場致流變體粘度和剛度的一種測試裝置的製作方法
2023-05-03 16:10:26
專利名稱：場致流變體粘度和剛度的一種測試裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種能有效測試流變體在場強作用下粘度、剛度等參數變化的儀器。特別適用於粘度50Pa·s～500Pa·s的各類液體及彈性模量小於1GPa的固體粘度的測量。
背景技術：
當前在流變特性測量中，最常用的是旋轉粘度計。其基本原理是運用浸潤在樣品中的圓桶或軸的旋轉的原理，測量在預置速率下物質的阻力，測出的阻力或扭矩就是流動粘度，阻力越大，則粘度越大，根據軸的速率和扭矩測試粘度，以Pa·s或mPa·s直接讀取。但此種方法需要較大的測試空間，如果測試電(磁)場對流變體的效應，需要施加很大電場或磁場，而且難以獲得均勻的場強。另外，浸入流變體中的測頭對電(磁)場的影響很大，人們希望它應儘可能的減少對電(磁)場的影響。對於流變體運動粘度的測定，當前一般採用該種方法在某一恆定溫度下，測定一定體積的液體在重力作用下流過一個標定好的玻璃毛細管粘度計的時間，粘度計的毛細管常數與流動時間的乘積，即為該溫度下被測液體的運動粘度。該溫度下運動粘度和同溫度下液體的密度之積為該溫度下液體的動力粘度。該方法的測試對溫度場的要求較高，需要在恆定的溫度下進行測試，該方法也需要較多的被測液體。
實用新型內容本實用新型目的是設計一種方便測試的場致流變體粘度和剛度的一種測試裝置。
本實用新型包括架體、彈性元件、測試杆、由絕緣材料製成的測試頭、激振器，測試杆豎向布置在架體上，測試杆上端通過彈性元件與架體連接，測試杆下端連接測試頭；激振器固接在架體上，激振器橫向作用於測試杆，在彈性元件上粘貼由應變片構成的電橋電路，電橋電路的信號輸出線與動態應變儀連接，動態應變儀的輸出端連接在數據採集系統上；所述激振器連接在音頻掃描信號發生器的輸出端，該音頻掃描信號發生器的輸出端還與數據採集系統連接。
本實用新型原理是在測試杆端部連接一個彈性元件，在彈性元件上面粘貼電阻應變片，將應變片構成電橋電路，彈性元件和應變片電橋電路結合形成角位移傳感器。當測試杆在激振器的作用下，產生橫向擺振，使彈性元件產生一定的形變，從而得到了測試杆的角位移信號。流變體從液相到固相的變化過程當粘度和剛度的變化導致測試杆微幅擺振的振幅變化，測試不同場強下的測的幅頻曲線，便可測試流變體在該場強下的的粘度和剛度數值。實際測試時，在定頻激振狀態下，能得到某一場強下測試杆擺振系統的諧振放大因子β，對應著不同場強的流變體有著不同的諧振放大因子β，通過對測試裝置的標定，便可實現粘度的測試。在掃頻激振狀態下，能得到不同場強下的幅頻特性曲線，系統固有頻率的改變對應得到Δωn，通過對測試裝置的標定，便可實現剛度的測定。
測試時，將測試頭浸入於被測物質中，通過音頻掃描信號發生器向激振器輸入一定的激振電壓，測試杆在激振器的激勵下產生振動從而帶動彈性元件發生形變，並通過電阻應變片將彈性元件的應變值轉化成電信號輸出。由二次儀器對信號加以放大和處理並予以顯示，從而可以得到不同粘度與剛度對應的不同響應數值。
本實用新型能將電(磁)流變體在不同電(磁)場強度作用下粘度(剛度)變化實時轉變為電信號予以測試，反應靈敏，瞬時響應好，能夠對瞬時從液態到固態轉變的流變體的性能予以測定，能測量到電(磁)流變體在不同電(磁)場強度作用下粘度(剛度)等參數的連續性變化情況。另外，由於勻強電場或磁場區域很小，被測流變體試劑也要求儘可能節省，而傳統的粘度計已不能適應電流變體的性能測試，這是設計本裝置的目的。
本實用新型採用絕緣材料製成的測試頭在流變體中的振動來獲得相應的信號，本實用新型之測試裝置受場的影響較小，所需測試空間小，易於勻強電場的實現，且被測液體較少，無需大規模液體的流動，測試過程簡單，受溫度等外界因素影響較小。
特點是①測試頭用絕緣材料製成，受場的影響較小；②所需測試空間小，易於勻強電場的實現；③被測液體較少，無需大規模液體的流動，測試過程簡單，受溫度等外界因素影響較小；④用計算機進行數據採集，避免了人為讀數產生的實驗數據誤差。
另，測試杆的中部通過螺旋彈簧與架體連接，所述螺旋彈簧橫向布置，螺旋彈簧的軸向與激振器發出的振動方向平行。目的是提供測杆的恢復力矩，調整測試杆的擺振的固有頻率和測試的靈敏度。
圖1為本實用新型的一種結構示意圖。
圖2為本實用新型的工作原理圖。
具體實施方式
如圖1、2所示，本實用新型主要由架體1、彈性元件5、測試杆3、由絕緣材料製成的測試頭2、激振器4組成。
測試杆3豎向布置在架體1上，測試杆3上端通過彈性元件5與架體1連接，測試杆3下端連接測試頭2，測試杆3的中部通過螺旋彈簧6與架體1連接，螺旋彈簧6橫向布置。
激振器4固接在架體1上，激振器4具有橫向作用的觸頭4-1，觸頭4-1相對於螺旋彈簧6與測試杆3上端之間的測試杆3上。激振器4發出的振動方向與螺旋彈簧6的軸向平行。
在彈性元件5上粘貼應變片並構成電橋電路7，彈性元件5和電橋電路7作為為角位移傳感器，電橋電路7的信號輸出線與動態應變儀8連接，動態應變儀8的輸出端連接在數據採集系統9上。激振器4的信號輸入端連接在音頻掃描信號發生器10上，音頻掃描信號發生器10的輸出端還與數據採集系統9連接。
音頻掃描信號發生器10產生激振信號，激振信號輸入激振器4，測試杆3在激振器4的作用下，產生橫向振動，從而使彈性元件5產生一定的形變。在彈性元件5上的電阻應變片7把彈性形變的角位移大小轉換成電信號，由角位移傳感器5傳輸到動態應變儀8上，再輸入計算機的數據採集系統9，經過計算機分析，可以得到被測流變體的數據。
在設計中，採用了ANSYS有限元程序對測試杆彈性變形、固有頻率和振型進行了計算和分析，由此造成的對測試數據的影響進行了分析和評估。並採用粘彈性計算模塊，分析測試頭部分與流變體作用情況，對於測試頭形狀、流變體粘度剛度及振動的頻率、振幅等進行了綜合分析，找到較佳的匹配情況。
本實用新型利用測試杆3在激振力的作用下做微幅擺振，當場強改變，流變體的粘度和剛度產生相應變化，使得測試杆系統的固有頻率、振幅也隨之變化。採用定頻和掃頻激振，測試測試杆振動時的諧振放大因子和幅頻特性曲線，可得到該狀態下流變體的粘度和剛度數值，這一方法可實現流變體在場強作用下由液相到固相的連續變化過程中粘度和剛度等參數的準確測定。本實用新型結構緊湊，反應靈敏，瞬時響應好。另外，可採用接觸或非接觸式激振器，並可選用不同形狀和尺寸的測頭，增加了裝置的適用範圍。由於角位移傳感器位置遠離施加的電(磁)場，並加上屏蔽裝置，大大加強了本實用新型的抗幹擾能力。由於本實用新型的測試頭較小，所需測試材料和測試空間小，更適於施加均勻電場或磁場。除了電場或磁場外，本實用新型也適用於測試粘度與剛度隨溫度、時間等其它變量變化的流變體。
權利要求1.場致流變體粘度和剛度的一種測試裝置，其特徵在於包括架體、彈性元件、測試杆、由絕緣材料製成的測試頭、激振器，測試杆豎向布置在架體上，測試杆上端通過彈性元件與架體連接，測試杆下端連接測試頭；激振器固接在架體上，激振器橫向作用於測試杆，在彈性元件上粘貼由應變片並構成電橋電路，電橋電路的信號輸出線與動態應變儀連接，動態應變儀的輸出端連接在數據採集系統上；所述激振器連接在音頻掃描信號發生器的輸出端，該音頻掃描信號發生器的輸出端還與數據採集系統連接。
2.根據權利要求1所述場致流變體粘度和剛度的一種測試裝置，其特徵在於測試杆的中部通過螺旋彈簧與架體連接，所述螺旋彈簧橫向布置，螺旋彈簧的軸向與激振器發出的震蕩方向平行。
專利摘要本實用新型涉及一種場致流變體粘度和剛度的測試裝置。測試杆豎向布置在架體上，測試杆上端通過彈性元件與架體連接，測試杆下端連接測試頭，激振器固接在架體上，激振器橫向施力於測試杆；在彈性元件上粘貼應變片並構成電橋電路，電橋電路的信號輸出線與動態應變儀連接，動態應變儀的輸出端連接在數據採集系統上；激振器連接在音頻掃描信號發生器的輸出端，該音頻掃描信號發生器的輸出端還與數據採集系統連接。本實用新型受場的影響較小，所需測試空間小，易於勻強電(磁)場的實現，且被測液體較少，無需大規模液體的流動，測試過程簡單，受溫度等外界因素影響較小。
文檔編號G01N3/32GK2898812SQ20062007166
公開日2007年5月9日 申請日期2006年5月17日 優先權日2006年5月17日
發明者高建和, 方開榮, 徐偉, 張明 申請人:揚州大學