推進劑藥漿加工特性簡易測定儀的製作方法
2023-07-27 02:00:56 1
專利名稱：推進劑藥漿加工特性簡易測定儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種藥漿加工特性力學測試裝置。
背景技術：
推進劑藥漿是一種包含固體粒子、液體介質以及高分子粘結劑、固化劑等組成的高含能漿體，表現出懸浮體與顆粒流的複雜流變特性，包括屈服、非牛頓性、觸變性、壁面滑移及複雜的拉伸特性等，因而在實際混料及灌漿過程中表現出不同的工藝特性。目前測試此類體系加工特性的儀器往往採用傳統的旋轉流變儀和粘度計，無法反映藥漿體系的複雜本質與流動特性。此類傳統儀器的測定方法還存在許多測量困難，如壁面滑移效應。Tulane大學的De Kee教授提出一種新的測定方法，即以懸絲將刻槽平板從待測物中拉出，測定其受力過程，此方法主要用於測定低屈服應力懸浮體系，無法用於高填充濃懸浮體系的測定。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術存在的上述不足而提供一種適用於快速測試，測試範圍廣，測試功能強，攜帶方便、操作簡單、可靠性好的推進劑藥漿加工特性簡易測試儀。本發明的技術方案在於包括支架、料杯、夾具、檢測系統；
所述檢測系統包括一個接收力傳感器、溫度控制器、馬達控制器所採集的電信號，由微處理器控制，將所採集的電信號通過多路採樣開關、經過模擬信號放大器放大後、再經A/D轉換得到數位訊號，將數位訊號通過數據存儲介質進行存儲、並將數位訊號通過USB數據線反饋到計算機的數據採集系統；一個將接收數據採集系統的數位訊號通過軟體實時記錄並按照設定公式進行數據處理，按設定輸出格式在電腦中顯示和記錄的計算機；一個接收計算機所發出的控制指令控制步進馬達運轉、測量步進馬達實際轉速，並將所測步進馬達實際轉速實時傳輸到數據採集系統的馬達控制器；一個接收計算機所發出的控制指令調節恆溫槽內介質溫度、測量恆溫槽內實際溫度，並將所測恆溫槽內實際溫度實時傳輸到數據採集系統的溫度控制器；一個將所測量力電壓信號實時傳輸到數據採集系統的力傳感器；一個向計算機、步進馬達、溫度控制器和數據採集系統供電的電源模塊；
所述支架上設有升降臺；恆溫槽設置於升降臺上；料杯放置於恆溫槽中；所述力傳感器、數據採集系統組成檢測器；檢測器與用於蘸取料杯內藥漿以便檢測的夾具相連；所述夾具與檢測器為剛性連接；步進馬達、與步進馬達相連的馬達控制器組成用於驅動控制升降臺的傳動控制系統。所述夾具為一個以上帶有刻槽的平板或圓筒或板狀組合。所述夾具為一個以上帶有孔洞的平板或圓筒或板狀組合。所述夾具為表面平滑無孔的平板或圓筒。所述夾具為探針。本發明與現有技術相比有如下優點 本發明通過改變夾具可方便快捷地在較寬範圍測試藥漿的一系列加工特性，如屈服應力、表觀粘度、流平性、拉伸特性和凝膠化反應時間。(2本發明所用夾具與檢測器之間採用剛性硬連接，保證夾具的運動方向與檢測
器與之間剪切方向一致，避免誤差。剛性連接的使用使得測量體系的種類更加多樣化，拓寬了本發明的應用。(D本發明所佔空間小，容易攜帶，在現場容易組裝和操作，安全性高。
圖I為本發明的結構示意圖。圖2為夾具(刻槽平板結構)的結構示意圖。
圖3為夾具(帶孔平板結構)的結構示意圖。圖4為夾具(四片刻槽槳葉垂直交叉結構)的結構示意圖。圖5為本發明的電路控制原理圖。圖6為本發明測試時夾具拉出過程中的受力示意圖。圖7為本發明拉伸特性測試附件的結構示意圖。圖中，I、夾具，2、檢測器，3、傳動控制系統，4、溫控系統，5、支架，6、計算機，7、馬達控制器，8、步進馬達，9、升降臺，10、料杯，11、高速CXD攝像機，12、漿料細絲，13、光源，1-a、刻槽平板夾具，l_b、帶孔平板夾具，1-c、四片刻槽槳葉垂直交叉夾具。
具體實施例方式圖I中，支架5上設有升降臺9 ;恆溫槽設置於升降臺9上；料杯10放置於恆溫槽中；力傳感器、數據採集系統組成檢測器2 ;檢測器2與用於蘸取料杯10內藥漿以便檢測的夾具I相連；夾具I與檢測器2為剛性連接；步進馬達8、與步進馬達8相連的馬達控制器7組成用於驅動控制升降臺9的傳動控制系統3。本發明基本動作原理是計算機6使馬達控制器7和步進馬達8驅動控制升降臺9將夾具I垂直浸入漿料，使得夾具I的葉片完全浸沒在漿料中，再拔出，夾具I受力由檢測器2測量並輸入計算機6，以軟體轉換受力曲線，並記錄。料杯10固定於溫控系統4，保證測定準確。本發明的夾具I適用測試對象範圍廣，一般為帶細金屬杆的刻槽或帶孔平板，細金屬杆要求具有剛性。根據待測對象不同，可以設計不同幾何形狀、不同表面形貌的夾具，如測試粘度偏低的體系可採用四片刻槽或帶孔葉片十字交叉的夾具。將夾具I改成表面平滑無孔的平板，並與溝槽或多孔板夾具I得到的數據進行比較，可以測試壁面滑移效應；將夾具I改變為探針，可得到固化體系的凝膠化反應時間；添加溫控系統4可實現變溫測試。最後，為實現儀器的簡易便捷以及較高精度，對夾具I、檢測器2、傳動控制系統3、溫控系統
4、支架5、計算機部件採用小型化構造，以方便攜帶；選用性能優異的機械部件以及採用接地處理，以減小機械噪聲和電噪聲，提高儀器測試精度；夾具I的升降可以實現一鍵控制，計算機6與儀器通過USB連接，實驗過程中所測得的特性參數可直接反饋到軟體界面上，使得操作簡單化。圖2中，l_a為刻槽平板夾具。圖3中，l_b為帶孔平板夾具。圖4中，I-C為四片刻槽葉片垂直交叉夾具。圖5中，計算機分別與馬達控制器和溫度控制器連接。計算機將控制指令傳輸到馬達控制器和溫度控制器中，馬達控制器通過控制指令控制步進馬達運轉。溫度控制器通過控制指令調節恆溫槽內介質溫度。馬達控制器和溫度控制器將即時測量的參數(即馬達實際轉速、實際溫度)實時傳輸到數據採集系統。同時，力傳感器將所測量的力電壓信號實時傳輸給數據採集系統。數據採集系統由微處理器控制，馬達控制器、溫度控制器和力傳感器將響應得到的電信號通過多路採樣開關，經過模擬信號放大器放大後，再經A/D轉換得到數位訊號。數位訊號經過數據存儲介質進行存儲，而後通過USB數據線反饋到計算機。計算機通過軟體實時記錄溫度、馬達轉速和力的數值，並按照設定公式進行數據處理，按設 定輸出格式在電腦中顯示和記錄。電源模塊向計算機、馬達、溫度控制器和數據採集系統供電。圖6中，圖中從開始到A點，應力線性增長，材料表現純彈性；A點到B點，表現非線性彈性行為點對應的應力為被測體系的屈服應力，對一些介質，B點時，已有部分液體拉出液面,會加大表觀屈服應力。圖7中，水平放置的平行板夾具I垂直運動可測試體系拉伸性能。測試過程中，控制升降臺，通過高速CXD攝像機11記錄漿料細絲12直徑隨時間的變化，經過計算機6控制軟體處理分析，數據轉換可得到漿料拉伸粘度隨拉伸速率的變化關係。10為料杯，13為光源。本發明在測試過程中可以得到如下反映藥漿加工特性的主要參數
(D屈服應力
如圖6所示，圖中從開始到A點，應力線性增長，材料表現純彈性；A點到B點，表現非線性彈性行為點對應的應力為被測體系的屈服應力，對一些介質，B點時，已有部分液體拉出液面,會加大表觀屈服應力。 表觀粘度
在夾具被拉出待測物之前，可以通過相應的換算關係得到拉出時的剪切速率，進而得到待測物的表觀粘度。表觀粘度的表達式如下
V 聊=
其中，A為與夾具形狀有關的待校定常數，L為夾具的長度，P為藥漿的密度，A為夾具的升降速率。 流平性
在夾具被完全拉出並停止後，拉出漿料由於重力作用開始逐漸鬆弛下垂，應力隨之逐漸減小，這個接近指數衰減應力鬆弛過程可以作為描述藥漿流平性指標。漿料的特徵流平時間為應力變為1/e的時間，流平性產可表示為
P = CTjat0 = (1/e) ■ (( - Os)/ crf0)+Offi / ￡Jr0
其中，Ok1表示起始時間為&時的應力，I表示時間無窮大時的應力，e為自然對數的底，為2.71828。T越大，Z7值越小，流平性越差。@拉伸特性
在圖I中添加光學附件即可測定漿料的拉伸特性，如圖7所示，I為夾具，6為計算機，10為料杯，11為高速CXD攝像機，12為漿料細絲，13為光源。水平放置的平行板夾具I垂直運動可測試體系拉伸性能。測試過程中，控制升降臺9，通過高速CCD攝像機11記錄漿料細絲12直徑隨時間的變化，經過計算機控制軟體處理分析，數據轉換可得到漿料拉伸粘度隨拉伸速率的變化關係。
凝膠化反應時間
將夾具改變為探針，每隔一段時間對探針施加一定頻率的振動，通過檢測器記錄探針的受力隨時間變化過程，即可得到固化體系的凝膠化反應時間。
權利要求
1.一種推進劑藥漿加工特性簡易測定儀，其特徵在於包括支架、料杯、夾具、檢測系統； 所述檢測系統包括 一個接收力傳感器、溫度控制器、馬達控制器所採集的電信號，由微處理器控制，將所採集的電信號通過多路採樣開關、經過模擬信號放大器放大後、再經A/D轉換得到數位訊號，將數位訊號通過數據存儲介質進行存儲、並將數位訊號通過USB數據線反饋到計算機的數據採集系統； 一個將接收數據採集系統的數位訊號通過軟體實時記錄並按照設定公式進行數據處理，按設定輸出格式在電腦中顯示和記錄的計算機； 一個接收計算機所發出的控制指令控制步進馬達運轉、測量步進馬達實際轉速，並將 所測步進馬達實際轉速實時傳輸到數據採集系統的馬達控制器； 一個接收計算機所發出的控制指令調節恆溫槽內介質溫度、測量恆溫槽內實際溫度，並將所測恆溫槽內實際溫度實時傳輸到數據採集系統的溫度控制器； 一個將所測量力電壓信號實時傳輸到數據採集系統的力傳感器； 一個向計算機、步進馬達、溫度控制器和數據採集系統供電的電源模塊； 所述支架上設有升降臺；恆溫槽設置於升降臺上；料杯放置於恆溫槽中；所述力傳感器、數據採集系統組成檢測器；檢測器與用於蘸取料杯內藥漿以便檢測的夾具相連；所述夾具與檢測器為剛性連接；步進馬達、與步進馬達相連的馬達控制器組成用於驅動控制升降臺的傳動控制系統。
2.根據權利要求I所述的推進劑藥漿加工特性簡易測定儀，其特徵在於所述夾具為一個以上帶有刻槽的平板或圓筒或板狀組合。
3.根據權利要求I所述的推進劑藥漿加工特性簡易測定儀，其特徵在於所述夾具為一個以上帶有孔洞的平板或圓筒或板狀組合。
4.根據權利要求I所述的推進劑藥漿加工特性簡易測定儀，其特徵在於所述夾具為表面平滑無孔的平板或圓筒。
5.根據權利要求I所述的推進劑藥漿加工特性簡易測定儀，其特徵在於所述夾具為探針。
全文摘要
一種推進劑藥漿加工特性簡易測定儀，其檢測系統包括一個數據採集系統；計算機；一個馬達控制器；一個調節恆溫槽內介質溫度、測量實際溫度並將其實時傳輸的溫度控制器；一個力傳感器；支架上設有升降臺；恆溫槽設置於升降臺上；料杯放置於恆溫槽中；所述力傳感器、數據採集系統組成檢測器；檢測器與用於蘸取料杯內藥漿以便檢測的夾具相連；所述夾具與檢測器為剛性連接；步進馬達、與步進馬達相連的馬達控制器組成用於驅動控制升降臺的傳動控制系統。它採用在可控溫度下通過設定測試夾具以可控速度從漿料中升降時受力的變化過程，得到漿料的一系列加工特性，以及在進行固化體系的凝膠化反應時間測定,具有測試功能強、操作簡捷、攜帶方便的優點。
文檔編號G01N11/16GK102735588SQ201110432759
公開日2012年10月17日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者許元澤, 鄭劍, 郭翔, 郭營 申請人:湖北航天化學技術研究所