CN112945800A - 一种基于转速差的旋转式粘度仪及粘度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于转速差的旋转式粘度仪，属于检测设备技术技术领域，该粘度仪包括底座以及同轴线放置的外圆筒和内圆筒，内圆筒设置在外圆通内部，且外圆筒的高度大于内圆筒的高度，外圆筒与内圆筒之间设有间隙，外圆筒能够围绕其轴线相对于内圆筒转动，所述外圆筒通过旋转驱动机构固定在底座上，外圆筒上设有转速传感器，所述底座上设有控制面板。
Description
技术领域
本发明属于检测设备技术领域，具体是涉及一种基于转速差的旋转式粘度仪及粘度测量方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
流体的粘度是用来表征流体性质的一项非常重要的参数，是流体的一种固有的物理属性，它能够直接反映不同流体的特性，是食品业、油漆业、聚合涂层业、石油工业及其它工业的一个重要的标准特征。测量流体的粘度在工业生产和基础学科研究中具有十分重要的意义。
目前测量流体粘度的方法主要有毛细管法、落球法、振动法和旋转法等等，其中旋转法由于具备使用简便，测量精确和复现性高的特点，被广泛用于测量牛顿流体和非牛顿流体的粘度及流变特性中。
随着科技的进步，在粘度测量技术领域涌现出一大批新测量方法。主要包括：基于计算机技术、Labview等虚拟仪器技术，同时结合神经网络、模糊建模、图像识别、流体模型、状态方程等的粘度测量法；通过超声波、光技术的非接触式粘度测量法；应用电磁原理、电磁层析成像技术等的粘度测量法；基于各种现代新型传感器技术的粘度测量法。目前，这些新测量技术大多还处于试验阶段，市场化程度比较低，而且成本较高，不适合大规模地推广应用。
不同流体粘度测量方法在应用过程中都表现出各异的缺点，如毛细管法，因为毛细管内径狭小，很容易出现固体颗粒物堵塞的情况，所以对流体的纯度要求非常高，并且残留的流体对下一次的测量结果影响比较大，因此完成一次测量后需要对毛细管进行彻底的清洗及干燥后方能进行下一次测量，这使得测量时间长，效率低，不适合快速多次测量；落球法虽然简便易行，但是仅限于简单测定粘度较高的液体，而且测量精度相对较低；振动法多应用于低粘度液体的粘度测量，具有测量方便、样品用量小和温控简单等优点，但是在强振动的环境中可能会有较大的测量误差，并且缺少公认的理想粘度计算公式；旋转法是最常用的工业测量流体粘度的方法，操作简单，测量快捷，适用于牛顿流体和非牛顿流体的粘度测量。
传统的旋转式粘度仪分为CS(控制应力)式与CR(控制速率)式。CS式粘度仪在使用过程保持转子所受的剪切应力不变，通过测量转子附近流体的剪切速率计算出流体粘度值。此类粘度仪检测速度快，但是实现恒定剪切应力的精准控制无法保证，导致检测误差较大，无法获取准确的流体粘度值。CR式粘度仪在使用过程中保持转子的转速不变，通过测量转子所受到的扭矩计算出流体粘度值。此类粘度仪操作简单，使用方便，但是对扭矩的测量要求较高，需要设计或使用高准确度的扭矩测量部件，这也就导致粘度仪的造价高昂，不利于推广使用。
发明内容
针对现有技术存在的测量范围受限、测量精度低、价格昂贵和结构复杂需定期维护等问题，本发明提供了一种基于转速差的旋转式粘度仪及粘度测量方法。
本发明至少一实施例提供了一种基于转速差的旋转式粘度仪，该粘度仪包括底座以及同轴线放置的外圆筒和内圆筒，内圆筒设置在外圆通内部，且外圆筒的高度大于内圆筒的高度，外圆筒与内圆筒之间设有间隙，外圆筒能够围绕其轴线相对于内圆筒转动，所述外圆筒通过旋转驱动机构固定在底座上，外圆筒上设有转速传感器，所述底座上设有控制面板。
进一步地，所述底座通过升降机构连接升降支架，所述升降支架连接内圆筒。
进一步地，外圆筒的外壁面上设有温度传感器。
进一步地，外圆筒的转轴通过联轴器与旋转电机相连接。
进一步地，所述转速传感器固定在转轴上。
进一步地，外圆筒通过轴承固定在底座上。
进一步地，所述控制面板与底座相连接，所述底座上设有用于显示从控制面板传递过来的数据的显示器。
本发明至少一实施例提供了基于上述任一项所述的一种基于转速差的旋转式粘度仪的使用方法，该方法还包括如下过程：
将待测流体注入外圆筒中，直到完全浸没内圆筒；
给外圆筒设定一个预定转速ω0，且驱动外圆筒达到所述预定转速ω0；设定衰减间隔时间t和检测次数n；
将所述外圆筒与旋转驱动机构断开，同时使用转速传感器检测外圆筒的转速ωt和对应的时间t0；
按照以下公式计算待测流体的粘度：
式中：
-作用于外圆筒的非粘滞系统阻力矩；J-外圆筒的转动惯量；ω0-外圆筒的初始角速度；ωt-外圆筒经历t时间段后的角速度；K-仪器常数；η-流体的动力粘度；t0-外圆筒对应转速的衰减时间；
达到设定的检测次数n后，停止检测。
进一步地，在所述的底座上安装升降支架，将所述内圆筒设置在升降支架上，通过控制面板控制升降机架的上下运动。
进一步地，通过控制面板控制外圆筒与旋转驱动机构断开。
本发明的有益效果如下：
(1)、本发明提供的旋转式粘度仪在外圆筒和内圆筒之间倒入待测液体，通过转动外圆筒，在外圆筒和内圆筒的限制下，可以实现对待测液体的粘性测试。
(2)、本发明提供的旋转式粘度仪上外圆筒的转速可以通过电机设定，内圆筒的长度可以调节，二者结合粘度计算公式，可以实现大范围液体粘度的测量。
(3)、本发明提供的旋转式粘度仪测量精准误差小：粘度计算公式中，对时间的测量误差小，粘度计算准确，通过多次测量求平均的方式进一步降低系统误差。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例提供的一种基于转速的旋转式粘度仪的整体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的粘度仪粘度测量方法的流程图。
图中：1-底座；2-升降机构；3-连接支架；4-伸缩杆；6-温度传感器；7-连接轴；8-内圆筒；9-外圆筒；10-轴承；11-转速传感器；12-联轴器；13-电机；14、控制面板。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于转速差的旋转式粘度仪，该粘度仪主要包括底座1、升降机构2、连接支架3、内圆筒8、外圆筒9等。
具体的，所述底座1通过升降机构2与连接支架3相连接，通过升降机构2可以控制连接支架3上下运动。所述升降机构可以是平常常见的传动机构，比如丝杠传动、齿轮齿条传动等。
进一步地，在所述底座1上设有一个竖直放置的外圆筒9，所述外圆筒9可以围绕自己的轴线进行旋转，同时所述底座上连接有一个内圆筒8，所述内圆筒的直径小于外圆筒，且整体的高度小于外圆筒的高度，同时所述内圆筒8设置在外圆筒内，两者同轴放置，所述内圆筒8的外壁与外圆筒9的内壁之间设有间隙，在粘度测量实验开始时，可以向外圆筒9内倒入液体，通过旋转外圆筒9可以带动外圆筒9内的待测液体进行旋转，在外圆筒9和内圆筒8的约束下对两者之间的待测液体进行粘度测量。
为了实现外圆筒9的旋转，本实施例中的外圆筒9底部通过连接轴7旋转设置在底座1上，所述底座上设有轴承10用于支撑连接轴7，所述连接轴7通过联轴器12与固定在底座1上的旋转电机13相连接，通过旋转电机13控制外圆筒9的旋转。
需要说明的就是，本发明实施例提供的装置可以通过控制面板14控制联轴器12与连接轴7的连接与断开。
进一步地，在所述连接轴7上还设有一个转速传感器11，用于测量连接轴7的旋转速度及对应的时间，所述外圆筒10的外壁面设有温度传感器6，用于获取外壁附近区域的温度值，
进一步地，本实例中的底座1上还设有一个控制面板14，所述控制面板14还用于控制升降机构2的升降以及旋转电机13的转速，同时获取连接轴7上转速传感器11和外圆筒上温度传感器6的信息并显示出来，最后通过内部处理器计算出粘度值并实时显示。
另外，本实施例中的内圆筒8也是通过一个升降机构固定在连接支架3上，具体是在连接支架3的顶部连接有一个竖直放置的伸缩杆4，伸缩杆4的一端固定在连接支架3上，另一端与内圆筒8固定连接，然后在底座1上安装有控制器，该控制器与底座上的控制面板14相连接，这样通过控制面板14控制伸缩杆4的伸缩运动调整内圆筒在外圆筒内部的高度位置，增大该装置的测量范围。
下面详细说明一下基于上述一种基于转速差的旋转式粘度仪的粘度测量方法，参照图1和图2，该方法包括如下步骤：
1)通过控制面板14驱动升降机构2，调整内圆筒8在外圆筒9中的高度；
2)将待测流体注入外圆筒9中，直到完全浸没内圆筒8；
3)在控制面板14处设置旋转电机13的预定转速ω0，启动旋转电机13驱动外圆筒9达到稳定的设定转速ω0并保持一段时间；
4)设定衰减间隔时间t和检测次数n；
5)通过控制面板14操作联轴器12，使连接轴7与旋转电机13脱开，在这一过程中使用转速传感器11检测外圆筒9的转速ωt和对应的时间t0；
6)按照以下公式计算待测流体的粘度：
式中：
-作用于外圆筒的非粘滞系统阻力矩；J-外圆筒的转动惯量；ω0-外圆筒的初始角速度；ωt-外圆筒经历t时间段后的角速度；K-仪器常数；η-流体的动力粘度；t0-外圆筒对应转速的衰减时间；
6)达到设定的检测次数n后，停止检测。
通过上述实施例提供的旋转式粘度仪的粘度测量方法精准误差小，粘度计算公式中，对时间的测量误差小，粘度计算准确，通过多次测量求平均的方式进一步降低系统误差。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种基于转速差的旋转式粘度仪，其特征在于，包括底座以及同轴线放置的外圆筒和内圆筒，内圆筒设置在外圆通内部，且外圆筒的高度大于内圆筒的高度，外圆筒与内圆筒之间设有间隙，外圆筒能够围绕其轴线相对于内圆筒转动，所述外圆筒通过旋转驱动机构固定在底座上，外圆筒上设有转速传感器，所述底座上设有控制面板。
2.如权利要求1所述的一种基于转速差的旋转式粘度仪，其特征在于，所述底座通过升降机构连接升降支架，所述升降支架连接内圆筒。
3.如权利要求1所述的一种基于转速差的旋转式粘度仪，其特征在于，外圆筒的外壁面上设有温度传感器。
4.如权利要求1所述的一种基于转速差的旋转式粘度仪，其特征在于，外圆筒的转轴通过联轴器与旋转电机相连接。
5.如权利要求4所述的一种基于转速差的旋转式粘度仪，其特征在于，所述转速传感器固定在转轴上。
6.如权利要求1所述的一种基于转速差的旋转式粘度仪，其特征在于，外圆筒通过轴承固定在底座上。
7.如权利要求1所述的一种基于转速差的旋转式粘度仪，其特征在于，所述控制面板与底座相连接，所述底座上设有用于显示从控制面板传递过来的数据的显示器。
8.基于如权利要求1-7任一项所述的一种基于转速差的旋转式粘度仪的使用方法，其特征在于，包括如下过程：
将待测流体注入外圆筒中，直到完全浸没内圆筒；
给外圆筒设定一个预定转速ω0，且驱动外圆筒达到所述预定转速ω0；设定衰减间隔时间t和检测次数n；
将所述外圆筒与旋转驱动机构断开，同时使用转速传感器检测外圆筒的转速ωt和对应的时间t0；
按照以下公式计算待测流体的粘度：
式中：
-作用于外圆筒的非粘滞系统阻力矩；J-外圆筒的转动惯量；ω0-外圆筒的初始角速度；ωt-外圆筒经历t时间段后的角速度；K-仪器常数；η-流体的动力粘度；t0-外圆筒对应转速的衰减时间；
达到设定的检测次数n后，停止检测。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述的底座上安装升降支架，将所述内圆筒设置在升降支架上，通过控制面板控制升降机架的上下运动。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，通过控制面板控制外圆筒与旋转驱动机构断开。
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