专利名称：自动粘度测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种粘度测定仪，特别是一种由水槽、水温自动控制系统、搅拌器、电磁阀和吸引器及置于水槽中的粘度管组成的试样流路、光电液位检测系统、微机自动控制及数据处理系统、测试结果输出装置、操作键等所构成的用于测定高分子聚合物粘度的自动粘度测定仪。
在石油化工、化纤、纺织染整行业中，高聚物的粘度值是衡量产品质量的重要指标。粘度值的物理概念是将被测高聚物溶解在指定的溶剂中形成溶液，在指定的恒定温度和大气压力下，分别测定同等体积溶液和空白溶剂在指定规格的毛细粘度管中流过一段距离所需的时间，通过公式计算求得粘度值。
目前，国内普通采用由恒温水槽、电热器、温度传感器、温度计、粘度管、试样瓶等所构成的简易装置测定高聚物的粘度值。测试过程全部由人工操作，时间记录靠人眼观察手动秒表计时，测试结果再由人工计算得出粘度值。此装置的主要缺点是操作复杂、人为误差大、效率和精度都很低。国际上，较为先进的自动粘度仪是日本大和科学株式会社生产的全自动粘度测定仪。它主要由恒温水槽及水温自动控制系统、搅拌器、真空泵和电磁阀及置于水槽中的粘度管组成的试样流路、光电液位检测系统、微机自动控制及数据处理系统、操作键盘、打印机等所构成。其检测系统中，对应于每个粘度管有三对光敏三级管和发光二级管组成的三个光电液位检测器、固定在粘度管不同高度位置上。最上面的称为异常检测器，中间的为上限检测器，下面的为下限检测器，测试时，由微机控制，通过真空泵以及电磁阀的动作，把试样从恒温水槽下面的试样瓶中吸入粘度管中。上限检测器一旦测出液面通过，该粘度管的抽吸就停止。吸入的试样原封不动，保持到与水温相等，这段时间由“等候”定时器决定。经过一定时间后，试样自动落下，其液面通过上限位检测器的这一瞬，定时器就动作，开始计算时间，接着，液面一通过下限位检测器，定时器停止计时。该信号经过微机数据处理系统处理后打印出测试结果。其水槽内水温是由温度控制系统控制的，该系统中有置于水槽中的电热器和冷却水管，并配有制备冷却水的冷冻机。该仪器的主要缺点是①采用光敏三级管和发光二级管作为直接感测元件组成液位检测器处于水槽内水中，因此，元件密封条件要求高、易损坏、可靠性差，由于光敏三级管的感光面较大，测试精度较低；②由于水槽内测试水温一般略高于室温，通常极少要求大幅度冷却，既便要制冷，制冷量也很小，因此，该机配备庞大的冷冻机制冷系统占用面积大，不实用；③该机采用了有形定时装置定时、计时，精度较低、且增加了成本；④为将试样残液从粘度管中排出，该机专门增设了一套氮气加压气源，使仪器结构复杂、成本提高；⑤微机接口电路采用了众多的放大电路，仪器抗干扰能力较弱。⑥整机结构复杂，造价昂贵、安装、操作不便，测试精度低、可靠性差。
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足而提供一种自动粘度测定仪，其结构简单、紧凑，安装、操作方便、测试精度较高、性能稳定可靠、造价较低、自动化程度高。
本实用新型的目的是通过以下技术措施实现的采用水槽、水温自动控制系统、搅拌器、由电磁阀和吸引器及置于水槽中的粘度管形成的试样流路、光电液位检测系统、微机自动控制及数据处理系统、测试结果输出装置、操作键等构成的自动度粘度测定仪。其光电液位检测系统中的发光元件和光电接收元件置于水槽之外，这样可免受水的侵蚀，每个光电检测器由一对防水性能好的光导纤维分别与其发光元件和光电接收元件连接，光导纤维的另一端为光纤测头，光纤测头置于水槽中，固定在光纤架上，并使每对光纤测头对称于粘度管需检测位置的两侧。
本实用新型进一步的技术措施是在上述光电液位检测系统中，每个粘度管配有一根垂直于水槽液面用于安装光纤架的光纤架调节螺杆。光纤架为U形结构，光纤架U形结构底部有一通孔可活套在光纤架调节螺杆上，通过调节螺杆上的调节螺母可调节光纤架的上下位置。光纤架装在调节螺杆上时，其U形结构的两臂处于同一水平面内，每个臂上各有一光纤测头安装孔，每个光纤测头配备的紧固螺母可将光纤测头安装在光纤架上的光纤测头安装孔内，并可调节两光纤测头间的距离。光纤架U形结构的一臂为活动臂，通过调节活动臂可将两光纤测头对正。
本实用新型中由微机控制的试样流路是采用了一台吸引器、两个总电磁阀、粘度管及每个粘度管各配四个电磁阀所形成的，其连接方式是一台吸引器与一总吸样电磁阀连结，总吸样电磁阀与一有一端与大气连通的总通气电磁阀的另一端连接；每个粘度管的试样管上口与一上吸样电磁阀连接，上吸样阀的另一端与总通气电磁阀和总吸样电磁阀连接，每个粘度管的下管口与一下吸样电磁阀和一排样电磁阀连接，下吸样电磁阀的另一端与下面的试样瓶连通，排样电磁阀的另一端与总吸样电磁阀连接；粘度管空气管上口与一通气电磁阀连接，通气电磁阀的另一端与总通气电磁阀连接。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详述
图1为本实用新型的测试部分原理示意图2为本实用新型的光纤架装配图；图3为本实用新型图2所示光纤架及其光纤测头和紧固螺帽的A－A剖面图；图4为本实用新型微机自动控制和数据处理系统及外围电路框图；图5为本实用新型的水槽内各部件的布局俯视示意图；图6为本实用新型的外型示意图。
参照图1，本实用新型提供的自动粘度测定仪，粘度管(5)的数量可根据需要确定，每个粘度管(5)是否工作，可由操作面板上对应的工作状态设定键(31)设定。图1是以两个粘度管(5)为例。粘度管(5)垂直安装在水槽(12)内，水位高于C点，水槽(12)内还装有U形电热器(8)［电热器(8)是不同功率的几个电热器的组合］、蛇形冷却管(4)或半导体致冷器(10)、搅拌器(9)、温度传感器(11)，C、A、B为光电液位检测位置。电磁阀(2、3、6、7、13、14)和吸引器(1)及粘度管(5)形成试样流路。测试过程如下在仪器的操作面板上置入溶剂测定次数、溶液测定次数、等待时间及每个粘度管(5)的工作状态。将制备好的溶剂和溶液注入试样瓶(15)中。首先，由微机自动控制及数据处理系统(24)发出信号使电磁阀(14、7、3)打开，并使吸引器(1)工作，此时，试样从试样瓶(15)进入粘度管(5)，当试样液位到达C点位置时，此位置的光纤架(18)上光纤测头(22)发出的信号送入微机自动控制和数据处理系统(24)后，该系统(24)即发出信号，停止吸引器(1)工作、关闭电磁阀(14、7、3)，同时启动软件开始计时，此时被测溶液停留在粘度管(5)中不动，当所计的时间等于操作面板上置于的等待时间时，微机自动控制及数据处理系统(24)发出信号打开电磁阀(2、6、7)，此时试样从粘度管(5)中自然流下，其液面通过粘度管A、B位置，微机自动控制和数据处理系统(24)通过接收光电液位检测系统(29)中A、B位置处的光纤架(18)上光纤测头(22)发出的信号，记录下试样液位从A流到B处所需的时间，并将其存贮在微机内存单元中，然后发出信号关闭电磁阀(2、6、7)，打开电磁阀(13)并使吸引器(1)工作，此时残液流入吸引器(1)中的残液收集瓶中。重复上述测试过程，直至完成预定的测定次数为止，微机自动控制和数据处理系统(24)将记录存贮的数据按规定的公式计算后，由结果输出装置(32)(通常是显示器或打印机)输出测定结果。由于采用微机系统中的软件计时，提高了测试精度。
参照图2、图3，本实用新型提供的自动粘度测定仪光电液位检测系统(29)中，采用了防水性能好的光导纤维作直接感测元件，光纤直径很小(一般选用直径小于0.5毫米的光纤)，对提高测试精度有利。一对光纤一端分别与发光二级管和光敏三级管连接，另一端安装在特制的光纤测头(22)上，一对光纤测头(22)安装在一光纤架(18)上，构成一个液位检测器，三个液位检测器安装在同一根光纤架调节螺杆(16)上。光纤架(18)为U形结构，U形的底部有一通孔(20)可活套在光纤架调节螺杆(16)上，通过调节螺杆(16)上的螺母(17)可使光纤架(18)固定在需要的位置上，并使其U形结构的两臂处于同一水平面上，每个臂上各有一光纤测头安装孔(19)，光纤测头(22)配备的紧固螺帽(23)可将其安装在光纤测头安装孔(19)内，通过光纤测头紧固螺帽(23)内的弹簧作用，可调节两光纤测头(22)间的距离。光纤架(18)U形结构两臂中的一臂为活动臂(21)，它是两体结构，活动臂(21)体上有一长孔，通过一螺丝与光纤架(18)连接并能使活动臂(21)可在臂长方向及臂长的垂直方向作微调，借此调节两光纤测头(22)的对准程度。
参照图4，本实用新型所提供的自动粘度测定仪，其微机自动控制和数据处理系统(24)及外围电路是由中央处理器CPU、程序存贮器ROM、数据存贮器RAM、两个扩展的输入输出口I／O、八位锁存器、光电耦合器(25、28)、电流驱动器(26)、执行元件(27)、面板操作键(31)、打印机(32)组成的，其主要功能是接收各输入通道输入的状态，经过判断，发出相应的信号驱动执行元件(27)工作，其中光电耦合器(25)用作电子电路与电磁执行器件间的电气隔离，提高系统的抗干扰能力。光电耦合器(28)除起到电气隔离作用外，兼作光电液位检测系统(29)与微机自动控制和数据处理系统(24)之间的电平匹配之用。
本实用新型所提供的自动粘度测定仪的水温自动控制系统是由温度设定机构、桥路网络、传感电路、A／D变换电路、数字显示电路、比较放大电路及执行电路组成的，当传感电路中温度传感器(11)的电阻值随水槽(12)内水温变化而变化时，温度信号由传感器送入A／D转换器，经A／D变换后由显示器(30)显示出当时的温度；另一方面温度信号送至桥路网络产生控温信号，经比较放大后控制执行电路工作，当温度小于设定值时，放大器使电热器(8)工作，当温度高于设定值一定量时，放大器使水槽(12)上的半导体制冷器(10)或水槽(12)内循环冷却管(4)等构成的冷却系统工作。
参照图5，本实用新型所提供的自动粘度测定仪其电热器(8)为U形结构或螺旋结构垂直安装于水槽(12)后部中间位置，以保证水槽(12)上下各层水温均匀，各粘度管(5)远离热源和制冷部件置于水槽(12)前部，各粘度管(5)与温度传感器(11)位于以电热器(8)为圆心的同一水平圆周上，以保持各粘度管(5)和温度传感器(11)与电热器(8)的水平距离基本相等，使各粘度管(5)感受的温度基本一致，搅拌器(9)位于水槽(12)的中央。
参照图6，本实用新型所提供的自动粘度测定仪，其整机既可做成整体结构(如图6所示)，也可分为测试部分和控制部分的两体结构。为便于观察测试过程，水槽(12)的前壁采用透明玻璃，称为水槽(12)玻璃观测面(33)，水槽(12)顶部装有照明装置。水槽(12)后部设有排水阀，顶盖上有进水口，工作时不用打开顶盖便于自动加水、排水。为防止意外，在水槽(12)顶端靠近处设置了溢水口，以免损坏仪器及电器件。
本实用新型与现有技术相比所具备的优点和积极效果1.结构简单、紧凑、布局合理、安装、操作方便，造价低。
2.测试精度高、数据准确、性能稳定、可靠。
3.效率高、自动化程度高。
权利要求1.一种由水槽(12)、水温自动控制系统、搅拌器(9)、电磁阀(2、3、6、7、13、14)和吸引器(1)及置于水槽(12)中的粘度管(5)形成的试样流路、光电液位检测系统(29)、微机自动控制及数据处理系统(24)、测试结果输出装置(32)、操作键(31)等所构成的自动粘度测定仪，其特征在于光电液位检测系统(29)中的发光元件和光电接收元件置于水槽(12)之外，每个光电检测器各由一对光导纤维分别连接发光元件和光电接收元件，光导纤维的另一端均置于水槽(12)中，固定在光纤架(18)上，使每对光纤测头(22)对称于粘度管(5)需检测位置的两侧。
2.按照权利要求1所述的自动粘度测定仪，其特征在于光电液位检测系统(29)中，每个粘度管各配有一根垂直于水槽(12)液面用于安装光纤架(18)的光纤架调节螺杆(16)，光纤架(18)为U形结构，光纤架(18)U形结构的底部有一通孔(20)可活套在调节螺杆(16)上，通过调节螺杆(16)上的调节螺母(17)调节光纤架(18)的上下位置，光纤架(18)U形结构的两臂处于同一水平面内，每个臂上各有一光纤测头安装孔(19)，每个光纤测头(22)配备的紧固螺帽(23)可将其安装在光纤测头安装孔(19)内，并可调节两光纤测头(22)间的距离，光纤架(18)U形结构两臂中有一臂为可调整两光纤测头(22)对正的光纤架活动臂(21)。
3.按照权利要求1或2所述的自动粘度测定仪，其特征在于由微机控制的试样流路中有一台吸引器(1)与一电磁阀(3)连接，电磁阀(3)的另一端与一有一端与大气相通的电磁阀(2)的另一端相接，每个粘度管(5)试样管上口与一电磁阀(7)连接，电磁阀(7)的另一端与电磁阀(2)和电磁阀(3)连结，每个粘度管(5)下管口与一电磁阀(13)和另一电磁阀(14)连接，电磁阀(13)的另一端与吸引器(1)连接，电磁阀(14)的另一端与下面的试样瓶(15)连通；每个粘度管(5)的空气管上口与一电磁阀(6)相连，电磁阀(6)的另一端与电磁阀(2)相连。
4.按照权利要求3所述的自动粘度测定仪，其特征在于测定过程中所需要的时间间隔的确定和记录，是由光电液位检测系统(29)的输出信号与微机自动控制及数据处理系统(24)相连，并驱动微机自动控制及数据处理系统(24)内部程序开始或停止计时并将其存贮。
5.按照权利要求4所述的自动粘度测定仪，其特征在于由光电液位检测系统(29)发出的开关量输入信号与光电耦合器(28)相连，光电耦合器(28)的输出端与微机自动控制及数据处理系统(24)相连；由微机自动控制及数据处理系统(24)发出的开关量输出信号与另一光电耦合器(25)相连，光电耦合器(25)输出端与电流驱动器(26)的输入端相连，电流驱动器(26)的输出端与直接控制各电磁阀(2、3、6、7、13、14)和吸引器(1)开关的执行元件(27)相连。
6.按照权利要求1或2所述的自动粘度测定仪，其特征在于水温自动控制系统中的制冷执行部件采用的半导体制冷器(10)安装在水槽上。
7.按照权利要求5所述的自动粘度测定仪，其特征在于水温自动控制系统中的制冷执行部件采用的半导体制冷器(10)安装在水槽上。
8.按照权利要求1或2所述的自动粘度测定仪，其特征在于水槽(12)内各部件的布局是将电热器(8)垂直安装于水槽(12)后部的中间位置，各粘度管(5)、温度传感器(11)远离热源和制冷部件置于水槽(12)前部，各粘度管(5)和温度传感器(11)与电热器(8)的水平距离基本相等，搅拌器(9)位于水槽(12)中央。
9.按照权利要求7所述的自动粘度测定仪，其特征在于水槽(12)内各部件的布局是将电热器(8)垂直安装于水槽(12)后部的中间位置，各粘度管(5)、温度传感器(11)远离热源和制冷部件置于水槽(12)前部，各粘度管(5)和温度传感器(11)与电热器(8)的水平距离基本相等，搅拌器(9)位于水槽(12)中央。
专利摘要本实用新型涉及一种由水槽(12)、水温自动控制系统、搅拌器(9)、电磁阀(2、3、6、7、13、14)和吸引器(1)及粘度管(5)形成的试样流路、光电液位检测系统(29)、微机自动控制及数据处理系统(24)、打印机(32)、操作键(31)等构成的自动粘度测定仪。其特点是采用光纤作直接感测元件置于水槽(12)中粘度管(5)需检测位置，光纤另一端与置于水槽(12)外的发光元件和光电接收元件连接，构成液位检测器。其结构简单、操作方便、测试精度高、性能稳定、可靠。
文档编号G01N11/00GK2177237SQ9323093
公开日1994年9月14日 申请日期1993年5月8日 优先权日1993年5月8日
发明者孙建一, 王盼文, 董兴存 申请人:山东省纺织科学研究所