯，右托盘上放置有砝码，右托盘下方的横梁上还固定有挂钩，挂钩上挂有带刻度线的薄片，薄片下端插在浆液盒内的浆体中。本发明的装置结构简单，操作容易，经验证对浆体极限切应力测试结果准确，相比传统的测试仪器价格较低，适于广泛推广使用。

Description

一种浆体材料极限切应力测试装置及测试方法
技术领域
本发明涉及浆体材料力学性能测试领域，特别是涉及一种浆体材料极限切应力测试装置及测试方法。
背景技术
浆体是黏稠度较高的流体，极限切应力来源于浆体内部的摩擦力，是表征浆体反抗形变能力的重要指标，也是浆体最重要的力学参数之一。目前主要采用流变仪和粘度计进行浆体极限切应力参数的测试工作，但流变仪和粘度计价格较高，测试过程也较为复杂，需要专业的实验人员方可进行操作。基于以上原因，实践工作中需要找到一种既简便又准确，价格相对低廉的测试装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种浆体材料极限切应力测试装置及测试方法，该测试装置结构简单，易于生产，测试结果准确，操作起来简单容易，不限定专业人员，本领域普通技术人员均可按照所述方法对黏稠度较高的浆体进行极限切应力的测试，且该装置相比流变仪和粘度计，价格较低，适于推广。
本发明的目的及其技术问题的解决是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种浆体材料极限切应力测试装置，包括：底座(1)，设置于底座(1)上的支柱(2)，设置于支柱(2)上端的刻度尺(3)和设置于支柱中部或中上部的连接轴(4)，连接轴(4)上枢轴连接有一横梁(5)和一指针(6)，且该横梁和该指针固定在一起；位于连接轴左侧和右侧的横梁的长度相等；连接轴左侧横梁一端设置有左托盘(7)，连接轴右侧横梁一端设置有右托盘(8)，左托盘和右托盘的形状、大小、重量完全一样，且两者距离连接轴(4)中心的距离相等；
左托盘上放置有一烧杯(9)，右托盘上放置有砝码(10)，右侧横梁上还固定有一挂钩(11)，该挂钩(11)是位于右托盘(8)的下方，挂钩上挂有一薄片(12)，薄片上端挂在挂钩上，下端插在浆液盒(13)内的浆体(14)中，浆液盒(13)和底座(1)均放在同一台面上，浆液盒位于挂钩下方，薄片(12)上还设置有刻度线。
本发明的目的及其技术问题的解决还可采用以下技术方案进一步实现。
前述的浆体材料极限切应力测试装置，其中，所述底座(1)为实心铸铁材质，用于支撑和稳定整个测试装置。
前述的浆体材料极限切应力测试装置，其中，所述横梁(5)和指针(6)同时绕连接轴(4)转动。
前述的浆体材料极限切应力测试装置，其中，所述左托盘(7)和右托盘(8)以连接轴为对称点固定于左侧横梁和右侧横梁，固定方式为焊接或螺丝连接。
前述的浆体材料极限切应力测试装置，其中，所述挂钩(11)的材质为坚硬的金属，挂钩(11)可拆卸固定于横梁；薄片(12)表面粗糙度大于25，厚度小于1mm，其上端设置有圆孔，用于挂在挂钩(11)上。
前述的浆体材料极限切应力测试装置，其中，所述刻度尺(3)的中点刻度为0。
前述的浆体材料极限切应力测试装置，其用于测试浆体极限切应力的方法为：
(1)左托盘上放置烧杯，右托盘上放置砝码，砝码的质量略大于烧杯的质量，用量杯往烧杯中加水，至左右两端接近平衡时，即指针接近中点时，换用滴管向烧杯中滴加水，至左右两端完全平衡，指针指向刻度尺中点；
(2)将待测浆液倒入浆液盒，然后将薄片一端挂在挂钩上，另一端插入浆液中，此时横梁左右两边的平衡被打破，通过增加或减少烧杯中的水使横梁左右两边再次平衡，平衡时指针指向刻度线中点位置，在平衡状态下静置1分钟后，记下浆体液面在薄片上的刻度，计算出薄片插入浆体中的深度h，即位于浆体中的薄片的长度；
(3)在平衡状态下，用带有刻度的滴管向烧杯中滴水，当指针刚开始偏转时立即停止滴水，记下滴入的水量Δv，浆液盒中浆体的极限切应力根据下式求得：
τ＝Δv/2bh
式中：τ为浆体的极限切应力，单位：g/cm2；Δv为指针从平衡状态到刚开始偏转时滴入的水量，单位：ml；b为薄片的宽度，单位：cm；h为薄片插入浆体的深度，单位：cm。
上述方法中步骤(3)所述滴入的水量Δv等于所述滴管的初始水量减去剩余水量。
本发明的装置构造相对简单，成本较低，适于大批量生产，且本发明用于浆体极限切应力测试的方法简便易操作，不限定专业人员，本领域普通技术人员均可按照所述方法进行测试，经验证，本发明的测试装置及测试方法得到的浆体极限切应力测试数据与传统的流变仪和粘度计相比，误差非常小，测试结果准确可靠，可被推广使用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明的结构简图。
图中，1：底座 2：支柱 3：刻度尺 4：连接轴 5：横梁
6：指针 7：左托盘 8：右托盘 9：烧杯 10：砝码
11：挂钩 12：薄片 13：浆液盒 14：浆体
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，
以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种浆体材料极限切应力测试装置及测试方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
本发明的测试装置包括底座1，设置于底座上的支柱2，设置于支柱上端的刻度尺3和设置于支柱中部或中上部的连接轴4，连接轴上枢轴连接有一横梁5和一指针6，且该横梁5和该指针6固定在一起，横梁5和指针6可同时绕连接轴4转动。位于连接轴4左侧和右侧的横梁的长度相等。以刻度尺上的刻度朝向操作人员为例，连接轴左侧横梁一端设置有左托盘7，连接轴右侧横梁一端设置有右托盘8，左托盘和右托盘以连接轴为对称点固定于左侧横梁和右侧横梁，固定方式为焊接或螺丝连接。左托盘和右托盘的形状、大小、重量完全一样，且两者距离连接轴中心的距离也相等。
左托盘7上放置有一盛水的烧杯9，右托盘上放置有砝码10，右侧横梁上还可拆卸固定有一挂钩11，该挂钩是位于右托盘的下方，挂钩上挂有一薄片12，薄片下端插在浆液盒13内的浆体14中，浆液盒13和底座1均放在台面上，浆液盒13位于挂钩11下方，薄片上还设置有刻度线。
进一步，底座为实心铸铁材质，用于支撑和稳定整个测试装置。挂钩的材质为坚硬的金属。薄片具有粗糙的表面，粗糙度最好大于25，厚度小于1mm，其上端设置有圆孔，用于挂在挂钩上。刻度尺的中点刻度为0。
采用上述装置测试浆体极限切应力的方法为：左托盘上放置有一烧杯，右托盘上放置有砝码，砝码的质量略大于烧杯的质量，用量杯往烧杯中加水，至左右两端接近平衡时(指针接近中点)，换用滴管向烧杯中滴加水，至左右两端完全平衡，指针指向刻度尺中点。将待测浆液倒入浆液盒，然后将薄片一端挂在挂钩上，另一端插入浆液中，通过加减烧杯中的水使此时的指针指向刻度线中点位置，记下左右两端平衡后浆体液面在薄片上的刻度，计算出薄片插入浆体中的深度h，即位于浆体中的薄片的长度；
在平衡状态下，用带有刻度的滴管向烧杯中滴水，当指针开始偏转时立即停止滴水，记下滴入的水量Δv，该滴入的水量Δv可以从刻度滴管上初始水量减去剩余水量得到；浆液盒中浆体的极限切应力根据下式求得：
τ＝Δv/2bh
式中：τ为浆体的极限切应力，单位：g/cm2；
Δv为指针从平衡状态到刚开始偏转滴入的水量，单位：ml；
b为薄片的宽度，单位：cm；
h为薄片插入浆体的深度，单位：cm；
上式是根据平衡原理，左边滴入的水的重量等于右边插入浆体的薄片受到的摩擦力，由于水的密度是1g/cm3,左边滴入的水的重量即为Δv×1＝Δv(单位：g)，右边薄片的厚度忽略不计，薄片两面的受力面积为：2×b×h＝2bh(单位：cm2)，右边薄片两个面受到的摩擦力为：F＝2bh×τ＝2bhτ(单位：g)；
则：Δv＝2bhτ，得到：τ＝Δv/2bh，单位：g/cm2；1g/cm2＝102Pa。
实施例1：
设定测试温度为20℃，旋转粘度计的剪切速率为1s-1，分别以酸奶和蜂蜜为对象，测试两种浆体的极限切应力，测试结果如表1：
表1粘度计和本发明装置对酸奶和蜂蜜的极限切应力测试结果
由表1可知：两种常见浆体：酸奶和蜂蜜，其标准极限切应力分别为150Pa和3000Pa，分别用NDJ-5S旋转粘度计和本发明装置测定二者的极限切应力，设定旋转粘度计的剪切速率为1s-1，粘度计测得酸奶和蜂蜜的黏度分别为155Pa·s和3070Pa·s，根据极限切应力计算公式
τ＝η·D
式中：τ为极限切应力,单位Pa；η为黏度，单位Pa·s；D剪切速率，单位s-1
根据上式得到酸奶和蜂蜜的极限切应力分别为155Pa和3070Pa，误差分别为3.3％和2.3％。采用本发明装置测得的酸奶和蜂蜜的极限切应力分别为157Pa和3090Pa，误差分别为4.7％和3.0％，本发明装置的测试误差稍大于粘度计的测试误差，但误差在允许范围(小于5％)以内。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种浆体材料极限切应力测试装置，其特征在于包括底座(1)，设置于底座(1)上的支柱(2)，设置于支柱(2)上端的刻度尺(3)和设置于支柱中部或中上部的连接轴(4)，连接轴(4)上枢轴连接有一横梁(5)和一指针(6)，且该横梁和该指针固定在一起；位于连接轴左侧和右侧的横梁的长度相等；连接轴左侧横梁一端设置有左托盘(7)，连接轴右侧横梁一端设置有右托盘(8)，左托盘和右托盘的形状、大小、重量完全一样，且两者距离连接轴(4)中心的距离相等；
左托盘上放置有一烧杯(9)，右托盘上放置有砝码(10)，右侧横梁上还固定有一挂钩(11)，该挂钩(11)是位于右托盘(8)的下方，挂钩上挂有一薄片(12)，薄片上端挂在挂钩上，下端插在浆液盒(13)内的浆体(14)中，浆液盒(13)和底座(1)均放在同一台面上，浆液盒位于挂钩下方，薄片(12)上还设置有刻度线。
2.如权利要求1所述的浆体材料极限切应力测试装置，其特征在于所述横梁(5)和指针(6)同时绕连接轴(4)转动。
3.如权利要求1所述的浆体材料极限切应力测试装置，其特征在于所述左托盘(7)和右托盘(8)以连接轴为对称点分别固定于左侧横梁和右侧横梁，固定方式为焊接或螺丝连接。
4.如权利要求1所述的浆体材料极限切应力测试装置，其特征在于所述挂钩(11)的材质为坚硬的金属，挂钩(11)可拆卸固定于横梁；薄片(12)的表面粗糙度大于25，厚度小于1mm，其上端设置有圆孔，用于挂在挂钩(11)上。
5.如权利要求1所述的浆体材料极限切应力测试装置，其特征在于所述刻度尺(3)的中点刻度为0。
6.如权利要求1所述的浆体材料极限切应力测试装置，其特征在于所述底座(1)为实心铸铁材质。
7.如权利要求1所述的浆体材料极限切应力测试装置，其特征在于用于测试浆体极限切应力的方法为：
(1)左托盘上放置烧杯，右托盘上放置砝码，砝码的质量略大于烧杯的质量，用量杯往烧杯中加水，至左右两端接近平衡时，即指针接近中点时，换用滴管向烧杯中滴加水，至左右两端完全平衡，指针指向刻度尺中点；
(2)将待测浆液倒入浆液盒，然后将薄片一端挂在挂钩上，另一端插入浆液中，此时横梁左右两边的平衡被打破，通过增加或减少烧杯中的水使横梁左右两边再次平衡，平衡时指针指向刻度线中点位置，在平衡状态下静置1分钟后，记下浆体液面在薄片上的刻度，计算出薄片插入浆体中的深度h，即位于浆体中的薄片的长度；
(3)在平衡状态下，用带有刻度的滴管向烧杯中滴水，当指针刚开始偏转时立即停止滴水，记下滴入的水量Δv，浆液盒中浆体的极限切应力根据下式求得：
τ＝Δv/2bh
式中：τ为浆体的极限切应力，单位：g/cm2；Δv为指针从平衡状态到刚开始偏转时滴入的水量，单位：ml；b为薄片的宽度，单位：cm；h为薄片插入浆体的深度，单位：cm。
8.如权利要求7所述的浆体材料极限切应力测试装置，其特征在于测试方法步骤(3)所述滴入的水量Δv等于所述滴管的初始水量减去剩余水量。
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