專利名稱：一種測(cè)定非牛頓粘性流體流變特性的儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流體力學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種測(cè)定高溫非牛頓粘性熔體流變特性的儀器。
采用同軸旋轉(zhuǎn)體傳感系統(tǒng)的粘度計(jì)測(cè)定熔體的粘度。當(dāng)選定某一固定轉(zhuǎn)速時(shí)，可得該轉(zhuǎn)速下熔體的表觀粘度ηa，計(jì)算公式為ηa＝KΔMK-儀器常數(shù)；ΔM-測(cè)得的粘滯力矩之差。
RTW-04型熔體物性綜合測(cè)定儀是測(cè)定熔體物性參數(shù)的設(shè)備，主要用于測(cè)試高溫熔體的粘度、表面張力和密度。由于RTW-04型熔體物性綜合測(cè)定儀只能測(cè)定某一轉(zhuǎn)速(300rpm)下熔體的粘度，而不能測(cè)定粘度隨轉(zhuǎn)速的變化，因而不能獲得描述熔體的剪切速率(τ)與剪切應(yīng)力(D)的關(guān)系。
一種測(cè)定非牛頓粘性流體流變特性的儀器，由變壓器1、電腦控制系統(tǒng)2、冷卻水系統(tǒng)3、控制箱4、測(cè)桿5、石墨材質(zhì)保護(hù)管6、鉬測(cè)頭7、石墨坩堝8、鎢錸熱電偶9、高溫電阻爐10、氬氣罐11、傳感器17和電動(dòng)機(jī)18組成，其特征在于儀器增設(shè)了變頻調(diào)速電源12、多圈電位器13、數(shù)字測(cè)速儀14、穩(wěn)壓電源15、測(cè)速儀表控制箱16。
RTW-04型熔體物性綜合測(cè)定儀所配備電動(dòng)機(jī)的型號(hào)是55TDY300永磁低速同步電動(dòng)機(jī)。其單相電路接線方法只能獲得固定的轉(zhuǎn)速。改變電動(dòng)機(jī)的接線為三相接線，采用變頻調(diào)速電源12可獲得電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速功能，使電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍為0～600rpm。
電位器改用采用多圈電位器13提高了該儀表的調(diào)節(jié)精度。使用數(shù)字測(cè)速儀14可測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。采用全自動(dòng)穩(wěn)壓電源15，可穩(wěn)定整個(gè)電路的壓差。
本發(fā)明既可以測(cè)定粘性流體，也可以測(cè)定時(shí)間相關(guān)性流體。測(cè)定高溫條件下熔渣為牛頓流體，但加入一些氧化物后，有些熔渣成為非牛頓流體，但偏離牛頓流體的程度不大。在溫度較低時(shí)，熔渣的流動(dòng)性明顯變差，表現(xiàn)為非牛頓流體，有時(shí)偏離牛頓流體的程度會(huì)很大。本發(fā)明測(cè)量范圍寬，設(shè)備的利用效率高，能夠描述熔體的剪切速率(τ)與剪切應(yīng)力(D)的關(guān)系。
按不確定度的誤差分析法，測(cè)量的系統(tǒng)誤差可分為兩部分一類是隨機(jī)不確定度，如測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)油粘度時(shí)所得到的標(biāo)準(zhǔn)方差σ值；一類是系統(tǒng)不確定度，包括粘度計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)油的誤差、控溫設(shè)備的誤差、扭矩傳感器的誤差。表1給出了改進(jìn)的熔體物性測(cè)定儀在測(cè)量流變特性系統(tǒng)誤差分析情況。按照誤差傳遞的公式，系統(tǒng)的最大相對(duì)誤差為各個(gè)部分誤差的絕對(duì)值之和，其值為±5.67％。
表1測(cè)量系統(tǒng)各部分的誤差分析標(biāo)準(zhǔn)傳感器調(diào)速系液面位置偏心度K值的熔鹽測(cè)溫誤差來源油Hz 統(tǒng)Hzmm mm 隨機(jī)度 系統(tǒng)K絕對(duì)誤差 20 0.141 33相對(duì)誤差 0.00±0.20％ ±1.20％ ±0.50％ ±0.50％ ±3.92％ ±0.25％1.標(biāo)準(zhǔn)液、膠水、煉乳的流變特性的測(cè)定測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)液Gbw13608的粘度值三次平均值為0.5031Pa·s，相對(duì)誤差為+1.49％和-0.97％。測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)液Gbw13609的粘度值三次平均值為0.8119Pa·s，相對(duì)誤差為+1.00％和-0.79％。這是測(cè)量過程產(chǎn)生的誤差，取最大的值相對(duì)誤差為+1.49％和-0.97％。整個(gè)測(cè)量過程的總誤差應(yīng)該是各部分誤差與測(cè)量誤差之和，最大相對(duì)誤差為+7.16和-6.64％。
表2標(biāo)準(zhǔn)液的本構(gòu)方程

表3膠水的流變本構(gòu)方程(20.1℃)

由于膠水具有一定的粘度，加入的顆?？梢暂^長(zhǎng)時(shí)間懸浮在膠水中，很長(zhǎng)的時(shí)間后才能沉入底部。測(cè)定的流變特性是細(xì)顆粒懸浮在膠水中的情況。加入SiO2細(xì)顆粒后，膠水的表觀粘度較加入前有所增加?？梢?，流體中有細(xì)小的懸浮顆粒后，對(duì)其流變特性會(huì)產(chǎn)生影響。膠水中隨著水的含量增加，表觀粘度有所下降，對(duì)流變特性會(huì)產(chǎn)生影響。
煉乳是時(shí)間相關(guān)性的流體中的觸變性流體，即粘度隨剪切時(shí)間增加而逐漸下降。即隨剪切應(yīng)力增加而變稀。由于在測(cè)頭旋轉(zhuǎn)時(shí)，煉乳的結(jié)構(gòu)受到破壞，其粘度在8min左右后接近于定值。
2.高溫熔體(硼酸鈉、保護(hù)渣)的流變特性測(cè)定表4首鋼保護(hù)渣的化學(xué)成分

對(duì)于純的硼酸鹽在較高的溫度流體的特性為牛頓流體，在較低的溫度時(shí)為非牛頓流體中的假塑性流體，n偏離1較遠(yuǎn)。硼酸鈉中加入SiO2，在試驗(yàn)的條件下熔體為非牛頓流體。加入SiO2后熔體的熔點(diǎn)下降，表觀粘度也下降，在700℃時(shí)的平均值比在760℃不加入SiO2要高，而且n偏離牛頓流體的值也較小。
表5硼酸鈉熔體的流變本構(gòu)方程

保護(hù)渣在較高的溫度流體的特性為牛頓流體，在較低的溫度時(shí)為非牛頓流體中的假塑性流體，n偏離1較遠(yuǎn)。加入SiO2的后，熔渣中的酸性離子增加，復(fù)雜的離子團(tuán)增加，使得熔渣的粘度來源升高，但仍為牛頓流體。在加入SiO2后的熔渣中再加入15g的CaO，熔渣的流變特性發(fā)生了變化，熔體成為非牛頓流體，n的值是大于1，較牛頓流體有一定的偏離。
表6首鋼保護(hù)渣的本構(gòu)方程

權(quán)利要求
1.一種測(cè)定非牛頓粘性流體流變特性的儀器，由變壓器(1)、電腦控制系統(tǒng)(2)、冷卻水系統(tǒng)(3)、控制箱(4)、測(cè)桿(5)、石墨材質(zhì)保護(hù)管(6)、鉬測(cè)頭(7)、石墨坩堝(8)、鎢錸熱電偶(9)、高溫電阻爐(10)、氬氣罐(11)、傳感器(17)和電動(dòng)機(jī)(18)組成，其特征在于儀器增設(shè)了變頻調(diào)速電源(12)、多圈電位器(13)、數(shù)字測(cè)速儀(14)、穩(wěn)壓電源(15)、測(cè)速儀表控制箱(16)。
全文摘要
本發(fā)明屬于流體力學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種測(cè)定高溫非牛頓粘性熔體流變特性的儀器。儀器由變壓器1、電腦控制系統(tǒng)2、冷卻水系統(tǒng)3、控制箱4、測(cè)桿5、石墨材質(zhì)保護(hù)管6、鉬測(cè)頭7、石墨坩堝8、鎢錸熱電偶9、高溫電阻爐10、氬氣罐11、傳感器17和電動(dòng)機(jī)18組成，其特征在于儀器增設(shè)了變頻調(diào)速電源12、多圈電位器13、數(shù)字測(cè)速儀14、穩(wěn)壓電源15、測(cè)速儀表控制箱16。本儀器既可以測(cè)定粘性流體，也可以測(cè)定時(shí)間相關(guān)性流體。儀器測(cè)量范圍寬，設(shè)備的利用效率高，能夠描述熔體的剪切速率(τ)與剪切應(yīng)力(D)的關(guān)系。
文檔編號(hào)G01N11/00GK1450345SQ0312112
公開日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2003年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月27日
發(fā)明者吳鏗, 張二華, 趙勇, 孫國(guó)軍, 郜學(xué) 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)