專利名稱：自動粘度測定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種粘度測定儀，特別是一種由水槽、水溫自動控制系統(tǒng)、攪拌器、電磁閥和吸引器及置于水槽中的粘度管組成的試樣流路、光電液位檢測系統(tǒng)、微機(jī)自動控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、測試結(jié)果輸出裝置、操作鍵等所構(gòu)成的用于測定高分子聚合物粘度的自動粘度測定儀。
在石油化工、化纖、紡織染整行業(yè)中，高聚物的粘度值是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。粘度值的物理概念是將被測高聚物溶解在指定的溶劑中形成溶液，在指定的恒定溫度和大氣壓力下，分別測定同等體積溶液和空白溶劑在指定規(guī)格的毛細(xì)粘度管中流過一段距離所需的時(shí)間，通過公式計(jì)算求得粘度值。
目前，國內(nèi)普通采用由恒溫水槽、電熱器、溫度傳感器、溫度計(jì)、粘度管、試樣瓶等所構(gòu)成的簡易裝置測定高聚物的粘度值。測試過程全部由人工操作，時(shí)間記錄靠人眼觀察手動秒表計(jì)時(shí)，測試結(jié)果再由人工計(jì)算得出粘度值。此裝置的主要缺點(diǎn)是操作復(fù)雜、人為誤差大、效率和精度都很低。國際上，較為先進(jìn)的自動粘度儀是日本大和科學(xué)株式會社生產(chǎn)的全自動粘度測定儀。它主要由恒溫水槽及水溫自動控制系統(tǒng)、攪拌器、真空泵和電磁閥及置于水槽中的粘度管組成的試樣流路、光電液位檢測系統(tǒng)、微機(jī)自動控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、操作鍵盤、打印機(jī)等所構(gòu)成。其檢測系統(tǒng)中，對應(yīng)于每個(gè)粘度管有三對光敏三級管和發(fā)光二級管組成的三個(gè)光電液位檢測器、固定在粘度管不同高度位置上。最上面的稱為異常檢測器，中間的為上限檢測器，下面的為下限檢測器，測試時(shí)，由微機(jī)控制，通過真空泵以及電磁閥的動作，把試樣從恒溫水槽下面的試樣瓶中吸入粘度管中。上限檢測器一旦測出液面通過，該粘度管的抽吸就停止。吸入的試樣原封不動，保持到與水溫相等，這段時(shí)間由“等候”定時(shí)器決定。經(jīng)過一定時(shí)間后，試樣自動落下，其液面通過上限位檢測器的這一瞬，定時(shí)器就動作，開始計(jì)算時(shí)間，接著，液面一通過下限位檢測器，定時(shí)器停止計(jì)時(shí)。該信號經(jīng)過微機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理后打印出測試結(jié)果。其水槽內(nèi)水溫是由溫度控制系統(tǒng)控制的，該系統(tǒng)中有置于水槽中的電熱器和冷卻水管，并配有制備冷卻水的冷凍機(jī)。該儀器的主要缺點(diǎn)是①采用光敏三級管和發(fā)光二級管作為直接感測元件組成液位檢測器處于水槽內(nèi)水中，因此，元件密封條件要求高、易損壞、可靠性差，由于光敏三級管的感光面較大，測試精度較低；②由于水槽內(nèi)測試水溫一般略高于室溫，通常極少要求大幅度冷卻，既便要制冷，制冷量也很小，因此，該機(jī)配備龐大的冷凍機(jī)制冷系統(tǒng)占用面積大，不實(shí)用；③該機(jī)采用了有形定時(shí)裝置定時(shí)、計(jì)時(shí)，精度較低、且增加了成本；④為將試樣殘液從粘度管中排出，該機(jī)專門增設(shè)了一套氮?dú)饧訅簹庠?，使儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本提高；⑤微機(jī)接口電路采用了眾多的放大電路，儀器抗干擾能力較弱。⑥整機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴、安裝、操作不便，測試精度低、可靠性差。
本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種自動粘度測定儀，其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，安裝、操作方便、測試精度較高、性能穩(wěn)定可靠、造價(jià)較低、自動化程度高。
本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)的采用水槽、水溫自動控制系統(tǒng)、攪拌器、由電磁閥和吸引器及置于水槽中的粘度管形成的試樣流路、光電液位檢測系統(tǒng)、微機(jī)自動控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、測試結(jié)果輸出裝置、操作鍵等構(gòu)成的自動度粘度測定儀。其光電液位檢測系統(tǒng)中的發(fā)光元件和光電接收元件置于水槽之外，這樣可免受水的侵蝕，每個(gè)光電檢測器由一對防水性能好的光導(dǎo)纖維分別與其發(fā)光元件和光電接收元件連接，光導(dǎo)纖維的另一端為光纖測頭，光纖測頭置于水槽中，固定在光纖架上，并使每對光纖測頭對稱于粘度管需檢測位置的兩側(cè)。
本實(shí)用新型進(jìn)一步的技術(shù)措施是在上述光電液位檢測系統(tǒng)中，每個(gè)粘度管配有一根垂直于水槽液面用于安裝光纖架的光纖架調(diào)節(jié)螺桿。光纖架為U形結(jié)構(gòu)，光纖架U形結(jié)構(gòu)底部有一通孔可活套在光纖架調(diào)節(jié)螺桿上，通過調(diào)節(jié)螺桿上的調(diào)節(jié)螺母可調(diào)節(jié)光纖架的上下位置。光纖架裝在調(diào)節(jié)螺桿上時(shí)，其U形結(jié)構(gòu)的兩臂處于同一水平面內(nèi)，每個(gè)臂上各有一光纖測頭安裝孔，每個(gè)光纖測頭配備的緊固螺母可將光纖測頭安裝在光纖架上的光纖測頭安裝孔內(nèi)，并可調(diào)節(jié)兩光纖測頭間的距離。光纖架U形結(jié)構(gòu)的一臂為活動臂，通過調(diào)節(jié)活動臂可將兩光纖測頭對正。
本實(shí)用新型中由微機(jī)控制的試樣流路是采用了一臺吸引器、兩個(gè)總電磁閥、粘度管及每個(gè)粘度管各配四個(gè)電磁閥所形成的，其連接方式是一臺吸引器與一總吸樣電磁閥連結(jié)，總吸樣電磁閥與一有一端與大氣連通的總通氣電磁閥的另一端連接；每個(gè)粘度管的試樣管上口與一上吸樣電磁閥連接，上吸樣閥的另一端與總通氣電磁閥和總吸樣電磁閥連接，每個(gè)粘度管的下管口與一下吸樣電磁閥和一排樣電磁閥連接，下吸樣電磁閥的另一端與下面的試樣瓶連通，排樣電磁閥的另一端與總吸樣電磁閥連接；粘度管空氣管上口與一通氣電磁閥連接，通氣電磁閥的另一端與總通氣電磁閥連接。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述

圖1為本實(shí)用新型的測試部分原理示意圖2為本實(shí)用新型的光纖架裝配圖；圖3為本實(shí)用新型圖2所示光纖架及其光纖測頭和緊固螺帽的A－A剖面圖；圖4為本實(shí)用新型微機(jī)自動控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及外圍電路框圖；圖5為本實(shí)用新型的水槽內(nèi)各部件的布局俯視示意圖；圖6為本實(shí)用新型的外型示意圖。
參照圖1，本實(shí)用新型提供的自動粘度測定儀，粘度管(5)的數(shù)量可根據(jù)需要確定，每個(gè)粘度管(5)是否工作，可由操作面板上對應(yīng)的工作狀態(tài)設(shè)定鍵(31)設(shè)定。圖1是以兩個(gè)粘度管(5)為例。粘度管(5)垂直安裝在水槽(12)內(nèi)，水位高于C點(diǎn)，水槽(12)內(nèi)還裝有U形電熱器(8)［電熱器(8)是不同功率的幾個(gè)電熱器的組合］、蛇形冷卻管(4)或半導(dǎo)體致冷器(10)、攪拌器(9)、溫度傳感器(11)，C、A、B為光電液位檢測位置。電磁閥(2、3、6、7、13、14)和吸引器(1)及粘度管(5)形成試樣流路。測試過程如下在儀器的操作面板上置入溶劑測定次數(shù)、溶液測定次數(shù)、等待時(shí)間及每個(gè)粘度管(5)的工作狀態(tài)。將制備好的溶劑和溶液注入試樣瓶(15)中。首先，由微機(jī)自動控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(24)發(fā)出信號使電磁閥(14、7、3)打開，并使吸引器(1)工作，此時(shí)，試樣從試樣瓶(15)進(jìn)入粘度管(5)，當(dāng)試樣液位到達(dá)C點(diǎn)位置時(shí)，此位置的光纖架(18)上光纖測頭(22)發(fā)出的信號送入微機(jī)自動控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(24)后，該系統(tǒng)(24)即發(fā)出信號，停止吸引器(1)工作、關(guān)閉電磁閥(14、7、3)，同時(shí)啟動軟件開始計(jì)時(shí)，此時(shí)被測溶液停留在粘度管(5)中不動，當(dāng)所計(jì)的時(shí)間等于操作面板上置于的等待時(shí)間時(shí)，微機(jī)自動控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(24)發(fā)出信號打開電磁閥(2、6、7)，此時(shí)試樣從粘度管(5)中自然流下，其液面通過粘度管A、B位置，微機(jī)自動控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(24)通過接收光電液位檢測系統(tǒng)(29)中A、B位置處的光纖架(18)上光纖測頭(22)發(fā)出的信號，記錄下試樣液位從A流到B處所需的時(shí)間，并將其存貯在微機(jī)內(nèi)存單元中，然后發(fā)出信號關(guān)閉電磁閥(2、6、7)，打開電磁閥(13)并使吸引器(1)工作，此時(shí)殘液流入吸引器(1)中的殘液收集瓶中。重復(fù)上述測試過程，直至完成預(yù)定的測定次數(shù)為止，微機(jī)自動控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(24)將記錄存貯的數(shù)據(jù)按規(guī)定的公式計(jì)算后，由結(jié)果輸出裝置(32)(通常是顯示器或打印機(jī))輸出測定結(jié)果。由于采用微機(jī)系統(tǒng)中的軟件計(jì)時(shí)，提高了測試精度。
參照圖2、圖3，本實(shí)用新型提供的自動粘度測定儀光電液位檢測系統(tǒng)(29)中，采用了防水性能好的光導(dǎo)纖維作直接感測元件，光纖直徑很小(一般選用直徑小于0.5毫米的光纖)，對提高測試精度有利。一對光纖一端分別與發(fā)光二級管和光敏三級管連接，另一端安裝在特制的光纖測頭(22)上，一對光纖測頭(22)安裝在一光纖架(18)上，構(gòu)成一個(gè)液位檢測器，三個(gè)液位檢測器安裝在同一根光纖架調(diào)節(jié)螺桿(16)上。光纖架(18)為U形結(jié)構(gòu)，U形的底部有一通孔(20)可活套在光纖架調(diào)節(jié)螺桿(16)上，通過調(diào)節(jié)螺桿(16)上的螺母(17)可使光纖架(18)固定在需要的位置上，并使其U形結(jié)構(gòu)的兩臂處于同一水平面上，每個(gè)臂上各有一光纖測頭安裝孔(19)，光纖測頭(22)配備的緊固螺帽(23)可將其安裝在光纖測頭安裝孔(19)內(nèi)，通過光纖測頭緊固螺帽(23)內(nèi)的彈簧作用，可調(diào)節(jié)兩光纖測頭(22)間的距離。光纖架(18)U形結(jié)構(gòu)兩臂中的一臂為活動臂(21)，它是兩體結(jié)構(gòu)，活動臂(21)體上有一長孔，通過一螺絲與光纖架(18)連接并能使活動臂(21)可在臂長方向及臂長的垂直方向作微調(diào)，借此調(diào)節(jié)兩光纖測頭(22)的對準(zhǔn)程度。
參照圖4，本實(shí)用新型所提供的自動粘度測定儀，其微機(jī)自動控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(24)及外圍電路是由中央處理器CPU、程序存貯器ROM、數(shù)據(jù)存貯器RAM、兩個(gè)擴(kuò)展的輸入輸出口I／O、八位鎖存器、光電耦合器(25、28)、電流驅(qū)動器(26)、執(zhí)行元件(27)、面板操作鍵(31)、打印機(jī)(32)組成的，其主要功能是接收各輸入通道輸入的狀態(tài)，經(jīng)過判斷，發(fā)出相應(yīng)的信號驅(qū)動執(zhí)行元件(27)工作，其中光電耦合器(25)用作電子電路與電磁執(zhí)行器件間的電氣隔離，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。光電耦合器(28)除起到電氣隔離作用外，兼作光電液位檢測系統(tǒng)(29)與微機(jī)自動控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(24)之間的電平匹配之用。
本實(shí)用新型所提供的自動粘度測定儀的水溫自動控制系統(tǒng)是由溫度設(shè)定機(jī)構(gòu)、橋路網(wǎng)絡(luò)、傳感電路、A／D變換電路、數(shù)字顯示電路、比較放大電路及執(zhí)行電路組成的，當(dāng)傳感電路中溫度傳感器(11)的電阻值隨水槽(12)內(nèi)水溫變化而變化時(shí)，溫度信號由傳感器送入A／D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)A／D變換后由顯示器(30)顯示出當(dāng)時(shí)的溫度；另一方面溫度信號送至橋路網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生控溫信號，經(jīng)比較放大后控制執(zhí)行電路工作，當(dāng)溫度小于設(shè)定值時(shí)，放大器使電熱器(8)工作，當(dāng)溫度高于設(shè)定值一定量時(shí)，放大器使水槽(12)上的半導(dǎo)體制冷器(10)或水槽(12)內(nèi)循環(huán)冷卻管(4)等構(gòu)成的冷卻系統(tǒng)工作。
參照圖5，本實(shí)用新型所提供的自動粘度測定儀其電熱器(8)為U形結(jié)構(gòu)或螺旋結(jié)構(gòu)垂直安裝于水槽(12)后部中間位置，以保證水槽(12)上下各層水溫均勻，各粘度管(5)遠(yuǎn)離熱源和制冷部件置于水槽(12)前部，各粘度管(5)與溫度傳感器(11)位于以電熱器(8)為圓心的同一水平圓周上，以保持各粘度管(5)和溫度傳感器(11)與電熱器(8)的水平距離基本相等，使各粘度管(5)感受的溫度基本一致，攪拌器(9)位于水槽(12)的中央。
參照圖6，本實(shí)用新型所提供的自動粘度測定儀，其整機(jī)既可做成整體結(jié)構(gòu)(如圖6所示)，也可分為測試部分和控制部分的兩體結(jié)構(gòu)。為便于觀察測試過程，水槽(12)的前壁采用透明玻璃，稱為水槽(12)玻璃觀測面(33)，水槽(12)頂部裝有照明裝置。水槽(12)后部設(shè)有排水閥，頂蓋上有進(jìn)水口，工作時(shí)不用打開頂蓋便于自動加水、排水。為防止意外，在水槽(12)頂端靠近處設(shè)置了溢水口，以免損壞儀器及電器件。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比所具備的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1.結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、布局合理、安裝、操作方便，造價(jià)低。
2.測試精度高、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、可靠。
3.效率高、自動化程度高。
權(quán)利要求1.一種由水槽(12)、水溫自動控制系統(tǒng)、攪拌器(9)、電磁閥(2、3、6、7、13、14)和吸引器(1)及置于水槽(12)中的粘度管(5)形成的試樣流路、光電液位檢測系統(tǒng)(29)、微機(jī)自動控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(24)、測試結(jié)果輸出裝置(32)、操作鍵(31)等所構(gòu)成的自動粘度測定儀，其特征在于光電液位檢測系統(tǒng)(29)中的發(fā)光元件和光電接收元件置于水槽(12)之外，每個(gè)光電檢測器各由一對光導(dǎo)纖維分別連接發(fā)光元件和光電接收元件，光導(dǎo)纖維的另一端均置于水槽(12)中，固定在光纖架(18)上，使每對光纖測頭(22)對稱于粘度管(5)需檢測位置的兩側(cè)。
2.按照權(quán)利要求1所述的自動粘度測定儀，其特征在于光電液位檢測系統(tǒng)(29)中，每個(gè)粘度管各配有一根垂直于水槽(12)液面用于安裝光纖架(18)的光纖架調(diào)節(jié)螺桿(16)，光纖架(18)為U形結(jié)構(gòu)，光纖架(18)U形結(jié)構(gòu)的底部有一通孔(20)可活套在調(diào)節(jié)螺桿(16)上，通過調(diào)節(jié)螺桿(16)上的調(diào)節(jié)螺母(17)調(diào)節(jié)光纖架(18)的上下位置，光纖架(18)U形結(jié)構(gòu)的兩臂處于同一水平面內(nèi)，每個(gè)臂上各有一光纖測頭安裝孔(19)，每個(gè)光纖測頭(22)配備的緊固螺帽(23)可將其安裝在光纖測頭安裝孔(19)內(nèi)，并可調(diào)節(jié)兩光纖測頭(22)間的距離，光纖架(18)U形結(jié)構(gòu)兩臂中有一臂為可調(diào)整兩光纖測頭(22)對正的光纖架活動臂(21)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的自動粘度測定儀，其特征在于由微機(jī)控制的試樣流路中有一臺吸引器(1)與一電磁閥(3)連接，電磁閥(3)的另一端與一有一端與大氣相通的電磁閥(2)的另一端相接，每個(gè)粘度管(5)試樣管上口與一電磁閥(7)連接，電磁閥(7)的另一端與電磁閥(2)和電磁閥(3)連結(jié)，每個(gè)粘度管(5)下管口與一電磁閥(13)和另一電磁閥(14)連接，電磁閥(13)的另一端與吸引器(1)連接，電磁閥(14)的另一端與下面的試樣瓶(15)連通；每個(gè)粘度管(5)的空氣管上口與一電磁閥(6)相連，電磁閥(6)的另一端與電磁閥(2)相連。
4.按照權(quán)利要求3所述的自動粘度測定儀，其特征在于測定過程中所需要的時(shí)間間隔的確定和記錄，是由光電液位檢測系統(tǒng)(29)的輸出信號與微機(jī)自動控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(24)相連，并驅(qū)動微機(jī)自動控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(24)內(nèi)部程序開始或停止計(jì)時(shí)并將其存貯。
5.按照權(quán)利要求4所述的自動粘度測定儀，其特征在于由光電液位檢測系統(tǒng)(29)發(fā)出的開關(guān)量輸入信號與光電耦合器(28)相連，光電耦合器(28)的輸出端與微機(jī)自動控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(24)相連；由微機(jī)自動控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(24)發(fā)出的開關(guān)量輸出信號與另一光電耦合器(25)相連，光電耦合器(25)輸出端與電流驅(qū)動器(26)的輸入端相連，電流驅(qū)動器(26)的輸出端與直接控制各電磁閥(2、3、6、7、13、14)和吸引器(1)開關(guān)的執(zhí)行元件(27)相連。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的自動粘度測定儀，其特征在于水溫自動控制系統(tǒng)中的制冷執(zhí)行部件采用的半導(dǎo)體制冷器(10)安裝在水槽上。
7.按照權(quán)利要求5所述的自動粘度測定儀，其特征在于水溫自動控制系統(tǒng)中的制冷執(zhí)行部件采用的半導(dǎo)體制冷器(10)安裝在水槽上。
8.按照權(quán)利要求1或2所述的自動粘度測定儀，其特征在于水槽(12)內(nèi)各部件的布局是將電熱器(8)垂直安裝于水槽(12)后部的中間位置，各粘度管(5)、溫度傳感器(11)遠(yuǎn)離熱源和制冷部件置于水槽(12)前部，各粘度管(5)和溫度傳感器(11)與電熱器(8)的水平距離基本相等，攪拌器(9)位于水槽(12)中央。
9.按照權(quán)利要求7所述的自動粘度測定儀，其特征在于水槽(12)內(nèi)各部件的布局是將電熱器(8)垂直安裝于水槽(12)后部的中間位置，各粘度管(5)、溫度傳感器(11)遠(yuǎn)離熱源和制冷部件置于水槽(12)前部，各粘度管(5)和溫度傳感器(11)與電熱器(8)的水平距離基本相等，攪拌器(9)位于水槽(12)中央。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種由水槽(12)、水溫自動控制系統(tǒng)、攪拌器(9)、電磁閥(2、3、6、7、13、14)和吸引器(1)及粘度管(5)形成的試樣流路、光電液位檢測系統(tǒng)(29)、微機(jī)自動控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(24)、打印機(jī)(32)、操作鍵(31)等構(gòu)成的自動粘度測定儀。其特點(diǎn)是采用光纖作直接感測元件置于水槽(12)中粘度管(5)需檢測位置，光纖另一端與置于水槽(12)外的發(fā)光元件和光電接收元件連接，構(gòu)成液位檢測器。其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測試精度高、性能穩(wěn)定、可靠。
文檔編號G01N11/00GK2177237SQ9323093
公開日1994年9月14日 申請日期1993年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月8日
發(fā)明者孫建一, 王盼文, 董興存 申請人:山東省紡織科學(xué)研究所