專利名稱：光電落球粘度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及溶液粘度測(cè)定裝置領(lǐng)域，是一種利用磁電、光電轉(zhuǎn)換原理設(shè)計(jì)的光電落球粘度計(jì)，該粘度計(jì)特別適用于測(cè)定聚合物及其共混物濃溶液的靜態(tài)粘度。
粘度，是許多工業(yè)生產(chǎn)中需要監(jiān)測(cè)的指標(biāo)之一。在高分子化工生產(chǎn)中，聚合物及其共混物濃溶液的粘度，通常采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)或落球粘度計(jì)來(lái)測(cè)定。旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)是利用聚合物溶液的剪切力矩與粘滯力矩平衡的原理來(lái)測(cè)定溶液粘度(見(jiàn)《粘度》，川田裕郎著，陳惠釗譯，計(jì)量出版社，1981年3月，P110～138)，是聚合物濃溶液粘度的主要測(cè)定裝置，具有測(cè)量精度較高，適用范圍較寬的特點(diǎn)。但是它只能測(cè)定聚合物的動(dòng)態(tài)粘度值，不能表征其靜態(tài)粘度；特別是對(duì)于某些特殊聚合物共混濃溶液粘度的測(cè)定，因其可能會(huì)破壞溶液的特殊共混狀態(tài)而不宜使用。在這種情況下，則只能采用落球粘度計(jì)(見(jiàn)《粘度》，川田裕郎著，陳惠釗譯，計(jì)量出版社，1981年3月，P78～109)來(lái)測(cè)定。與旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)相比，落球粘度計(jì)在測(cè)定時(shí)，其小球的下落對(duì)溶液的剪切力很小，能較客觀地反映大分子之間的纏結(jié)狀態(tài)，因而可獲得聚合物及其共混物濃溶液的靜態(tài)粘度值。這即為落球粘度計(jì)能有別于旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)而成為濃溶液粘度測(cè)定的另一種裝置之原因所在。但是傳統(tǒng)的落球粘度計(jì)，其粘度管是置于恒溫水浴缸內(nèi)進(jìn)行測(cè)定的，由于溶液與水的折射率差異，使小球下落不易觀察清楚，特別是對(duì)于不太透明的溶液，此問(wèn)題更加突出；加之小球下落不易調(diào)鉛直，測(cè)定時(shí)常受管壁影響；采用人工計(jì)時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)因人而異。由于以上種種偶然因素的影響，致使測(cè)量結(jié)果重復(fù)性不好，急需改進(jìn)。
本實(shí)用新型的任務(wù)是在傳統(tǒng)落球粘度計(jì)的測(cè)定原理及方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并提供一種能自動(dòng)測(cè)定，保證小球準(zhǔn)直下落的光電落球粘度計(jì)，以減少偶然誤差，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性、重復(fù)性。
本實(shí)用新型的任務(wù)是通過(guò)下述技術(shù)方案完成的。
本技術(shù)方案主要是在已有落球粘度計(jì)具有的粘度管、測(cè)量小球、恒溫浴、測(cè)量支架、夾持器的基礎(chǔ)上，增加一套自動(dòng)測(cè)量控制裝置。該裝置由電源、磁電轉(zhuǎn)換控制機(jī)構(gòu)、光電轉(zhuǎn)換檢測(cè)機(jī)構(gòu)、電子計(jì)時(shí)器構(gòu)成。其中磁電轉(zhuǎn)換控制機(jī)構(gòu)位于粘度管上方，通過(guò)電源與電子計(jì)時(shí)器并聯(lián)，光電轉(zhuǎn)換檢測(cè)機(jī)構(gòu)位于粘度管下刻度線處，通過(guò)電源與電子計(jì)時(shí)器并聯(lián)。
測(cè)量時(shí)，測(cè)量小球先被磁電轉(zhuǎn)換控制機(jī)構(gòu)因通電產(chǎn)生的磁力控制位于粘度管上方，當(dāng)磁電轉(zhuǎn)換控制機(jī)構(gòu)與電源斷開失去磁力時(shí)，測(cè)量小球落下，同時(shí)輸出一個(gè)電脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相連的電子計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。在測(cè)量小球持續(xù)沿粘度管中心軸線鉛直下落至下刻度線處，因測(cè)量小球遮光，光電轉(zhuǎn)換檢測(cè)機(jī)構(gòu)受光突然減弱，所產(chǎn)生的光電流驟然減小，即輸出一個(gè)光電脈沖信號(hào)給相連的電子計(jì)時(shí)器，驅(qū)動(dòng)其停止計(jì)時(shí)。此時(shí)，所獲得的數(shù)據(jù)就是測(cè)量小球在一定高度濃溶液中下落的時(shí)間t。利用該數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，便可求出該溶液的靜態(tài)粘度值。


圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系示意圖；圖2是磁電轉(zhuǎn)換控制機(jī)構(gòu)原理圖；圖3是光電轉(zhuǎn)換電路圖；圖4是本實(shí)用新型粘度管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是夾持器的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是夾具的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意以下結(jié)合附圖給出實(shí)施例并對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
由圖一可知，本實(shí)用新型主要包括粘度管(1)、測(cè)量小球(9)、恒溫浴(26)、測(cè)量支架(10)、夾持器(15)和一套控制測(cè)量裝置，其中控制測(cè)量裝置是由電源(33)、磁電轉(zhuǎn)換控制機(jī)構(gòu)、光電轉(zhuǎn)換檢測(cè)機(jī)構(gòu)和電子計(jì)時(shí)器(32)構(gòu)成。
磁電轉(zhuǎn)換控制機(jī)構(gòu)包括電磁鐵(27)、復(fù)合開關(guān)(29)。電磁鐵(27)一側(cè)有一固定臂(28)，電磁鐵(27)通過(guò)固定臂(28)與測(cè)量支架(10)相連而懸裝于粘度管(1)上方，并分別通過(guò)導(dǎo)線與電源(33)和復(fù)合開關(guān)(29)的一對(duì)常閉觸點(diǎn)(30)、(31)串聯(lián)，復(fù)合開關(guān)(29)的另一對(duì)常開觸點(diǎn)(44)、(45)則與電子計(jì)時(shí)器(32)并聯(lián)，電子計(jì)時(shí)器(32)兩端還并聯(lián)一個(gè)復(fù)位開關(guān)(42)，見(jiàn)圖1、2。本實(shí)施例的電磁鐵(27)采用交流電磁鐵，故所用電源(33)為交流電。
光電轉(zhuǎn)換檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括光源(34)、光電傳感器(35)、光電轉(zhuǎn)換電路(36)，見(jiàn)圖1。光源(34)、光電傳感器(35)由與測(cè)量支架(10)相連的夾持器(15)相對(duì)固定于粘度管(1)下刻度線(8)兩側(cè)。如果采用傳統(tǒng)粘度管(1)置于恒溫水浴(26)中測(cè)定，光源(34)及光電傳感器(35)應(yīng)分別用塑料外殼及防水膠進(jìn)行灌注密封處理，并直接固定于粘度管(1)上。本實(shí)施例由于對(duì)傳統(tǒng)的粘度管(1)進(jìn)行了改進(jìn)，不需置于恒溫水浴(26)中測(cè)定，故光源(34)和光電傳感器(35)不需作這種處理。由于光源(34)為低壓照明光源，因而與該光源(34)相連的電源(33)應(yīng)為變壓后的低壓電源。光電傳感器(35)串接于光電轉(zhuǎn)換電路(36)中。光電轉(zhuǎn)換電路(36)包括一個(gè)開關(guān)管(40)和一個(gè)起倒向作用的電子繼電器(37)，連接如圖3所示，其中電子繼電器(37)的(38)、(39)觸點(diǎn)為常開觸點(diǎn)，這一對(duì)常開觸點(diǎn)并聯(lián)于電子計(jì)時(shí)器(32)兩端。圖3所示的右半部份電路是光電轉(zhuǎn)換電路(36)的工作電源電路，即將變壓后的市電再經(jīng)橋式整流、電容C1、C2濾波和穩(wěn)壓器(41)穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換為可使用的低壓直流電。圖3電路中所用電子繼電器(37)為JRC系列微型電子繼電器，光電傳感器(35)為3DU光電三極管，開關(guān)管(40)為開關(guān)三極管，穩(wěn)壓器(41)為穩(wěn)壓集成塊。
為了減小測(cè)量裝置的體積和適應(yīng)磁電、光電自動(dòng)測(cè)量的需要，本實(shí)用新型所用的粘度管(1)結(jié)構(gòu)如圖1、4所示，即在傳統(tǒng)粘度管(1)外燒結(jié)了一個(gè)恒溫循環(huán)浴夾套(2)，夾套(2)壁下端側(cè)開有一進(jìn)浴口(3)，上端側(cè)開有一出浴口(4)，進(jìn)出浴口(3、4)分別通過(guò)導(dǎo)管、循環(huán)泵與恒溫浴(26)相連，這樣不僅恒溫浴(26)可采用體積較小的精密恒溫浴，又不會(huì)因溫度變化影響粘度測(cè)定，而且檢測(cè)機(jī)構(gòu)也不需作特殊處理。恒溫浴液可根據(jù)被測(cè)溶液的特性選擇水浴液或油浴液。此外，粘度管(1)恒溫循環(huán)浴夾套(2)外壁上部還對(duì)稱燒結(jié)有兩個(gè)定位凸(43)，當(dāng)粘度管(1)被夾持器(15)夾住后，定位凸(43)正好擱置在夾持器(15)上，使粘度管(1)不會(huì)在測(cè)量過(guò)程中下滑，影響測(cè)量結(jié)果。由于傳統(tǒng)粘度管直徑較大，使之在光電檢測(cè)時(shí)成為柱透鏡的曲率半徑較大，聚光作用不強(qiáng)，而且溶液對(duì)光的吸收也大，為此，本實(shí)用新型粘度管(1)底部中間是開通的，管壁逐漸收縮延伸出恒溫浴夾套(2)外形成細(xì)管(5)，粘度管(1)的下刻度線(8)位于細(xì)管(5)的形成段，見(jiàn)圖4。細(xì)管(5)下部還安裝有止通閥(6)，便于調(diào)整溶液的液面高度、放出溶液和測(cè)量小球。
為了確保測(cè)量小球(9)沿粘度管(1)中心軸線鉛直下落，并便于粘度管(1)的安裝調(diào)試，本實(shí)用新型測(cè)試支架(10)的底座板(12)上安裝有水平儀(13)，板(12)下有水平調(diào)節(jié)螺釘(14)，見(jiàn)圖1；另外夾持器(15)可作上下、左右、前后移動(dòng)。本實(shí)用新型所用的夾持器(15)由夾頭(16)和夾具(20)構(gòu)成。夾頭(16)形如一長(zhǎng)方體，在其水平面一邊的鉛直方向上開有一孔(17)，當(dāng)夾頭(16)通過(guò)該孔(17)套于測(cè)量支架桿(11)上時(shí)，可作上下、左右水平轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)，并通過(guò)孔(17)壁上的緊固螺釘(19)將夾頭(16)固定于測(cè)量支架(10)上。在夾頭(16)水平面另一邊的側(cè)壁上開有一水平孔(18)，夾具(20)上的固定桿(25)可插入孔(18)中作伸縮調(diào)節(jié)，并通過(guò)孔(18)壁上的緊固螺釘(19)固定。夾具(20)由兩個(gè)半圓形的夾塊組成，其中一個(gè)夾塊通過(guò)外壁上的螺紋孔(24)與固定桿(25)連為一體，一端的端頭外壁上有掛鉤(22)，另一端的端外壁上有鉸鏈(21)，并通過(guò)鉸鏈(21)和掛鉤(22)與另一個(gè)夾塊相連。另一個(gè)夾塊與掛鉤(22)相連的一端有掛扣(23)。
測(cè)量時(shí)，先調(diào)整被測(cè)溶液的液面與粘度管上刻度線(7)重合，接通電源(33)，電磁鐵(27)產(chǎn)生磁力吸住小球(9)，然后按下復(fù)合開關(guān)(29)，使(44)、(45)觸點(diǎn)閉合，(30)、(31)觸點(diǎn)斷開，測(cè)量小球(9)因電磁鐵(27)失去磁力而沿粘度管(1)中心軸線鉛直下落，同時(shí)，電子計(jì)時(shí)器(32)因(44)、(45)觸點(diǎn)導(dǎo)通，獲得一個(gè)電脈沖而啟動(dòng)計(jì)時(shí)。當(dāng)小球(9)未下落至粘度管(1)下刻度線(8)處時(shí)，由于細(xì)管(5)液柱的聚光作用，光電傳感器(35)接收到的光信號(hào)很強(qiáng)，處于導(dǎo)通狀態(tài)，de結(jié)間電阻很小，電流經(jīng)abcdefg回路回到負(fù)極，此時(shí)開關(guān)管(40)則因基極電壓太小而處于截止?fàn)顟B(tài)，電子繼電器的(38)、(39)觸點(diǎn)開路。當(dāng)小球(9)下落至粘度管(1)下刻度線(8)處時(shí)，小球(9)遮光，光電傳感器(35)因接收的光強(qiáng)太弱而截止，de結(jié)間電阻瞬間急劇增大，電流改由abcdhfg回路流回負(fù)極，同時(shí)使開關(guān)管(40)的基極電位升高而導(dǎo)通飽和，結(jié)間電阻急劇下降，bhf導(dǎo)通，電子繼電器(37)因獲得電流使(38)、(39)觸點(diǎn)由常開變?yōu)殚]合，輸出一個(gè)脈沖給電子計(jì)時(shí)器(32)，使計(jì)時(shí)器(32)停止工作，隨后又恢復(fù)原狀。于是，電子計(jì)時(shí)器(32)的液晶板自動(dòng)顯示下落時(shí)間。記下數(shù)據(jù)后，按動(dòng)復(fù)位開關(guān)(42)，使計(jì)時(shí)器(32)復(fù)零，便可進(jìn)行下一次測(cè)量。
如果用本實(shí)用新型測(cè)定對(duì)可見(jiàn)光不透明的溶液，只要能選擇出能透過(guò)該溶液的一定波長(zhǎng)的光源，并選擇與之匹配的光電傳感器，仍然適用。這樣就大大拓寬了傳統(tǒng)落球粘度計(jì)的適用范圍。
本實(shí)用新型與傳統(tǒng)落球粘度計(jì)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，操作簡(jiǎn)便，測(cè)定快速準(zhǔn)確，測(cè)量精度高，數(shù)據(jù)重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，是聚合物濃溶液，特別是共混濃溶液的靜態(tài)粘度測(cè)定的一種有效儀器，具有較大的應(yīng)用推廣價(jià)值。
權(quán)利要求1.一種光電落球粘度計(jì)，包括粘度管(1)、測(cè)量小球(9)、恒溫浴(26)、測(cè)量支架(10)、夾持器(15)，其特征在于還包括一套控制測(cè)量裝置，該裝置由電源(33)、磁電轉(zhuǎn)換控制機(jī)構(gòu)、光電轉(zhuǎn)換檢測(cè)機(jī)構(gòu)、電子計(jì)時(shí)器(32)構(gòu)成，測(cè)量小球(9)由磁電轉(zhuǎn)換控制機(jī)構(gòu)控制于粘度管(1)上方，測(cè)量時(shí)落下，磁電轉(zhuǎn)換控制機(jī)構(gòu)通過(guò)電源(33)與電子計(jì)時(shí)器(32)并聯(lián)，光電轉(zhuǎn)換檢測(cè)機(jī)構(gòu)位于粘度管(1)下刻度線(8)處，通過(guò)電源(33)與電子計(jì)時(shí)器(32)并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電落球粘度計(jì)，其特征在于控制測(cè)量裝置的磁電轉(zhuǎn)換控制機(jī)構(gòu)由電磁鐵(27)、復(fù)合開關(guān)(29)構(gòu)成，電磁鐵(27)通過(guò)其上一端與測(cè)量支架(10)相連的固定臂(28)懸裝于粘度管(1)上方，并分別通過(guò)導(dǎo)線與電源(33)和復(fù)合開關(guān)(29)的一對(duì)常閉觸點(diǎn)(30)、(31)串聯(lián)，而復(fù)合開關(guān)(29)的另一對(duì)常開觸點(diǎn)(44)、(45)則與電子計(jì)時(shí)器(32)并聯(lián)；光電轉(zhuǎn)換檢測(cè)機(jī)構(gòu)由光源(34)、光電傳感器(35)、光電轉(zhuǎn)換電路(36)構(gòu)成，光源(34)、光電傳感器(35)相對(duì)固定于粘度管(1)下刻度線(8)兩側(cè)，光源(34)與電源(33)相連，光電傳感器(35)串接于光電轉(zhuǎn)換電路(36)中，光電轉(zhuǎn)換電路(36)通過(guò)與電源(33)相接的回路中的繼電器(37)與電子計(jì)時(shí)器(32)并聯(lián)；電子計(jì)時(shí)器(32)兩端還并聯(lián)了一個(gè)復(fù)位開關(guān)(42)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電落球粘度計(jì)，其特征在于粘度管(1)外燒結(jié)有恒溫循環(huán)浴夾套(2)，夾套(2)壁下端側(cè)開一進(jìn)浴口(3)，上端側(cè)開有一出浴口(4)，進(jìn)、出浴口(3、4)分別通過(guò)導(dǎo)管、循環(huán)泵與恒溫浴(26)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光電落球粘度計(jì)，其特征在于粘度管(1)底部中間開通，管壁逐漸收縮延伸出恒溫浴夾套(2)形成細(xì)管(5)，細(xì)管(5)下部安裝有止通閥(6)，粘度管(1)的下刻度線(8)位于細(xì)管(5)的形成段；恒溫浴循夾套(2)外壁上部對(duì)稱燒結(jié)有兩個(gè)定位凸(43)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的光電落球粘度計(jì)，其特征在于測(cè)量支架(10)底座板(12)上安裝有水平儀(13)，底座板(12)下安裝有水平調(diào)節(jié)螺釘(14)；夾持器(15)由夾頭(16)和夾具(20)構(gòu)成，夾頭(16)形如一長(zhǎng)方體，在其水平面一邊的鉛直方向上開有一孔(17)，并通過(guò)穿過(guò)孔(17)的緊固螺釘(19)將夾頭(16)固定于測(cè)量支架桿(11)上，在夾頭(16)水平面另一邊的體側(cè)壁上開有一水平孔(18)，夾具(20)的固定桿(25)可插入其中作伸縮調(diào)節(jié)，并通過(guò)孔(18)壁上的緊固螺釘(19)固定，夾具(20)由兩個(gè)半圓形的夾塊組成，其中一個(gè)夾塊通過(guò)外壁上的螺紋孔(24)與固定桿(25)連為一體，一端的端頭外壁上有掛鉤(22)，另一端的端頭外壁上有鉸鏈(21)，通過(guò)鉸鏈(21)和掛鉤(22)與另一個(gè)夾塊相連，另一個(gè)夾塊與掛鉤(22)相連的一端有掛扣(23)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光電落球粘度計(jì)，其特征在于測(cè)量支架(10)底座板(12)上安裝有水平儀(13)，底座板(12)下安裝有水平調(diào)節(jié)螺釘(14)；夾持器(15)由夾頭(16)和夾具(20)構(gòu)成，夾頭(16)形如一長(zhǎng)方體，在其水平面一邊的鉛直方向上開有一孔(17)，并通過(guò)孔(17)壁上的緊固螺釘(19)將夾頭(16)固定于測(cè)量支架桿(11)上，在夾頭(16)水平面另一邊的側(cè)壁上開有一水平孔(18)，夾具(20)上的固定桿(25)可插入其中作伸縮調(diào)節(jié)，并通過(guò)孔(18)壁上的緊固螺釘(19)固定，夾具(20)由兩個(gè)半圓形的夾塊組成，其中一個(gè)夾塊通過(guò)外壁上的螺紋孔(24)與固定桿(25)連為一體，一端的端頭外壁上有掛鉤(22)，另一端的端頭外壁上有鉸鏈(21)，通過(guò)鉸鏈(21)和掛鉤(22)與另一個(gè)夾塊相連，另一個(gè)夾塊與掛鉤(22)相連的一端有掛扣(23)。
專利摘要本實(shí)用新型是在傳統(tǒng)落球粘度計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)改進(jìn)粘度管，并應(yīng)用磁電、光電控制原理設(shè)計(jì)，增加了一套控制測(cè)試裝置，使之成為一種能自動(dòng)測(cè)量、數(shù)字顯示的光電落球粘度計(jì)。該粘度計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、操作簡(jiǎn)便，測(cè)定快速準(zhǔn)確，測(cè)量精度高，數(shù)據(jù)重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，是測(cè)定聚合物濃溶液，特別是共混物濃溶液靜態(tài)粘度的一種有效儀器。
文檔編號(hào)G01N11/10GK2185435SQ9422704
公開日1994年12月14日 申請(qǐng)日期1994年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月14日
發(fā)明者趙北君, 陳觀雄, 傅師申, 朱世富, 李正輝, 肖勇 申請(qǐng)人:四川大學(xué), 成都科技大學(xué)