CN110631960B - 一种液体粘度测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液体粘度测量装置及测量方法，包括圆筒容器、圆管电磁铁、空心球、探针、L型支架和控制系统，于所述圆筒容器内的底部设置有安装基座，于所述圆筒容器外的右侧底部设置有气泡水平仪，在所述圆筒容器外的底部设置有调平螺母，在所述圆筒容器的左侧侧壁上开设有出水孔，所述出水孔通过橡胶塞密封；所述圆管电磁铁同轴安装于密封塑料圆筒内，所述控制系统由电流控制模块和数据处理模块组成，所述电流控制模块实现对圆管电磁铁中的电流高精度控制，所述数据处理模块对电流数据进行处理分析。本发明液体黏度测量装置结构简单，制造成本低，精度高，通过控制系统实现液体黏度的自动化测量。

Description

一种液体粘度测量装置及方法
技术领域
本发明涉及液体粘度测量技术领域，特别是涉及一种液体粘度测量装置及方法。
背景技术
泥水盾构掘进施工过程中采用泥浆控制开挖面变形以维持开挖面的稳定，泥浆的粘度大小对施工效率和施工安全有着重要影响。施工现场多采用苏氏漏斗粘度计测量泥浆粘度，该方法采用人工计时，难以避免误差，当泥浆中存在较大固体颗粒时需进行过滤处理，且测量较高粘度泥浆时耗时过长，甚至泥浆无法从漏斗中流出，导致无法获得高粘度泥浆粘度参数。
发明内容
为解决现有漏斗粘度测量过程中存在的不足之处，本发明提供一种液体粘度测量装置，可以自动、准确的测量盾构泥浆及其他液体的粘度。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种液体粘度测量装置，包括圆筒容器、圆管电磁铁、空心球、探针、L型支架和控制系统，于所述圆筒容器内的底部设置有安装基座，于所述圆筒容器外的右侧底部设置有气泡水平仪，在所述圆筒容器外的底部设置有调平螺母，在所述圆筒容器的左侧侧壁上开设有出水孔，所述出水孔通过橡胶塞密封；所述圆管电磁铁同轴安装于密封塑料圆筒内，所述密封塑料圆筒安装在圆筒容器底部的安装基座上，所述密封塑料圆筒上端设置有探针，所述空心球放置在探针上，所述L型支架安装于圆筒容器右侧侧壁的安装孔内，于所述L型支架水平段一端的安装孔内安装有圆杆，所述圆杆下方与探针相连接，所述圆管电磁铁、探针分别通过导线与控制系统连接，所述控制系统由电流控制模块和数据处理模块组成，所述电流控制模块实现对圆管电磁铁中的电流高精度控制，所述数据处理模块对电流数据进行处理分析。
以上技术特征，所述空心球为金属空心球，利用圆管电磁铁对金属空心球产生的磁力，克服待测液体对金属空心球产生的浮力和粘滞阻力；所述密封塑料圆筒上轴对称设置有4根探针，探针材质为金属铝合金，所述探针分别通过导线与控制系统连接；所述圆杆下端头上轴对称设置有与所述圆管电磁铁上同规格的4根铝合金探针，所述探针分别通过导线与控制系统连接。金属空心球与上部任意一根探针脱离接触后，该探针与其他探针之间电路断开，所述控制系统中的数据处理模块记录电路断开瞬间圆管电磁铁中电流值；同样，金属空心球接触任意两根探针后，两根探针之间即形成了通路，数据处理模块记录形成通路瞬间圆管电磁铁中电流值，这样使得黏度测量装置的质量精度进一步提高。
进一步，所述圆筒容器底部中心位置设置有安装基座，所述安装基座轴心与圆筒容器轴心重合。
进一步所述密封塑料圆筒通过螺栓固定在所述安装基座上，所述密封塑料圆筒轴心与所述圆筒容器轴心重合。
进一步，所述空心球材料为不锈钢，每次测量前对空心球进行消磁处理，所述空心球质量小于同等体积水的质量。
进一步，所述L型支架通过螺栓固定在圆筒容器侧壁上，且支架高度可调；
进一步，所述L型支架水平段左端设置有安装孔，所述安装孔与圆筒容器同轴。
进一步，所述圆杆通过所述安装孔固定在L型支架上，所述圆杆固定位置可调，便于取出空心球进行清洗和消磁处理。
更具体的：所述圆筒容器侧壁设置圆形的出水孔，用于清洗容器时排水，所述出水孔用橡胶塞封堵。所述圆筒容器设置有气泡水平仪和4个调平螺母，用于仪器安装完成后的调平。
所述控制系统包括电流控制部分和数据处理部分，所述电流控制部分可高精度控制所述圆管电磁铁中电流大小，所述数据处理部分可实时记录电流大小数据并进行计算处理。
本发明还涉及一种液体粘度测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）安装测量装置：将所述圆筒容器水平放置于固定平台上，首先安装所述圆管电磁铁于基座上，其次将所述空心球消磁后放置于圆管电磁铁的导电探针上，通过调平螺母和气泡水平仪将圆筒容器调平，把所述带有导电探针的圆杆固定于L型支杆上，通过调整圆杆高度使圆杆上探针与金属空心球脱离接触并升高2mm；
（2）清水测量：在所述圆筒容器中注入清水至容器侧壁刻度线处，金属空心球在清水浮力的作用下上浮，与上部导电探针接触，此时探针之间形成通路，下部探针电路断开，通过控制系统按一定速率增加所述圆管电磁铁中电流，金属空心球在磁力作用下与上部探针分离，记录分离时圆管电磁铁中电流大小为I1，空心球缓慢向下移动2mm后与下部探针接触形成通路，记录此时圆管电磁铁中电流大小为I2，计算两次电流差值I2－I1= I清水1，重复上述步骤2次，取三次平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE001
清水 ；
（3）测量待测液体：将所述圆筒容器及其附属部件用清水冲洗并擦拭干净，并将圆筒容器调平，测量前对空心球进行消磁处理，待测液体测量方法同步骤2，待测液体温度与步骤2中清水温度相同，计算得到三次测量结果平均值
Figure 567912DEST_PATH_IMAGE001
待测液；
（4）数据处理：计算
Figure 953763DEST_PATH_IMAGE001
待测液与
Figure 91483DEST_PATH_IMAGE001
清水的比值为n，苏氏漏斗粘度计在水温20℃条件下流出500ml纯水时间为15s，将（n×15）s作为待测液体的粘度值。
（5）在相同环境下测量多种液体粘度时，
Figure 773262DEST_PATH_IMAGE001
清水可作为固定值使用，仅需测量每种液体的
Figure 996433DEST_PATH_IMAGE001
待测液值即可。
其中，所述控制系统按0.05-0.2 mA/s的速率增加所述圆管电磁铁中的电流。
本发明液体粘度测量装置及其测量方法产生的有益效果在于：本发明液体黏度测量装置结构简单，制造成本低，精度高，通过控制系统实现液体黏度的自动化测量；本发明液体黏度测量方法，可以容易、准确实现对多种液体粘度对的测量，无需筛出待测液体中的较大的固体颗粒物，能够实现对大粘度液体的粘度值的测量，同时能够实现对其他多种类型液体粘度值的测量。
附图说明
图 1是本发明结构示意图；
图 2是本发明结空心球与探针示意图。
图 3是本发明工作原理示意图。
其中，1为圆筒容器，2为刻度线，3为橡胶塞，4为安装基座，5为螺栓，6为密封塑料圆筒，7为圆管电磁铁，8为探针Ⅰ，9为空心球，10为探针Ⅱ，11为L型支架，12为圆杆，13为螺栓，14为安装孔，15为安装孔，16为螺栓，17为控制系统，18为气泡水平仪，19为调平螺母，23为电流控制模块，24为数据处理模块，20为可调直流稳压电源，21为电流计，22为电源。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
如图1、2所示，一种液体粘度测量装置，所述测量装置包括圆筒容器（1）、圆管电磁铁7、空心球9、探针Ⅰ8、探针Ⅱ10、L型支架11和控制系统17，所述圆筒容器1设置有安装基座4、安装孔15、气泡水平仪18、调平螺母19和出水孔，所述圆管电磁铁7安装于圆筒容器1底部中心位置安装基座4上，圆管电磁铁7上部安装有4根轴对称设置的金属探针Ⅰ8，所述空心球9放置在探针Ⅰ8上，所述圆筒容器1侧壁上固定有L型支架11，所述L型支架11一端设置有圆杆12，圆杆12下端轴对称设置有4根金属探针Ⅱ10，圆管电磁铁7、探针Ⅰ8、探针Ⅱ10分别通过导线与控制系统17连接，所述探针Ⅱ10为铝合金材质。
所述圆筒容器1底部中心位置设置有安装基座4，所述安装基座4轴心与圆筒容器1轴心重合。
所述圆管电磁铁7同轴固定于密封塑料圆筒6内，圆管电磁铁7通过导线与所述控制系统17连接。
所述密封塑料圆筒6通过螺栓5固定在所述安装基座4上，所述密封塑料圆筒6轴心与所述圆筒容器1轴心重合。
所述密封塑料圆筒6上轴对称设置有4根导电探针Ⅰ8，探针Ⅰ8材质为金属铝合金，所述探针Ⅰ8分别通过导线与控制系统17连接。
所述空心球9材料为不锈钢，每次测量前对空心球9进行消磁处理，所述空心球9质量小于同等体积水的质量。
所述圆筒容器1侧壁上设置有L型支架11，所述L型支架11通过螺栓16固定在圆筒容器1侧壁安装孔15内，且L型支架11高度可调。
所述L型支架11水平部分一端设置有安装孔14，所述安装孔14与圆筒容器1同轴。
所述圆杆12通过螺栓13固定在L型支架上的安装孔14中，所述圆杆12固定高度可调。
所述圆杆12一端轴对称设置有与密封塑料圆筒6上同规格的4根铝合金导电探针Ⅱ10，所述探针Ⅱ10分别通过导线与控制系统17连接。
所述圆筒容器1侧壁设置圆形出水孔，用于清洗容器时排水，所述出水孔用橡胶塞3封堵。
所述圆筒容器设置有气泡水平仪18和4个调平螺母19，用于仪器安装完成后的调平。
所述控制系统17包括电流控制模块23和数据处理模块24，所述电流控制模块23可高精度控制所述圆管电磁铁中电流大小，所述数据处理模块24可实时记录电流大小数据并进行计算处理。
如图3所示，所述电流控制模块23包括可调直流稳压电源20、电源22、电流计21，所述直流稳压电源20连接圆管电磁铁7，为圆管电磁铁7提供一定频率的电流（其中一般为按0.05-0.2 mA/s的速率增加所述圆管电磁铁中的电流），所述电源22连接探针Ⅰ8、探针Ⅱ10，在金属空心球9与探针Ⅰ8、探针Ⅱ10之间形成回路，所述电流计21分别连接探针Ⅰ8、探针Ⅱ10与圆管电磁铁7，用于测量圆管电磁铁7与探针Ⅰ8、探针Ⅱ10的电流，所述电流计21连接数据处理模块24，对测量的电流进行处理，进而计算出相应的液体黏度。
本发明还涉及一种液体粘度测量装置的测量方法，包括如下步骤：
（1）安装测量装置：将所述圆筒容器1水平放置于固定平台上，首先安装所述圆管电磁铁7于安装基座4上，其次将所述金属空心球9消磁后放置于圆管电磁铁7的探针Ⅰ8上，通过调平螺母19和气泡水平仪18将圆筒容器1调平，把所述带有探针Ⅱ10的圆杆12固定于L型支杆11上，通过调整圆杆12高度，使圆杆12上的探针Ⅱ10与金属空心球9脱离接触并升高2mm；
（2）清水测量：在所述圆筒容器1中注入清水至容器侧壁刻度线处，金属空心球9在清水浮力的作用下上浮，与上部导电探针接触，此时探针之间形成通路，下部探针电路断开，通过控制系统17按所述控制系统按0.1 mA/s的速率增加所述圆管电磁铁中的电流。增加所述圆管电磁铁中电流，金属空心球9在磁力作用下与上部探针分离，记录分离时圆管电磁铁中电流大小为I1，金属空心球9缓慢向下移动2mm后与下部探针接触形成通路，记录此时圆管电磁铁7中电流大小为I2，计算两次电流差值I2－I1= I清水1，重复上述步骤2次，取三次平均值
Figure 671128DEST_PATH_IMAGE001
清水 ；
（3）测量待测液体：将所述圆筒容器1及其附属部件用清水冲洗并擦拭干净，并将圆筒容器1调平，测量前对空心球9进行消磁处理，待测液体测量方法同步骤2，待测液体温度与步骤2中清水温度相同，计算得到三次测量结果平均值
Figure 928934DEST_PATH_IMAGE001
待测液；
（4）数据处理：计算
Figure 76887DEST_PATH_IMAGE001
待测液与
Figure 613786DEST_PATH_IMAGE001
清水的比值为n，苏氏漏斗粘度计在水温20℃条件下流出500ml纯水时间为15s，将（n×15）s作为待测液体的粘度值。
（5）在相同环境下测量多种液体粘度时，
Figure 341439DEST_PATH_IMAGE001
清水可作为固定值使用，仅需测量每种液体的
Figure 548692DEST_PATH_IMAGE001
待测液值即可。
本发明的工作原理：本发明利用圆管电磁铁对金属空心球产生的磁力，克服待测液体对金属空心球产生的浮力和粘滞阻力。首先，金属空心球在待测液体的浮力作用下与其上部探针接触，圆管电磁铁通电并缓慢增加电流大小，圆管电磁铁对金属空心球产生一个向下的磁力作用，使金属空心球与其上部探针分离，此时圆管电磁铁对金属空心球的磁力（圆管电磁铁型号一定时，所产生的磁场强度仅与电流大小有关，且随电流线性变化）等于待测液体对金属空心球产生的净浮力（所述净浮力指待测液体对金属球的浮力减去金属球重力之后的浮力），然后继续缓慢增大圆管电磁铁中的电流，金属空心球所受磁力也继续增大，金属空心球向下缓慢移动并与下部探针接触，此时圆管电磁铁对金属空心球的磁力等于待测液体对金属空心球产生的净浮力和粘滞阻力之和，用圆管电磁铁中前后两次电流值的差值来等效代替待测液体对金属空心球的粘滞阻力。
上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (7)

1.一种液体粘度测量装置，其特征在于：包括圆筒容器、圆管电磁铁、空心球、探针、L型支架和控制系统，于所述圆筒容器内的底部设置有安装基座，于所述圆筒容器外的右侧底部设置有气泡水平仪，在所述圆筒容器外的底部设置有调平螺母，在所述圆筒容器的左侧侧壁上开设有出水孔，所述出水孔通过橡胶塞密封；所述圆管电磁铁同轴安装于密封塑料圆筒内，所述密封塑料圆筒安装在圆筒容器底部的安装基座上，所述密封塑料圆筒上端设置有探针，所述空心球放置在探针上，所述L型支架安装于圆筒容器右侧侧壁的安装孔内，于所述L型支架水平段一端的安装孔内安装有圆杆，所述圆杆下方与探针相连接，所述圆管电磁铁、探针分别通过导线与控制系统连接，所述控制系统包括电流控制部分和数据处理部分；
所述空心球为不锈钢金属空心球；每次测量前对空心球进行消磁处理，所述空心球质量小于同等体积水的质量；所述探针为铝合金探针，所述探针于金属空心球的上下均周对称设置有4根。
2.根据权利要求1所述的液体粘度测量装置，其特征在于，所述圆筒容器侧壁设置圆形的出水孔，用于清洗容器时排水，所述出水孔用橡胶塞封堵；
所述圆筒容器设置有气泡水平仪和4个调平螺母，用于仪器安装完成后的调平。
3.根据权利要求1所述的液体粘度测量装置，其特征在于，所述圆筒容器底部中心位置设置有安装基座，所述安装基座轴心与圆筒容器轴心重合；所述密封塑料圆筒通过螺栓固定在所述安装基座上，所述密封塑料圆筒轴心与所述圆筒容器轴心重合。
4.根据权利要求1所述的液体粘度测量装置，其特征在于，所述L型支架通过螺栓固定在圆筒容器侧壁上，且支架高度可调；所述圆杆通过所述安装孔固定在L型支架上，所述圆杆固定位置可调，便于取出空心球进行清洗和消磁处理。
5.根据权利要求1所述的液体粘度测量装置，其特征在于，所述控制系统包括电流控制部分和数据处理部分，所述电流控制部分可高精度控制所述圆管电磁铁中电流大小，所述数据处理部分可实时记录电流大小数据并进行计算处理。
6.一种采用权利要求1所述液体粘度测量装置的液体粘度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）安装测量装置：将所述圆筒容器水平放置于固定平台上，首先安装所述圆管电磁铁于基座上，其次将所述空心球消磁后放置于圆管电磁铁的导电探针上，通过调平螺母和气泡水平仪将圆筒容器调平，把带有导电探针的圆杆固定于L型支杆上，通过调整圆杆高度使圆杆上探针与金属空心球脱离接触并升高2mm；
（2）清水测量：在所述圆筒容器中注入清水至容器侧壁刻度线处，金属空心球在清水浮力的作用下上浮，与上部导电探针接触，此时探针之间形成通路，下部探针电路断开，通过控制系统按一定速率增加所述圆管电磁铁中电流，金属空心球在磁力作用下与上部探针分离，记录分离时圆管电磁铁中电流大小为I1，空心球缓慢向下移动2mm后与下部探针接触形成通路，记录此时圆管电磁铁中电流大小为I2，计算两次电流差值I2－I1= I清水1，重复上述步骤2次，取三次平均值
Figure 476193DEST_PATH_IMAGE002
清水；
（3）测量待测液体：将所述圆筒容器及其附属部件用清水冲洗并擦拭干净，并将圆筒容器调平，测量前对空心球进行消磁处理，待测液体测量方法同步骤2，待测液体温度与步骤2中清水温度相同，计算得到三次测量结果平均值
Figure 862175DEST_PATH_IMAGE002
待测液；
（4）数据处理：计算
Figure 110753DEST_PATH_IMAGE002
待测液与
Figure 725537DEST_PATH_IMAGE002
清水的比值为n，苏氏漏斗粘度计在水温20℃条件下流出500ml纯水时间为15s，将（n×15）s作为待测液体的粘度值;
（5）在相同环境下测量多种液体粘度时，
Figure 212013DEST_PATH_IMAGE002
清水可作为固定值使用，仅需测量每种液体的
Figure 503317DEST_PATH_IMAGE002
待测液值即可。
7.根据权利要求6所述的液体粘度测量方法，其特征在于，所述控制系统按0.05-0.2mA/s的速率增加所述圆管电磁铁中的电流。
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