專利名稱：場致流變體粘度和剛度的一種測試裝置的制作方法
技術(shù)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(shù)變化的儀器。特別適用于粘度50Pa·s～500Pa·s的各類液體及彈性模量小于1GPa的固體粘度的測量。
背景技術(shù)：
當前在流變特性測量中，最常用的是旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的原理，測量在預置速率下物質(zhì)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(jù)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，人們希望它應盡可能的減少對電(磁)場的影響。對于流變體運動粘度的測定，當前一般采用該種方法在某一恒定溫度下，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(shù)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，需要在恒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(nèi)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、測試桿、由絕緣材料制成的測試頭、激振器，測試桿豎向布置在架體上，測試桿上端通過彈性元件與架體連接，測試桿下端連接測試頭；激振器固接在架體上，激振器橫向作用于測試桿，在彈性元件上粘貼由應變片構(gòu)成的電橋電路，電橋電路的信號輸出線與動態(tài)應變儀連接，動態(tài)應變儀的輸出端連接在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上；所述激振器連接在音頻掃描信號發(fā)生器的輸出端，該音頻掃描信號發(fā)生器的輸出端還與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。
本實用新型原理是在測試桿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(gòu)成電橋電路，彈性元件和應變片電橋電路結(jié)合形成角位移傳感器。當測試桿在激振器的作用下，產(chǎn)生橫向擺振，使彈性元件產(chǎn)生一定的形變，從而得到了測試桿的角位移信號。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桿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(shù)值。實際測試時，在定頻激振狀態(tài)下，能得到某一場強下測試桿擺振系統(tǒng)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(xiàn)粘度的測試。在掃頻激振狀態(tài)下，能得到不同場強下的幅頻特性曲線，系統(tǒng)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(xiàn)剛度的測定。
測試時，將測試頭浸入于被測物質(zhì)中，通過音頻掃描信號發(fā)生器向激振器輸入一定的激振電壓，測試桿在激振器的激勵下產(chǎn)生振動從而帶動彈性元件發(fā)生形變，并通過電阻應變片將彈性元件的應變值轉(zhuǎn)化成電信號輸出。由二次儀器對信號加以放大和處理并予以顯示，從而可以得到不同粘度與剛度對應的不同響應數(shù)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(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栍枰詼y試，反應靈敏，瞬時響應好，能夠?qū)λ矔r從液態(tài)到固態(tài)轉(zhuǎn)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(shù)的連續(xù)性變化情況。另外，由于勻強電場或磁場區(qū)域很小，被測流變體試劑也要求盡可能節(jié)省，而傳統(tǒng)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。
本實用新型采用絕緣材料制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，易于勻強電場的實現(xiàn)，且被測液體較少，無需大規(guī)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測試頭用絕緣材料制成，受場的影響較?。虎谒铚y試空間小，易于勻強電場的實現(xiàn)；③被測液體較少，無需大規(guī)模液體的流動，測試過程簡單，受溫度等外界因素影響較?。虎苡糜嬎銠C進行數(shù)據(jù)采集，避免了人為讀數(shù)產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)誤差。
另，測試桿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(fā)出的振動方向平行。目的是提供測桿的恢復力矩，調(diào)整測試桿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(jié)構(gòu)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、測試桿3、由絕緣材料制成的測試頭2、激振器4組成。
測試桿3豎向布置在架體1上，測試桿3上端通過彈性元件5與架體1連接，測試桿3下端連接測試頭2，測試桿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相對于螺旋彈簧6與測試桿3上端之間的測試桿3上。激振器4發(fā)出的振動方向與螺旋彈簧6的軸向平行。
在彈性元件5上粘貼應變片并構(gòu)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(tài)應變儀8連接，動態(tài)應變儀8的輸出端連接在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9上。激振器4的信號輸入端連接在音頻掃描信號發(fā)生器10上，音頻掃描信號發(fā)生器10的輸出端還與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9連接。
音頻掃描信號發(fā)生器10產(chǎn)生激振信號，激振信號輸入激振器4，測試桿3在激振器4的作用下，產(chǎn)生橫向振動，從而使彈性元件5產(chǎn)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(zhuǎn)換成電信號，由角位移傳感器5傳輸?shù)絼討B(tài)應變儀8上，再輸入計算機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9，經(jīng)過計算機分析，可以得到被測流變體的數(shù)據(jù)。
在設計中，采用了ANSYS有限元程序?qū)y試桿彈性變形、固有頻率和振型進行了計算和分析，由此造成的對測試數(shù)據(jù)的影響進行了分析和評估。并采用粘彈性計算模塊，分析測試頭部分與流變體作用情況，對于測試頭形狀、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桿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(chǎn)生相應變化，使得測試桿系統(tǒng)的固有頻率、振幅也隨之變化。采用定頻和掃頻激振，測試測試桿振動時的諧振放大因子和幅頻特性曲線，可得到該狀態(tài)下流變體的粘度和剛度數(shù)值，這一方法可實現(xiàn)流變體在場強作用下由液相到固相的連續(xù)變化過程中粘度和剛度等參數(shù)的準確測定。本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，反應靈敏，瞬時響應好。另外，可采用接觸或非接觸式激振器，并可選用不同形狀和尺寸的測頭，增加了裝置的適用范圍。由于角位移傳感器位置遠離施加的電(磁)場，并加上屏蔽裝置，大大加強了本實用新型的抗干擾能力。由于本實用新型的測試頭較小，所需測試材料和測試空間小，更適于施加均勻電場或磁場。除了電場或磁場外，本實用新型也適用于測試粘度與剛度隨溫度、時間等其它變量變化的流變體。
權(quán)利要求1.場致流變體粘度和剛度的一種測試裝置，其特征在于包括架體、彈性元件、測試桿、由絕緣材料制成的測試頭、激振器，測試桿豎向布置在架體上，測試桿上端通過彈性元件與架體連接，測試桿下端連接測試頭；激振器固接在架體上，激振器橫向作用于測試桿，在彈性元件上粘貼由應變片并構(gòu)成電橋電路，電橋電路的信號輸出線與動態(tài)應變儀連接，動態(tài)應變儀的輸出端連接在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上；所述激振器連接在音頻掃描信號發(fā)生器的輸出端，該音頻掃描信號發(fā)生器的輸出端還與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述場致流變體粘度和剛度的一種測試裝置，其特征在于測試桿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(fā)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。測試桿豎向布置在架體上，測試桿上端通過彈性元件與架體連接，測試桿下端連接測試頭，激振器固接在架體上，激振器橫向施力于測試桿；在彈性元件上粘貼應變片并構(gòu)成電橋電路，電橋電路的信號輸出線與動態(tài)應變儀連接，動態(tài)應變儀的輸出端連接在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上；激振器連接在音頻掃描信號發(fā)生器的輸出端，該音頻掃描信號發(fā)生器的輸出端還與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。本實用新型受場的影響較小，所需測試空間小，易于勻強電(磁)場的實現(xiàn)，且被測液體較少，無需大規(guī)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(yōu)先權(quán)日2006年5月17日
發(fā)明者高建和, 方開榮, 徐偉, 張明 申請人:揚州大學