感應式旋轉粘度計的製作方法

2023-07-05 03:40:21

專利名稱：感應式旋轉粘度計的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種粘度計，特別是一種採用感應式旋轉法測試血液粘度的粘度計。
現有粘度計，特別是血液粘度計，主要有毛細管式和旋轉式兩種，雖然其各有特點，但也各有難以克服的固有缺點，毛細管式粘度計的缺點是其測試後清洗困難，以致影響測試結果的重現性；旋轉式粘度計的缺點是工藝複雜，難以保證測試的精度要求。
傳統旋轉式粘度計的測量系統通常由旋轉驅動和力矩檢測兩部分所組成。它們分別位於相對運動的兩個旋轉體(同心圓筒或錐一板)的兩側。工作時驅動機構帶動動側旋轉體作等速旋轉，其驅動力矩通過存在於二旋轉體之間的粘性被檢測介質傳遞到靜側旋轉體上，並被安裝在那裡的力矩檢測裝置所檢測。
在上述傳統的系統結構中，為達到一定的整機精度，就要求驅動和測量部分同時達到相應的精度要求。從目前的技術水平來看，寬範圍高精度的速度調節系統的實現並不太困難，但力矩的測量相比之下要困難得多，整機的精度因此而受到影響，測試的精度和重現性自然也難於達到要求。
本實用新型的目的是提供一種感應式旋轉粘度計，其工藝簡單、精度和重現性都能滿足粘度測試的要求，特別是能滿足血液流變學測試血液粘度的各項要求。
本實用新型粘度計的技術方案與傳統旋轉式粘度計不同，即將傳統的給定轉速而測定力矩的方法改為給定力矩而測定轉速的方案。從系統實現的角度來看，轉速測量較力矩測量要容易得多，因此在新方案中整機精度將主要取決於力矩給定的精度，而在這方面感應式電度表的錶盤驅動提供了相當成功的經驗可以借鑑。
已知，感應式電度表包括兩個固定鐵心線圈和一個活動轉盤，當兩個線圈，即電流和電壓線圈通過交流電時，在轉盤上感應產生電磁力，從而產生轉動力矩Mp使電度表的轉盤轉動。在兩線圈之間設有一制動元件(磁鐵)，用以當轉盤旋轉時產生與轉盤轉動方向相反的力矩，即制動力矩Mr。當制動力矩Mr與轉動力矩Mp相平衡時，即Mr＝Mp時，電度表的轉盤就保持穩定的轉速不斷地旋轉。根據這一平衡條件，即可得出在一定時間內轉盤的轉數(或轉速)與電能之間的關係。
利用上述工作原理，將被測液體作為制動(阻尼)物質，代替電度表中的制動磁鐵，使對旋轉的轉盤產生制動(阻尼)作用，當達到平衡狀時，轉盤的轉速和所耗電能即反映了液體粘度的大小。
感應式旋轉粘度計的原理結構如

圖1、4所示，在旋轉的鋁盤上作用著兩個力矩，一個是電磁鐵產生的轉動力矩，一個是被測介質產生的制動力矩。轉動力矩由兩個電磁鐵產生，兩個電磁鐵線圈分別通以相位差為90°的正弦交流電流I1和I2時，兩線圈產生的交變磁通均穿過鋁盤在盤中產生相應的感應電流，這些感應電流與交變磁場相互作用而形成驅動力矩。記該力矩的平均分量(鋁盤的慣性使其只能響應驅動力矩的平均分量)為Mav，根據電工學原理可得Mav＝KI(1)其中I＝I1，K＝K′I2，而K′是一與磁路有關的結構常數。檢測時若控制I2恆定不變，則上式中的K就是常數。從而通過改變電流I就能方便地給定驅動力矩Mav。
在Mav的作用下鋁盤帶動轉筒(見圖4)轉動，由於被測介質的粘性阻力，轉筒將受到制動力矩Mc的作用，其大小與介質粘度和轉筒轉速成正比，穩定時，轉動力矩Mav與制動力矩Mc平衡，記轉筒轉速為N，則有Mav＝Mc(2－1)N＝1／T(2－2)其中T為鋁盤轉動周期，可利用一般轉速測定方法進行測量。
根據流體力學原理，被測介質的表觀粘度Mapp可由平衡時的轉動周期T和力矩Mav求得，以同心圓筒粘度計(如圖4)為例，其表觀粘度可表式為μapp＝ ((Rc2-Rb2))/(82LRc2Rb2) Mav·T＝Kv·Mav·T (3)其中Kv是一與同心圓筒幾何結構有關的儀器常數。
從原理上看，(3)中的Mav是給定量，而T是被測量，因此適合於給定切應力條件下的粘度測量。由於Mav直接受控於電流I(式1)，所以也很容易在計算機的控制下，通過調整Mav將周期T穩定於任意的給定值上，從而實現給定切變率條件下的粘度測量，而後者更符合臨床的實驗要求和慣例。
本實用新型感應式旋轉粘度計的結構包括旋轉驅動、粘度測試、控制檢測三個部分；旋轉驅動部分包括機架，以及裝設在其中的電流線圈、電壓線圈和一轉動部件；電流線圈和電壓線圈產生相互正交的交變磁通，以提供驅動力矩；所述轉動部件為一設置在兩線圈之間的鋁製圓盤，以及由該圓盤帶動的轉軸，該轉軸的下端裝配在設於前述機架的底部中心處的寶石軸承上；粘度測試部分裝設在旋轉驅動部分的機架上部，包括一開口向上的液槽(或血槽。以下統稱液槽)用以容裝被測液體(或血液。以下統稱液體)；一同軸地放置在該液槽內並與其相隔一定間隙的切液部件(或切血部件)，所述液槽和切液部件之一固裝在所述驅動部件的轉軸上，可被轉軸帶動而旋轉，另一件固定裝設在所述機架上，兩者可作相對旋轉運動；控制檢測及電路部分，包括在所述轉盤的周緣開有通孔，在與通孔相對應的位置上裝設有光耦測速器，輸出轉速信號；一控制檢測器，具有兩驅動單元，分別驅動電流和電壓線圈，兩驅動單元之一為設定電流可調，以提供不同的驅動力矩；還有一計算單元，接受上述轉速信號及驅動電流信號而進行計算從而輸出表示所測液體的粘度的信號本實用新型粘度計與現有其它形式的旋轉粘度計相比，具有如下優點1、結構簡單，成本低。
2、檢測頭易於清洗，測試重現性良好。
3、工藝性能好，重現性及測試精度容易保證。
以下結合附圖詳細說明本實用新型的具體實施例。
圖1是本實用新型粘度計粘度測試原理圖圖2是本實用新型粘度計一實施例的結構示意圖圖3是圖2所示本實用新型粘度計的另一種液槽結構示意圖圖4是本實用新型粘度計的另一實施例示意圖。
圖5是本實用新型粘度計的控制測試系統示意圖。
本實用新型感應式旋轉粘度計，如圖2所示，由旋轉驅動、粘度測試、控制檢測三個部分組成。
旋轉驅動部分的工作原理和結構與一般常用電度表相同，包括機架1，以及裝設在其中的電流線圈2、電壓線圈3和一轉動部件；兩線圈的鐵心可由矽鋼片疊合而成；所述轉動部件為一設置在兩線圈之間的鋁製圓盤4，以及由該圓盤4帶動的轉軸5，該轉軸5的下端裝配在設於前述機架1的底部中心處的寶石軸承6上，其上段具有一支承凸緣7，其上端為一頂尖8；粘度測試部分，如圖所示，裝設在旋轉驅動部分的機架1上部，包括一託蓋9，固定在機架1的頂部，前述轉動驅動部分的轉軸5的上段通過該託蓋9的中心孔向上伸出；一坐設在所述託蓋9上的液槽10，具有開口向上的環形槽11；一切液環13，呈倒置薄筒形，筒底部分放置在轉軸5的支承凸緣7上，可隨轉軸5的旋轉而轉動，其圓筒部分插入液槽10的環形槽11內，並與之保持一定間隙；所述液槽10和切液環13皆同心套設在轉軸5上；在液槽10和切液環13的外部罩套一定心罩14，其中心頂部裝有一壓母15，該壓母15下可旋轉地壓頂著所述轉軸5的頂尖8；本實用新型粘度計的液槽結構的進一步改進，如圖3所示，在液槽10的內壁上再套設一液槽套12，目的是使液槽深度加深且槽縫減小，這種結構比圖1所示的單一環形槽更易於加工和裝配，且清洗方便，從而達到較高的信噪比和均勻的切變率。
本實用新型粘度計的粘度測試部分的另一種結構形式，如圖4所示，液槽20製成開口向上的圓筒形狀，圓筒底裝連在轉軸25的頂端，轉軸25上固設有一圓形鋁盤24，故該圓筒狀液槽20可在鋁盤帶動下旋轉。在該圓筒狀液槽20內部，同軸但不相接觸地設置一切液內柱體23，該內柱體23上部吊裝固定在粘度計上部的機架上。在圓筒狀液槽20與內柱體23之間形成一環狀空間21，被測液體即存放在此空間中。
控制檢測及電路部分，如圖2、5所示，在所述轉盤4的周緣開有一個或多個通孔16，在與通孔16相對應的位置上裝設一光耦測速器17，光透過通孔16照射到光敏元件上，可產生光電信號，當轉盤4轉動時，即可測出表示轉盤4的轉動周期T(1／N)的光電脈衝信號。
轉盤4的旋轉周期的檢測，也可以採用反射式光耦或霍耳器件或其他現有測轉速的方法進行。
控制檢測系統，如圖5所示，包括一控制檢測器27，內部具有一計算單元28和電流驅動單元29、電壓驅動單元30，兩驅動單元29、30分別輸出電流給電流線圈2和電壓線圈3，兩驅動線圈29、30之中至少有一個為設定電流可調，以提供所需力矩；光耦測速器17輸出所測表示轉動周期T的信號，送至所述控制檢測器27；所述計算單元28接受上述表示驅動電流I3、I2和轉動周期T的信號，經過計算，轉換為粘度數據而輸出。
本實用新型由於採同了上述的新的技術方案和相應的新型結構，使得所述驅動力矩Mav和轉動周期T的給定和測量均易保持足夠的精度。影響整機精度的主要因素是承載鋁盤和轉筒轉軸的摩擦阻力。本實用新型粘度計採用儀表寶石軸承支承，在切變率大於5～10(S－1)和小於200(S－1)的範圍內可達到優於3％的滿量程精度，因而能夠很好地滿足臨床上血液流變學粘度測量的要求。
權利要求1.一種感應式旋轉粘度計，包括旋轉驅動、粘度測試、控制檢測三個部分；旋轉驅動部分包括機架，以及裝設在其中的電流線圈、電壓線圈和一轉動部件；所述轉動部件為一設置在兩線圈之間的鋁製圓盤，以及由該圓盤帶動的轉軸，該轉軸的下端裝配在設於前述機架的底部中心處的軸承上，粘度測試部分裝設在旋轉驅動部分的機架上部，包括一開口向上的液槽，用以容裝被測液體，一同軸地放置在該液槽內並與其相隔一定間隙的切液部件，所述液槽和切液部件之一固裝在所述驅動部件的轉軸上，可被轉軸帶動而旋轉，另一件固定裝設在所述機架上，兩者可作相對旋轉運動；控制檢測及電路部分，包括在所述轉盤的周緣開有通孔，在與通孔相對應的位置上裝設有光耦測速器，輸出轉速信號；具有兩路驅動單元，至少其中之一為驅動電流可調，以提供不同的驅動力矩。
2.如權利要求1所述的粘度計，其特徵在於所述驅動部分的轉軸的上端為一頂尖作為轉動支點，該轉軸上段具有一支承凸緣，以支承和帶動所述測試部分的切液部件旋轉； 一託蓋，固定在機架頂部，前述轉動驅動部分的轉軸的上段自該託蓋的中心向上伸出；一坐設在所述託蓋上的液槽，具有開口向上的環形槽；一呈倒置薄筒形的切液環作為測試部分的切液部件，該切液環的筒底部分倒置在轉軸的支承凸緣上，可隨轉軸的旋轉而轉動，其圓筒部分插入血槽的環形槽內，並與之保持一定間隙；所述液槽和切液環皆同心套設在轉軸上；在液槽和切液環的外部罩套一定心罩，其中心頂部有一壓母，該壓母下可旋轉地壓頂著所述轉軸的頂尖。
3.如權利要求2所述的粘度計，其特徵在於在所述液槽內壁上套設有一液槽套。
4.如權利要求1所述的粘度計，其特徵在於所述液槽為開口向上的圓筒狀槽體，其槽體底部固裝於驅動部分的轉軸頂端，所述切液部件為一圓柱狀內柱體，該柱體上部固定裝設在機架上。
專利摘要一種感應式旋轉粘度計，由旋轉驅動、粘度測試、控制檢測三部分組成，旋轉驅動部分與一般電度表相同，包括電流線圈、電壓線圈和轉盤；粘度測試部分包括液槽和倒置其中的切液部件，切液件由旋轉驅動部分的轉軸帶動，液槽中的被測液體對旋轉起制動作用，當運動平衡時，電流線圈的電流與液體的切應力成正比，轉盤轉動頻率與切變率成正比，從而得出液體粘度。儀器結構簡單，測試重現性好、精度高，特別適用於血液粘度的測量。
文檔編號G01N11/10GK2206958SQ9420636
公開日1995年9月6日 申請日期1994年3月22日 優先權日1994年1月17日
發明者陳生, 肖繼昌, 王順義 申請人:陳生