专利名称：基于速度衰减的旋转粘度计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体粘性(流变特性)测量仪器，确切地说是一种基于内筒速度 衰减的同轴圆筒旋转粘度计，属于检测仪器和机械工程领域。
背景技术：
旋转粘度计是一种比较常见的用于流体粘度值检测的仪器，被广泛地应用于牛 顿型流体和非牛顿型流体的粘度值检测中。根据检测参数的不同，旋转粘度计可以分为 扭矩测量型，转速测量型，同时测转速与扭矩三种类型，同时测转速与扭矩型旋转粘度 计需要同时测量不断变化的扭矩与转速，在结构设计与测量精确性上有更高的要求，存 在更多的困难，因此应用很少。
扭矩测量型旋转粘度计采用测量预定转速下测头在流体中受粘滞力矩作用时力 矩的变化来计算流体粘度值的方法。此型粘度计具有检测速度快，使用方便的优点，但 是也具有如下缺点(1)金属吊丝或游丝结构测量扭矩不精确；(2)金属吊丝或游丝结 构稳定性较差；( 金属吊丝或游丝及其支撑部分容易损坏，更换不易；(4)与低粘度物 质产生的粘性力形成的力矩相比存在很大的摩擦力矩，造成检测误差加大，量程范围较 窄。
转速测量型旋转粘度计采用测量预定剪切应力下测头在流体中受粘滞力矩作用 时剪切速率变化来计算流体粘度值的方法。此型粘度计也具有检测速度快，使用方便的 优点，但是也具有如下缺点(1)对恒力矩控制准确性控制上存在不足，尤其是当改变 剪应力时；( 对摩擦力矩稳定控制存在困难，造成检测误差加大。
转速测量型粘度计还存在一种检测在流体中衰减的转子转速的粘度计，此种粘 度计没有金属吊丝或游丝结构的设计，也不用检测力矩，避开了传统扭矩测量型和转速 测量型旋转粘度计的不足，具有速度快，精度高，量程大的优点。此种粘度计有两种方 案(1)电机驱动外筒转动一一流体——转子转动——外筒停——转子自由衰减；⑵外 力矩驱动转子转动一去掉外力矩一一转子自由衰减。第一种方案由于外筒骤停容易引发 流体运动失稳导致湍流的问题，这将导致检测误差明显增大，甚至错误结果的出现；第 二种方案需要解决低速转动测头转子与驱动力矩之间连接与脱开产生的冲击、摩擦与振 动的问题，否则也将导致流体运动失稳，检测失效。发明内容
针对现有旋转粘度计应用中存在的问题，本发明提出一种基于速度衰减的旋转 粘度计，解决目前速度衰减型旋转粘度计存在的问题，可以克服传统扭矩测量型和转速 测量型旋转粘度计的不足，同时具有速度衰减型旋转粘度计速度快，精度高，量程大的 优点，适用于牛顿型流体和非牛顿型流体的粘度值检测中。
本发明提供一种基于速度衰减的旋转粘度计，由级联电动机、空气轴承、测速 传感器、支架、测头转子、外筒、计算与显示单元、气源组成，所述级联电动机的输出扭矩用于驱动测头转子在流体中转动。所述测头转子由所述空气轴承支撑，所述支架支 撑整个系统，所述外筒用于盛装待检测流体，所述测头转子浸于待检测流体内，所述测 速传感器固定于所述支架上，用于检测所述测头转子的转速，检测信号被传送给与测速 传感器和级联电动机相连的所述计算与显示单元，用于计算与显示待测流体的粘度值， 所述气源与空气轴承连通，用于给所述空气轴承供气。
根据本发明的一种实施方式，所述级联电动机由两部电动机串联组成，其中一 级电动机由第一上端盖、第一转子、第一定子线圈、第一定子基体、第一下端盖、第一 轴承、第二轴承组成，第一转子和第一定子线圈位于第一定子基体中，第一定子线圈环 绕第一转子，第一轴承和第二轴承位于第一转子的两端，一级电动机是一部可调速的同 步电动机；二级电动机由第二上端盖、导电环心轴、导电环、外壳体、第二定子基体、 第二定子线圈、第二转子、第三轴承、第四轴承组成，其中导电环心轴在外壳体中位于 第一转子与第二定子基体之间，用于连接二者，导电环环绕导电环心轴，用于给旋转的 第二定子线圈供电，第二定子基体在外壳体中位于导电环心轴的下方，其中容纳第二转 子的上端，第二定子线圈环绕第二转子的上端，第三轴承和第四轴承位于导电环心轴的 两端，二级电动机是一部可调速的实心转子异步电动机。
根据本发明的一种实施方式，第二转子为无槽圆柱状实心转子。
根据本发明的一种实施方式，所述空气轴承由在第二定子基体的下方依次相连 的上止推板压盖、上止推板、第二转子、环绕第二转子的径向轴承套、径向轴承套外侧 的密封套、在第二转子下方的下止推板和下止推板压盖组成，其中第二转子既作为所述 空气轴承的转子，也作为所述级联电动机的二级电动机转子。
根据本发明的一种实施方式，所述测头转子在待测流体中的速度衰减与待测流 体的粘度值存在对应关系，检测任意两对应时刻的转速即可通过该对应关系计算得出流 体粘度值，所述对应关系为一随 μ'
权利要求
1.一种基于速度衰减的旋转粘度计，由级联电动机(1)、空气轴承(2)、测速传感器(3)、支架(4)、测头转子(5)、外筒(6)、计算与显示单元(7)、气源(8)组成，其特征 在于，所述级联电动机(1)的输出扭矩用于驱动测头转子(5)在流体中转动。所述测头 转子(5)由所述空气轴承(2)支撑，所述支架(4)支撑整个系统，所述外筒(6)用于盛装 待检测流体，所述测头转子(5)浸于待检测流体内，所述测速传感器(3)固定于所述支架(4)上，用于检测所述测头转子(5)的转速，检测信号被传送给与测速传感器(3)和级联 电动机(1)相连的所述计算与显示单元(7)，用于计算与显示待测流体的粘度值，所述气 源(8)与空气轴承(2)连通，用于给所述空气轴承(2)供气。
2.如权利要求1所述的旋转粘度计，其特征在于，所述级联电动机(1)由两部电动 机串联组成，其中一级电动机由第一上端盖(9)、第一转子(10)、第一定子线圈(11)、 第一定子基体(12)、第一下端盖(13)、第一轴承(27)、第二轴承(28)组成，第一转子 (10)和第一定子线圈(11)位于第一定子基体(12)中，第一定子线圈(11)环绕第一转子 (10)，第一轴承(27)和第二轴承(28)位于第一转子(10)的两端，一级电动机是一部可 调速的同步电动机；二级电动机由第二上端盖(14)、导电环心轴(15)、导电环(16)、外 壳体(17)、第二定子基体(18)、第二定子线圈(19)、第二转子(22)、第三轴承(29)、第 四轴承(30)组成，其中导电环心轴(15)在外壳体(17)中位于第一转子(10)与第二定子 基体(18)之间，用于连接二者，导电环(16)环绕导电环心轴(15)，用于给旋转的第二 定子线圈(19)供电，第二定子基体(18)在外壳体(17)中位于导电环心轴(15)的下方， 其中容纳第二转子(22)的上端，第二定子线圈(19)环绕第二转子(22)的上端，第三轴 承(29)和第四轴承(30)位于导电环心轴(15)的两端，二级电动机是一部可调速的实心 转子异步电动机。
3.如权利要求2所述的旋转粘度计，其特征在于，第二转子(22)为无槽圆柱状实心转子。
4.如权利要求2-3中的一项所述的旋转粘度计，其特征在于，所述空气轴承(2)由 在第二定子基体(18)的下方依次相连的上止推板压盖(20)、上止推板(21)、第二转子 (22)、环绕第二转子(22)的径向轴承套(23)、径向轴承套外侧的密封套(24)、在第二转 子(22)下方的下止推板(25)和下止推板压盖(26)组成，其中第二转子(22)既作为所述 空气轴承的转子，也作为所述级联电动机的二级电动机转子。
5.如权利要求1-4中的一项所述的旋转粘度计，其特征在于，所述测头转子(5)在待 测流体中的速度衰减与待测流体的粘度值存在对应关系，检测任意两对应时刻的转速即 可通过该对应关系计算得出流体粘度值，所述对应关系为μ'ω, =ω β J -—-(1-e J ) Κη式中M' _系统阻力矩；J-测头转子转动惯量；Otl-测头转子初始角速度； 测头转子经历t时间段后的角速度；K-仪器常数；η-流体的粘度值；t_测头转子 对应转速衰减时间。
6.如权利要求2-5中的一项所述的旋转粘度计，其特征在于，所述一级电动机第一转 子(10)与二级电动机第二定子线圈(19)通过导电环心轴(15)连接，二级电动机第二转 子(22)与空气轴承(2)的转子(22)为一体阶梯轴，空气轴承(2)支撑二级电动机第二转子(22)并使其与二级电动机第二定子基体(18)无接触。
7.如权利要求2-6中的一项所述的旋转粘度计，其特征在于，所述测头转子(5)与第 二转子(22)采用螺纹连接，使第二转子(22)与测头转子(5)形成可拆装的同轴结构。
8.如权利要求2-6中的一项所述的旋转粘度计，其特征在于，所述测头转子(5)与第 二转子(22)刚性连接。
9.如权利要求2-8中的一项所述的旋转粘度计，其特征在于，测头转子(5)与所述外 筒(6)成对使用，由多组不同尺寸与结构的成对使用的组合构成测头组。
全文摘要
本发明涉及一种液体粘性(流变特性)测量仪器，由级联电动机(1)、空气轴承(2)、测速传感器(3)、支架(4)、测头转子(5)、外筒(6)、计算与显示单元(7)、气源(8)、组成，其中测头转子(5)在待测流体中的速度衰减与待测流体的粘度值存在对应关系，检测任意两对应时刻的转速即可通过该对应关系计算得出流体粘度值。本发明具有测量范围宽，测量精度高，测量重复性好，测量速度快等特点。
文档编号G01N11/14GK102023124SQ201010507840
公开日2011年4月20日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者周亮, 姚英学, 廖志荣, 王洪波, 陈海兵 申请人:哈尔滨工业大学