CN1216610A

CN1216610A - 高度固体悬浮粘质流速计

Info

Publication number: CN1216610A
Application number: CN97193896A
Authority: CN
Inventors: P·B·多恩; N·C·史密斯; L-M·吴
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1997-04-07
Publication date: 1999-05-12
Also published as: TW344794B; KR20000005528A; EP0894258A1; WO1997039332A1; EP0894258A4; JP2000508772A

Abstract

提供一种以接近为零的剪切速率测量粘度、预测由静止的其中含有高度悬浮固体的独立糊状物稠度或滑动阻力的粘质流速计(10),包括末端固定有球形末端(40)的移动杆(42),通过安装在滑动轴承导轨(20、22)上的可作直线移动的滑动构件(16)使移动杆以预定恒速垂直向下移动到容器(C)中的糊状物中,而附着在这个移动杆(42)上的数字式测力计(38)监视、测量和记录移动杆碰到糊状物以及通过控制器组件(34)、滚珠螺杆装置(28)和步进电极(30)维持这一预定恒速在糊状物中继续向下移动期间作用在球形末端(40)上的最大作用力。

Description

高度固体悬浮粘质流速计

技术领域

本发明涉及预测高度固体悬浮粘质，如TV密封玻璃膏的滑动阻力的新型改进流速计。

发明背景

高度固体悬浮粘质的流速计一直受到人们关注且富有挑战性。为了控制通过流动通道和分发孔分发悬浮有高度固体物的糊状物的流畅性以及控制糊状物定位在基板上后的二次流动，需要在中等和接近为零的两种剪切速率范围上准确地测量粘度。过去，采用诸如Brookfied的传统粘度计只能令人满意地测量出中等至高剪切速率下(这表示分发糊状物的流畅性)的粘度。另一方面，在接近为零的剪切速率下测量粘度的简单、值得生产的粘质流速计(这表示糊状物静止时受到的滑动阻力)一直是在期望中的。

绝大多数填充有颗粒悬浮物体的流动是非牛顿型的，其中粘度与剪切速率和/或剪切时间有关。这些悬浮物主要是假塑性体，所以粘度随剪切速率的增大而减小，通常，这些悬浮物是触变性的，粘度随剪切时间的增大而减小。具有相对较高固体悬浮物以及具有极高假塑性程度的糊状物以虚体抵抗有限幅度外部应力的形式显示出了屈服应力。只有当外部应力超过这一临界值(屈服应力)时才可能发生应变。由于可用的绝大多数流速计只能测量稳态形式下的糊状物响应，即扭矩、力、位移、角矩等，接受测试的糊状物的这种虚体在测试时常常会受到分裂甚至破坏。因此，不能够获得糊状物滑动阻力的准确测量结果。

一段时间内曾采用通常的落球粘度计对牛顿流体进行明确的剪切分析。然而，这种分析完全是针对牛顿流体的，而不是针对具有高度固体悬浮物的糊状物所呈现的非牛顿流体的流动体。

传统的落球粘度计一直不能令人满意地测出诸如TV玻璃膏的高度固体悬浮物的滑动阻力。一个障碍在于糊状物是不透明的，这就不可能对落球进行目视观测。此外，有些糊状物具有较高的屈服应力，这阻止落球通过其自身重量落入到糊状物中。在球背后增加力被视为是不实际的，因为力太小则球不能下落，力太大则下落太快，以致不能分辨下落时间。

过去采用了许多测量装置，如美国专利1,232,782、1,651596、1,748,512、1,748513、5,144,832和5,327,778，这些都利用重量迫使插杆或落球降落到测试基板上，美国专利1,748,512和1,748513也利用油槽和活塞控制重插杆或插棒的降落运动。美国专利1,894,369、2,625,034和2,747,399都是利用天平或秤测量测试样品的穿透速率。此外，美国专利2,638,779测量电磁线圈的电流，获得样品穿透阻力的读数。最后，美国专利5,357,786利用电磁天平提供插杆垂直碰到样品上的信号或读数。然而，上述参考文献中没有一个提出利用恒速移动台将落球插入到测试样品中并测量落球通过样品移动时作用在落球上的最大作用力。

因此，本发明的目的是提供一种使落球以预定的恒定直线速度运动到高浓度的固体悬浮物的测试样品中并测量它通过测试样品运动时发生在落球上的最大作用力的新型改进落球粘度计。

发明概要

本发明提供一种测量插杆或落球以恒速通过一部分测试样品移动时作用在其上的最大作用力的方法和装置。更具体地说，本发明的方法和装置可用于预测高浓度固体悬浮物，如TV玻璃膏的样品的滑动阻力。

为了获得各种测试样品之间的所需有效读数，将具有球形末端的移动杆设置在移动台上，移动台以所需恒速直线移动到放入待测糊状物的容器中，同时附着在移动杆上的测力计监测并记录移动杆移动到一部分测试样品期间作用在其上的最大作用力。为了取得一致性，在ICL(Intelli命令语言)软件控制下，由与小型PCU连接的电机驱动DC分度器控制球体的直线降落运动。利用预定恒速将球体浸入糊状物中，测量球体通过糊状物移动时作用在其上的最大作用力，获得一种糊状物与另一种糊状物之间的稠度或滑动阻力的有意义的比较，这里采用相同直径的球体和相同直径的存放糊状物的容器对糊状物进行测试。

附图简述

图1是本发明改进型粘质流速计的立面侧视图。

图2是其立面正视图。

图3是其俯视平面图。

发明详述

现在参考附图，图中所示的本发明经过改进的粘质流速计10包括带有底板或样品锁定部分14的直立滑动支架或测试支架12和安装在其上的可直线移动的滑动构件16。直立测试支架12包括支撑背板18和一对固定在背板18上的位于上部盖板构件24与底部构件26之间的滑动导轨20、22，底部构件26固定在样品锁定部分14上。

滑动构件16设有滚珠螺杆装置28和导轨，从而沿导轨20、22作上下直线移动。将步进电机30安装在测试支架12上并通过连接器外壳32与滚珠螺杆连接，从而驱动滚珠螺杆装置，使滑动构件16沿滑动导轨20、22直线移动。控制器组件34(后面将作更详细的描述)控制步进电机30的动作，于是控制滑动构件16沿直立支架12的导轨20、22的移动。

接合器构件36与滑动构件16连接，有一个数字式测力计38固定在其外侧。将一个球形末端40附着在移动杆42上，用螺丝将移动杆42拧在测力计38上。测力计有一个记录测试测量结果的数字读出面板44。如图1所示，可以设置上下限制开关46、48，限制了滑动构件16沿直立滑动支架或测试支架导轨20、22的垂直移动范围。

粘质流速计10利用带有球形末端40的移动杆42以预定速度垂直向下移动，进入到如图1虚线所示容器C中的糊状体中，移动杆42附着在其上的测力计38监测并记录移动杆向下移动到容器C中糊状物期间作用在球形末端上的最大作用力。球形末端40的向下移动是通过滚珠螺杆装置28由滑动构件16向下移动而产生的，滑动构件16的移动又是由步进电机30控制的。然而，在Intelli命令语言(ICL)软件(后面将说明)控制下，电机30接至微型中央处理单元(CPU)。位于落球杆42上方的测力计38能够记录和显示球形末端通过容器C中测试样品移动时作用在其上的最大压缩力的数字式测力计。这种测力计可以是芝加哥国际控制公提供的CI-FGE2型测力计。

CPU操纵直线移动的滑动构件16，使测力计38和球形末端40作为一个恒速移动台移动，将球形末端插入容器C中的测试样品或糊状物中。驱动单元中的CPU利用ICL软件以预定恒速驱动DC步进电机，使球形末端40以恒速在糊状物或测试样品中移动。当球形末端在测试材料中移动时，通过对测力计进行编程获得作用在球形末端上的最大作用力。较佳地，CPU控制步进电机以半步步进，从而使滑动构件16沿支架12平滑移动而没有任何谐振。如果需要的话，可以CPU编程使球形末端恰好快速下落在样品上方，然后以预定恒速使球形末端在样品中移动，获得球形末端在样品中移动时测力计上的峰值或最大作用力读数。测试支架可以是Cole-Parmer公司产生的VersaTest型EP-59880-54支架，CPU可以是休斯工业产品公司提供的美国精密包装微步进系统产品编号为P/N P261X-M232的产品。

本发明的粘质流速计实际上是一种相对测量仪器，因此，必须使球形末端40的直径和存放测试样品或糊状物的容器C的直径保持恒定不变，以便对一种糊状物与另一种糊状物的稠度或滑动阻力进行比较。

在操作中，测试样品或糊状物最好是在标准抖动机，如Red Devil吊桶抖动机上抖动3分钟。然后将样品放入测试支架12的样品锁定部分14的容器C中。将球形末端40恰好定位在糊状物表面上方而不是在接触位置开始测试。驱动控制器组件，使电机驱动台(包括滑动构件16、接合器构件36、测力计38、球形末端40和杆42)以受控恒速，如每秒0.02英寸沿直立支架12的滑动导轨20、22向下移动。最好是当球形末端插入样品中时，其周边离容器C的边缘在1.5至2英寸之间。球形末端下降的深度最好终止在容器C底板上方1英寸处。当球形末端在糊状物中移动时，由数字式测力计38记录作用在其上的最大作用力。

对每个样品最好进行三次测试，在每次测试之间需要对球形末端进行清洗。此外，每一次测试之间需要使容器C旋转90°。对于三次测试中的每一次测试记录测力计的读数，然后计算三次测试的平均值，提供最终结果。利用粘质流速计获得的测试结果来预测高度固体悬浮物，如TV密封玻璃膏的滑动阻力。由于球形末端是由电机驱动台或滑动单元以预定受控恒速驱动的，同时球形末端所经受的最大作用力是由数字式测力计记录的，所以，本发明能够获得有意义的测试结果。如前所述，由ICL程序，利用CPU驱动步进电机，产生所需结果，于是，已经发现以下程序可提供这些结果：

″PWRUP″:
0:V0=100
1:V1=0
2:V2=V1*V0
3:V3=0
4:V4-V3*V0
5:V5=0
6:V7=10
7:V6=V5*V7
8:MR=5000
9:UR=1
10:A=500
11:D=500
12:B=100
13:H=100000
14:M=50000
15:J=10000
16:MUNITS
17:LA=00000000
18:G=0
19:Q=10
20:R=10
21:S=10
22:U=0
23:T=4
24:SC=20
25:SEND-1｜″BS@″^TURN OFF SCROLL
26:SEND-1｜″1BE″^CLEAR SCREEN ON T-120
27:SEND-1｜″07″^CAUSE BUZZER TO BEEP
28:SEND-1｜″1BPT″^MAKE LED1 FLASH
29: CURSOR 0 0
30:WAIT 100
31:SEND -1 ″SELECT JOG OR SETUP″
32:QUIT
				
				<dp n="d5"/>
″SETUP″:
0:WAIT 100
1:SEND -1｜″1BPD″^LED1 OFF
2:SEND -1｜″1BE″^CLEAR SCREEN
3:CURSOR 0 0
4:WAIT 100
5:SEND -1″SETUP MODE SELECTED″
6:SURSOR 1 0
7:PROMPT ″X.XX START TEST POINT″ V1
8:SEND -1｜″1BE″^CLEAR SCREEN
9:WAIT 100
10:CURSOR 0 0
11:PROMPT ″X.XX TEST MODE″V3
12:SEND -1｜″1BE″^CLEAR SCREEN
13:WAIT 100
14:CURSOR 0 0
15:PROMPT ″.XXX TEST SPEED IN IPS″ V5
16:SEND -1｜″1BE^CLEAR SCREEN
17:WAIT 100
18:CURSOR 0 0
19:SEND -1″PRESS F1 TO RUN TEST″
20:CALL START
21:QUIT
″START″
0:(STARI)SK=0
1:WAIT 100
2:B=10
3:IF(SK=1)GOOD
4:JUMP START
5:(GOOD)SK=0
6:V2=V1*V0
7:MOVE V2
8:WAIT 100
9:V6=V5*V7
				
				<dp n="d6"/>
10:M=V6
11:V4=V3*VO
12:MOVE V4
13:WAIT 200
14:M=50000
15:B=5000
16:-HOME
17:JUMP START
18:QUIT

尽管现在已经揭示了本发明的较佳实施例，显然，对于本领域专业人员而言只要不偏离所附权利要求书中限定的精神和范围，可以对其作出各种变化和改进。

Claims

1．一种以接近为零的剪切速率测量高度固体悬浮物样品粘度的装置，其特征在于它包括：

带有底板的直立支架；

沿所述直立支架直线移动的电机驱动台；

与所述测力计连接的带有球形末端的杆；

使待测样品锁定在所述球形末端下方的装置；

控制所述电机驱动台向下移动使得所述球形末端以预定恒速通过所述样品所需部分的装置；以及

测量以所述恒速移动的球形末端在所述样品内受到的最大作用力。

2．如权利要求1所述的以接近为零剪切速率测量高度固体悬浮物样品粘度的装置，其特征在于：所述的电机驱动台包括沿所述直立支架上滑动导轨作直线移动的滑动构件和使所述滑动构件移动的滚珠螺杆装置。

3．如权利要求2所述的以接近为零的剪切速率测量高度固体悬浮物样品粘度的装置，其特征在于：所述的使所述滑动构件沿所述直立支架移动的滚珠螺杆装置是由步进电机驱动的。

4．如权利要求3所述的以接近为零的剪切速率测量高度固体悬浮物样品粘度的装置，其特征在于：所述的控制所述电机驱动台向下移动的装置包括与所述步进电机动作连接的带有中央处理单元的控制器组件，驱动所述滚珠螺杆装置使所述滑动构件沿所述直立支架上的滑动导轨垂直移动。

5．如权利要求4所述的以接近为零的剪切速率测量高度固体悬浮物样品粘度的装置，其特征在于：所述控制器组件还包括给所述中央处理单元编程控制所述滑动构件向下移动，使得所述球形末端以预定恒速移动到样品所需部位以下的操作软件。

6．如权利要求5所述的以接近为零的剪切速率测量高度固体悬浮物样品粘度的装置，其特征在于：所述的测量所述最大作用力的装置包括与所述滑动构件连接的测力计，所述测力计设定为记录所述球形末端以所述预定恒速移动到样品某一部位时作用在其上的最大作用力。

7．如权利要求2所述的以接近为零的剪切速率测量高度固体悬浮物样品粘度的装置，其特征在于：所述滑动构件包括连接所述最大作用力测量装置沿所述直立支架移动的装置。

8．如权利要求1所述的以接近为零的剪切速率测量高度固体悬浮物样品粘度的装置，其特征在于：存放待测样品的所述装置包括所述底部上存放所述样品的容器。

9．如权利要求1所述的以接近为零的剪切速率测量高度固体悬浮物样品粘度的装置，其特征在于：所述的控制所述电机驱动台向下移动的装置包括附着在所述直立支架上的控制器组件，所述控制器组件包括与步进电机动作连接、驱动滚珠螺杆装置使所述电机驱动台沿所述直立支架直线移动的微型中央处理单元。

10．如权利要求9所述的以接近为零的剪切速率测量高度固体悬浮物样品粘度的装置，其特征在于：所述控制器组件还包括操纵所述中央处理单元以受控速度驱动所述步进电机使所述电机驱动台以所需恒速沿所述直立支架直线向下移动的软件。

11．一种测量高度固体悬浮物的糊状样品的移动阻力的装置，其特征在于它包括：

带有底板的垂直支架；

在所述支架上垂直移动的滑动构件；

与所述滑动构件连接的测力计；

与所述测力计连接的带有球形末端的杆；

使所述滑动构件在所述支架上移动的滚珠螺杆装置和滑动导轨；

驱动所述滚珠螺杆装置的电机装置；

所述滑动构件和与所述球形末端连接的测力计形成电机驱动台；

使待测样品锁定在所述底板上的装置；

与所述电机装置动作连接的并由软件驱动的中央处理单元，所述软件使所述电机驱动台以受控速度向下移动，从而使所述球形末端以预定恒速移动到样品中；

所述测力计上用于记录所述球形末端以恒速移动到所述底板上所述待测样品的某一部位时作用在其上的最大作用力的装置。

12．如权利要求11所述的测量高度固体悬浮物糊状样品的移动阻力的装置，其特征在于：所述电机装置是与所述滚珠螺杆装置连接的步进电机。

13．如权利要求12所述的测量高度固体悬浮物糊状样品的移动阻力的装置，其特征在于：所述中央处理单元包括控制所述步进电机以半步方式使所述电机驱动台沿所述垂直支架平滑流动移动的装置。

14．一种测量样品粘度的方法，其特征在于：

将待测试样品放入容器中；

将包括杆和与之连接的球形末端的测力计定位在所述样品上方；

使所述测力计与所述球形末端的杆在受控速度下向下移动，使所述球形末端以预定恒速运动到所述样品中；

记录所述球形末端以这一恒定速度运动到所述样品中时作用在其上的最大作用力。

15．如权利要求14所述的测量样品粘度的方法，其特征在于包括使所述测力计和球形末端杆随电机驱动台向下移动和通过中央处理单元控制所述电机驱动台的步骤。

16．如权利要求15所述的测量样品粘度的方法，其特征在于包括提供软件，使中央处理单元控制所述球形末端在样品内向下移动的速度恒定的步骤。

17．如权利要求14所述的测量样品粘度的方法，其特征在于包括在各种样品测量期间维持球直径和容器直径不变的步骤。