CN109916777A - 可安装在生产线上的圆筒型旋转流变仪装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可安装在生产线上的圆筒型旋转流变仪装置及方法。所述装置包括流变仪基体、物料输送装置、自清洁装置和体积调节装置，所述流变仪基体为流变测量实验的主要场所，所述物料输送装置用于控制物料进出，所述自清洁装置用于清洁内外筒壁面，所述体积调节装置用于精确控制实验物料体积，所述物料输送装置安装在生产线和流变仪基体之间，所述自清洁装置与流变仪基体配合将残留在流变仪基体的物料清除，所述体积调节装置安装于流变仪基体内。本装置实现了生产过程中材料流变特性的实时测量与快速获取，通过体积控制方法实现浸没高度的精确计算，通过自清洁手段减少各次实验间换料清洁的时间，大幅提高测量的精细化程度和智能化程度。
Description
技术领域
本发明涉及流变学测试装置，尤其涉及一种可安装在生产线上的圆筒型旋转流变仪装置及其使用方法。
背景技术
圆筒型旋转流变仪常用于测量材料在剪切流场中剪切应力与剪切速率的关系，通过改变内外筒角速度、材料浸没深度并测量实验过程中内筒/外筒的扭矩值，来研究物料的黏性、弹性等方面的流变特性，这有助于掌握材料在加工成型过程中的变化规律，在机械设计、材料选择、配方改进等方面具有重要指导作用。
使用传统的圆筒型旋转流变仪对材料流变特性进行测量，无法在生产过程中对流变特性进行表征，时间滞后严重、材料性能受损等缺点制约了研究的深入。
传统的圆筒型旋转流变仪，其储料室是开放的，针对浸没深度难测量的问题，现有解决方法一般有两种，一是通过外部测量装置来测量浸没深度，成本较高，二是进行实验时将内筒完全浸没，将内筒高度视为浸没深度并采用多次不同速度的实验来进行校正。通过精准体积控制实现准确计算浸没高度，给流变测量提供了一种新思路。
在传统的圆筒型旋转流变仪的测量实验中，物料容易在内筒及外筒的壁面粘附，每次测量后必须手动将其清理干净，耗时费力。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种可安装在生产线上的圆筒型旋转流变仪装置及及其使用方法。在测试过程中，可实现自动进料、出料，可利用机械机构实现精准控制实验进料体积以确定物料的浸没深度，可在实验前后自动对筒壁粘附的物料进行清洁，提高了测试的效率、精确度及自动化程度，对于改善生产过程及提高产品质量具有重要意义，为流变测试及有关技术提供一些新的思路。
本发明通过下述技术方案实现。
本发明提供一种可安装在生产线上的圆筒型旋转流变仪装置，包括流变仪基体、物料输送装置、自清洁装置和体积调节装置，所述流变仪基体为流变测量实验的主要场所，所述物料输送装置用于控制物料进出，所述自清洁装置用于清洁内外筒壁面，所述体积调节装置用于精确控制实验物料体积，所述物料输送装置安装在生产线和流变仪基体之间，所述自清洁装置与流变仪基体配合将残留在流变仪基体的物料清除，所述体积调节装置安装于流变仪基体内。
优选地，所述自清洁装置包括刮料筒和电动推杆，电动推杆安装于刮料筒上；所述流变仪基体包括外筒、内筒、温控外罩、伺服电机、扭矩传感器；外筒和内筒同轴，内筒位于外筒的内侧，刮料筒的内侧壁面与内筒的外侧壁面配合，刮料筒的外侧壁面与外筒的内侧壁面配合，防止物料从该间隙泄漏，可以通过电动推杆推动并将残留粘附在壁面上的物料清除，推至储料室，随物料带走，外筒固定不动，内筒由伺服电机驱动进行旋转，伺服电机的驱动轴上安装有扭矩传感器，用于实验中测量扭矩值；所述流变仪基体的温控外罩位于在外筒的外侧壁，温控外罩上安装有云母加热片及热电偶，用于闭环控制实验环境的温度。
优选地，所述物料输送装置包括流体输送泵、单向阀、电动阀及电动阀的驱动机构；所述流体输送泵安装在生产线和流变仪基体之间，将生产线的物料送至所述流变仪基体入口，并推动多余的物料从出口排出；所述单向阀安装在流变仪基体与流体输送泵之间，防止物料回流；电动阀安装在流变仪基体出口处，控制物料排放。
优选地，储料室为实验物料存放的场所，在控制储料室的体积时，所述刮料筒下降到其底面与内筒的底面平齐；在储料室充满后，所述刮料筒上升到其底面高于内筒的顶面，避免进行流变实验时发生干涉。
优选地，所述体积调节装置包括可调柱塞和电动推杆；可调柱塞的外侧壁面与外筒的内侧壁面配合，避免物料从柱塞外壁面和外筒内壁面间的间隙泄漏；所述可调柱塞的推杆通过联轴器与电动推杆连接，由推杆内部电机驱动，实现可调柱塞上下方向的移动。
优选地，储料室为实验物料存放的场所，由外筒、内筒、刮料筒和可调柱塞围绕构成；储料室的体积可由可调柱塞和刮料筒的上下运动控制；可调柱塞的活动上限为与内筒底面接触，活动下限可根据实际需求限定。
本发明还提供一种用如上所述可安装在生产线上的圆筒型旋转流变仪装置测量材料流变特性的方法，包括以下步骤：
步骤(1)：开启流体输送泵及电动阀，刮料筒降到其底面与内筒底面平齐，控制可调柱塞上下运动，以控制储料室的容积，此时内筒底面与可调柱塞顶面高度差为h，储料室中物料体积为：V＝hπR2；
步骤(2)：关闭流体输送泵及电动阀，刮料筒往上运动到顶部，可调柱塞往上运动至流变仪基体入口/出口处，将入口/出口挡住使得物料被封锁在储料室内，流体无法进出流变仪基体，物料由于流动性将沿着内外筒壁面上升到高度H；
步骤(3)：根据储料室的容积，浸没高度按照以下公式计算：
内筒半径为r，外筒内半径为R，可调柱塞顶面与内筒底面距离高度为hb；
步骤(4)：开启伺服电机，以不同的角速度Ω进行运动，并记录该过程中扭矩传感器的扭矩值M，根据以下公式可以计算出材料的表观黏度η：
步骤(5)：流变实验结束后，可调柱塞下降以使得流体能进出流变仪基体，刮料筒下降至其底面与内筒底面平齐，将流变实验结束后的物料往下推，实验物料回到储料室，随后开启流体输送泵及电动阀，在流体输送泵推动作用下，流变实验结束后的物料带至出口并排放到外界；
步骤(6)：关闭流体输送泵，控制刮料筒上下运动刮去残留在内筒及外筒壁面的物料，等待清洗设定时间(如5分钟)，便可进行下一次实验。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
1、可直接安装在生产线的不同位置上，进行流变性能的在线测量与表征，快速获取材料在加工过程中的流变特性。
2、可利用精确的机械运动来控制储料室的体积，从而控制实验材料的浸没高度，利用不同浸没高度实现末端效应的校正，降低额外测量设备带来的成本及人工测量的误差。
3、可自由控制物料流在流变仪内的进出，并自动对内外筒壁进行清洁，无需繁琐的人工劳动。
本发明技术手段简便易行，克服了传统的圆筒型旋转流变仪中物料体积难以控制、在线测量难以实现、实验后清洁费时费力等困难，允许操作者简易地实现不同浸没高度的在线流变实验，快速获取材料流变特性及其变化规律，实验结果更加精确、可靠，对于开展深层次、高精度的研究具有推动作用。
附图说明
图1为本发明可安装在生产线上的圆筒型旋转流变仪装置在进行实验时的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施和保护不限于此。
实施例
如图1所示。本实施例公开了一种可安装在生产线上的圆筒型旋转流变仪装置，包括流变仪基体、物料输送装置、自清洁装置和体积调节装置，其实现了生产线上在线测量并快速获取物料的流变特性，设有物料输送装置、自清洁装置及体积调节装置；所述物料输送装置用于控制物料进出，所述自清洁装置用于清洁内外筒壁面，所述体积调节装置用于精确控制实验物料体积。
所述自清洁装置包括刮料筒6和电动推杆5，电动推杆5安装于刮料筒6上；所述流变仪基体包括外筒8、内筒9、温控外罩7、伺服电机4、扭矩传感器3；外筒8和内筒9同轴，内筒9位于外筒8的内侧，刮料筒6的内侧壁面与内筒9的外侧壁面配合，刮料筒6的外侧壁面与外筒8的内侧壁面配合，防止物料从该间隙泄漏，可以通过电动推杆5推动并将残留粘附在壁面上的物料清除，推至储料室，随物料带走，外筒8固定不动，内筒9由伺服电机4驱动进行旋转，伺服电机4的驱动轴上安装有扭矩传感器3，用于实验中测量扭矩值；所述流变仪基体的温控外罩7位于外筒8的外侧壁，温控外罩7上安装有云母加热片及热电偶10，用于闭环控制实验环境的温度。
所述物料输送装置包括流体输送泵1、单向阀2、电动阀11及电动阀的驱动机构；所述流体输送泵1安装在生产线和流变仪基体之间，将生产线的物料送至所述流变仪基体入口，并推动多余的物料从出口排出；所述单向阀2安装在流变仪基体与流体输送泵1之间，防止物料回流；电动阀11安装在流变仪基体出口处，控制物料排放。
储料室12为实验物料存放的场所，在控制储料室12的体积时，所述刮料筒6下降到其底面与内筒9的底面平齐；在储料室12充满后，所述刮料筒6上升到其底面高于内筒9的顶面，避免进行流变实验时发生干涉。
所述体积调节装置包括可调柱塞13和电动推杆14；可调柱塞13的外侧壁面与外筒8的内侧壁面配合，避免物料从柱塞外壁面和外筒内壁面间的间隙泄漏；所述可调柱塞13的推杆通过联轴器与电动推杆14连接，由推杆内部电机驱动，实现可调柱塞13上下方向的移动。
储料室12为实验物料存放的场所，由外筒8、内筒9、刮料筒6和可调柱塞13围绕构成；储料室12的体积可由可调柱塞13和刮料筒6的上下运动控制；可调柱塞13的活动上限为与内筒2底面接触，活动下限可根据实际需求限定。
采用上述装置在线测量材料流变特性的方法如：
步骤(1)：开启流体输送泵1及电动阀11，刮料筒6降到其底面与内筒9底面平齐，控制可调柱塞13上下运动，以控制储料室的容积，此时内筒9底面与可调柱塞13顶面高度差为h，储料室中物料体积为：V＝hπR2；
步骤(2)：关闭流体输送泵1及电动阀11，刮料筒6往上运动到顶部，可调柱塞13往上运动至流变仪基体入口/出口处，将入口/出口挡住使得物料被封锁在储料室12内，流体无法进出流变仪基体，物料由于流动性将沿着内外筒壁面上升到高度H，仪器状态如附图1。
步骤(3)：根据储料室12的容积，浸没高度H按照以下公式计算：
内筒9半径为r，外筒8内半径为R，可调柱塞13顶面与内筒5底面距离高度为hb；
步骤(4)：开启伺服电机4，以不同的角速度Ω进行运动，并记录该过程中扭矩传感器3的扭矩值M，根据以下公式可以计算出材料的表观黏度η：
步骤(5)：流变实验结束后，可调柱塞13下降以使得流体能进出流变仪基体，刮料筒6下降至其底面与内筒9底面平齐，将流变实验结束后的物料往下推，实验物料回到储料室，随后开启流体输送泵1及电动阀11，在流体输送泵1推动作用下，流变实验结束后的物料带至出口并排放到外界；
步骤(6)：关闭流体输送泵1，控制刮料筒6上下运动刮去残留在内筒9及外筒8壁面的物料，等待清洗5分钟，便可进行下一次实验。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.可安装在生产线上的圆筒型旋转流变仪装置，其特征在于，包括流变仪基体、物料输送装置、自清洁装置和体积调节装置，流变仪基体为流变测量实验的主要场所，物料输送装置用于控制物料进出，自清洁装置用于清洁内外筒壁面，体积调节装置用于精确控制实验物料体积，物料输送装置安装在生产线和流变仪基体之间，自清洁装置与流变仪基体配合将残留在流变仪基体的物料清除，体积调节装置安装于流变仪基体内。
2.根据权利要求1所述的可安装在生产线上的圆筒型旋转流变仪装置，其特征在于，所述自清洁装置包括刮料筒(6)和电动推杆(5)，电动推杆(5)安装于刮料筒(6)上；所述流变仪基体包括外筒(8)、内筒(9)、温控外罩(7)、伺服电机(4)、扭矩传感器(3)；外筒(8)和内筒(9)同轴，内筒(9)位于外筒(8)的中，刮料筒(6)的内侧壁面与内筒(9)的外侧壁面配合，刮料筒(6)的外侧壁面与外筒(8)的内侧壁面配合，防止物料从该间隙泄漏，通过电动推杆(5)推动并将残留粘附在壁面上的物料清除，推至储料室，随物料带走，外筒(8)固定不动，内筒(9)由伺服电机(4)驱动进行旋转，伺服电机(4)的驱动轴上安装有扭矩传感器(3)，用于测量扭矩值；所述流变仪基体的温控外罩(7)位于外筒(8)的外侧壁，温控外罩(7)上安装有云母加热片及热电偶(10)，用于闭环控制实验环境的温度。
3.根据权利要求2所述的可安装在生产线上的圆筒型旋转流变仪装置，其特征在于，所述物料输送装置包括流体输送泵(1)、单向阀(2)、电动阀(11)及电动阀的驱动机构；所述流体输送泵(1)安装在生产线和流变仪基体之间，将生产线的物料送至所述流变仪基体入口，并推动多余的物料从出口排出；所述单向阀(2)安装在流变仪基体与流体输送泵(1)之间，防止物料回流；电动阀(11)安装在流变仪基体出口处，控制物料排放。
4.根据权利要求2所述的可安装在生产线上的圆筒型旋转流变仪装置，其特征在于，储料室(12)为实验物料存放的场所，在控制储料室(12)的体积时，所述刮料筒(6)下降到其底面与内筒(9)的底面平齐；在储料室(12)充满后，所述刮料筒(6)上升到其底面高于内筒(9)的顶面，避免进行流变实验时发生干涉。
5.根据权利要求2所述的可安装在生产线上的圆筒型旋转流变仪装置，其特征在于，所述体积调节装置包括可调柱塞(13)和电动推杆(14)；可调柱塞(13)的外侧壁面与外筒(8)的内侧壁面配合，避免物料从柱塞外壁面和外筒内壁面间的间隙泄漏；所述可调柱塞(13)的推杆通过联轴器与电动推杆(14)连接，由推杆内部电机驱动，实现可调柱塞(13)上下方向的移动。
6.根据权利要求5所述的可安装在生产线上的圆筒型旋转流变仪装置，其特征在于，储料室(12)为实验物料存放的场所，由外筒(8)、内筒(9)、刮料筒(6)和可调柱塞(13)围绕构成；储料室(12)的体积可由可调柱塞(13)和刮料筒(6)的上下运动控制；可调柱塞(13)的活动上限为与内筒(2)底面接触。
7.用如权利要求1至6中任一项所述可安装在生产线上的圆筒型旋转流变仪装置测量材料流变特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：开启流体输送泵(1)及电动阀(11)，刮料筒(6)降到其底面与内筒(9)底面平齐，控制可调柱塞(13)上下运动，以控制储料室的容积，此时内筒(9)底面与可调柱塞(13)顶面高度差为h，储料室中物料体积为：V＝hπR2；
步骤(2)：关闭流体输送泵(1)及电动阀(11)，刮料筒(6)往上运动到顶部，可调柱塞(13)往上运动至流变仪基体入口/出口处，将入口/出口挡住使得物料被封锁在储料室(12)内，流体无法进出流变仪基体，物料由于流动性将沿着内外筒壁面上升到高度H；
步骤(3)：根据储料室(12)的容积，浸没高度H按照以下公式计算：
内筒(9)半径为r，外筒(8)内半径为R，可调柱塞(13)顶面与内筒(5)底面距离高度为hb；
步骤(4)：开启伺服电机(4)，以不同的角速度Ω进行运动，并记录该过程中扭矩传感器(3)的扭矩值M，根据以下公式可以计算出材料的表观黏度η：
步骤(5)：流变实验结束后，可调柱塞(13)下降以使得流体能进出流变仪基体，刮料筒(6)下降至其底面与内筒(9)底面平齐，将流变实验结束后的物料往下推，实验物料回到储料室，随后开启流体输送泵(1)及电动阀(11)，在流体输送泵(1)推动作用下，流变实验结束后的物料带至出口并排放到外界；
步骤(6)：关闭流体输送泵(1)，控制刮料筒(6)上下运动刮去残留在内筒(9)及外筒(8)壁面的物料，等待清洗设定时间。
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