专利名称：场致流变体粘度和刚度的一种测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能有效测试流变体在场强作用下粘度、刚度等参数变化的仪器。特别适用于粘度50Pa·s～500Pa·s的各类液体及弹性模量小于1GPa的固体粘度的测量。
背景技术：
当前在流变特性测量中，最常用的是旋转粘度计。其基本原理是运用浸润在样品中的圆桶或轴的旋转的原理，测量在预置速率下物质的阻力，测出的阻力或扭矩就是流动粘度，阻力越大，则粘度越大，根据轴的速率和扭矩测试粘度，以Pa·s或mPa·s直接读取。但此种方法需要较大的测试空间，如果测试电(磁)场对流变体的效应，需要施加很大电场或磁场，而且难以获得均匀的场强。另外，浸入流变体中的测头对电(磁)场的影响很大，人们希望它应尽可能的减少对电(磁)场的影响。对于流变体运动粘度的测定，当前一般采用该种方法在某一恒定温度下，测定一定体积的液体在重力作用下流过一个标定好的玻璃毛细管粘度计的时间，粘度计的毛细管常数与流动时间的乘积，即为该温度下被测液体的运动粘度。该温度下运动粘度和同温度下液体的密度之积为该温度下液体的动力粘度。该方法的测试对温度场的要求较高，需要在恒定的温度下进行测试，该方法也需要较多的被测液体。
发明内容
本发明目的是设计一种方便测试的场致流变体粘度和刚度的一种测试装置。
本发明包括架体、弹性元件、测试杆、由绝缘材料制成的测试头、激振器，测试杆竖向布置在架体上，测试杆上端通过弹性元件与架体连接，测试杆下端连接测试头；激振器固接在架体上，激振器横向作用于测试杆，在弹性元件上粘贴由应变片构成的电桥电路，电桥电路的信号输出线与动态应变仪连接，动态应变仪的输出端连接在数据采集系统上；所述激振器连接在音频扫描信号发生器的输出端，该音频扫描信号发生器的输出端还与数据采集系统连接。
本发明原理是在测试杆端部连接一个弹性元件，在弹性元件上面粘贴电阻应变片，将应变片构成电桥电路，弹性元件和应变片电桥电路结合形成角位移传感器。当测试杆在激振器的作用下，产生横向摆振，使弹性元件产生一定的形变，从而得到了测试杆的角位移信号。流变体从液相到固相的变化过程当粘度和刚度的变化导致测试杆微幅摆振的振幅变化，测试不同场强下的测的幅频曲线，便可测试流变体在该场强下的的粘度和刚度数值。实际测试时，在定频激振状态下，能得到某一场强下测试杆摆振系统的谐振放大因子β，对应着不同场强的流变体有着不同的谐振放大因子β，通过对测试装置的标定，便可实现粘度的测试。在扫频激振状态下，能得到不同场强下的幅频特性曲线，系统固有频率的改变对应得到Δωn，通过对测试装置的标定，便可实现刚度的测定。
测试时，将测试头浸入于被测物质中，通过音频扫描信号发生器向激振器输入一定的激振电压，测试杆在激振器的激励下产生振动从而带动弹性元件发生形变，并通过电阻应变片将弹性元件的应变值转化成电信号输出。由二次仪器对信号加以放大和处理并予以显示，从而可以得到不同粘度与刚度对应的不同响应数值。
本发明能将电(磁)流变体在不同电(磁)场强度作用下粘度(刚度)变化实时转变为电信号予以测试，反应灵敏，瞬时响应好，能够对瞬时从液态到固态转变的流变体的性能予以测定，能测量到电(磁)流变体在不同电(磁)场强度作用下粘度(刚度)等参数的连续性变化情况。另外，由于匀强电场或磁场区域很小，被测流变体试剂也要求尽可能节省，而传统的粘度计已不能适应电流变体的性能测试，这是设计本装置的目的。
本发明采用绝缘材料制成的测试头在流变体中的振动来获得相应的信号，本发明之测试装置受场的影响较小，所需测试空间小，易于匀强电场的实现，且被测液体较少，无需大规模液体的流动，测试过程简单，受温度等外界因素影响较小。
特点是①测试头用绝缘材料制成，受场的影响较小；②所需测试空间小，易于匀强电场的实现；③被测液体较少，无需大规模液体的流动，测试过程简单，受温度等外界因素影响较小；④用计算机进行数据采集，避免了人为读数产生的实验数据误差。
另，测试杆的中部通过螺旋弹簧与架体连接，所述螺旋弹簧横向布置，螺旋弹簧的轴向与激振器发出的振动方向平行。目的是提供测杆的恢复力矩，调整测试杆的摆振的固有频率和测试的灵敏度。
图1为本发明的一种结构示意图。
图2为本发明的工作原理图。
具体实施例方式
如图1、2所示，本发明主要由架体1、弹性元件5、测试杆3、由绝缘材料制成的测试头2、激振器4组成。
测试杆3竖向布置在架体1上，测试杆3上端通过弹性元件5与架体1连接，测试杆3下端连接测试头2，测试杆3的中部通过螺旋弹簧6与架体1连接，螺旋弹簧6横向布置。
激振器4固接在架体1上，激振器4具有横向作用的触头4-1，触头4-1相对于螺旋弹簧6与测试杆3上端之间的测试杆3上。激振器4发出的振动方向与螺旋弹簧6的轴向平行。
在弹性元件5上粘贴应变片并构成电桥电路7，弹性元件5和电桥电路7作为为角位移传感器，电桥电路7的信号输出线与动态应变仪8连接，动态应变仪8的输出端连接在数据采集系统9上。激振器4的信号输入端连接在音频扫描信号发生器10上，音频扫描信号发生器10的输出端还与数据采集系统9连接。
音频扫描信号发生器10产生激振信号，激振信号输入激振器4，测试杆3在激振器4的作用下，产生横向振动，从而使弹性元件5产生一定的形变。在弹性元件5上的电阻应变片7把弹性形变的角位移大小转换成电信号，由角位移传感器5传输到动态应变仪8上，再输入计算机的数据采集系统9，经过计算机分析，可以得到被测流变体的数据。
在设计中，采用了ANSYS有限元程序对测试杆弹性变形、固有频率和振型进行了计算和分析，由此造成的对测试数据的影响进行了分析和评估。并采用粘弹性计算模块，分析测试头部分与流变体作用情况，对于测试头形状、流变体粘度刚度及振动的频率、振幅等进行了综合分析，找到较佳的匹配情况。
本发明利用测试杆3在激振力的作用下做微幅摆振，当场强改变，流变体的粘度和刚度产生相应变化，使得测试杆系统的固有频率、振幅也随之变化。采用定频和扫频激振，测试测试杆振动时的谐振放大因子和幅频特性曲线，可得到该状态下流变体的粘度和刚度数值，这一方法可实现流变体在场强作用下由液相到固相的连续变化过程中粘度和刚度等参数的准确测定。本发明结构紧凑，反应灵敏，瞬时响应好。另外，可采用接触或非接触式激振器，并可选用不同形状和尺寸的测头，增加了装置的适用范围。由于角位移传感器位置远离施加的电(磁)场，并加上屏蔽装置，大大加强了本发明的抗干扰能力。由于本发明的测试头较小，所需测试材料和测试空间小，更适于施加均匀电场或磁场。除了电场或磁场外，本发明也适用于测试粘度与刚度随温度、时间等其它变量变化的流变体。
权利要求
1.场致流变体粘度和刚度的一种测试装置，其特征在于包括架体、弹性元件、测试杆、由绝缘材料制成的测试头、激振器，测试杆竖向布置在架体上，测试杆上端通过弹性元件与架体连接，测试杆下端连接测试头；激振器固接在架体上，激振器横向作用于测试杆，在弹性元件上粘贴由应变片并构成电桥电路，电桥电路的信号输出线与动态应变仪连接，动态应变仪的输出端连接在数据采集系统上；所述激振器连接在音频扫描信号发生器的输出端，该音频扫描信号发生器的输出端还与数据采集系统连接。
2.根据权利要求1所述场致流变体粘度和刚度的一种测试装置，其特征在于测试杆的中部通过螺旋弹簧与架体连接，所述螺旋弹簧横向布置，螺旋弹簧的轴向与激振器发出的震荡方向平行。
全文摘要
本发明涉及一种场致流变体粘度和刚度的测试装置。测试杆竖向布置在架体上，测试杆上端通过弹性元件与架体连接，测试杆下端连接测试头，激振器固接在架体上，激振器横向施力于测试杆；在弹性元件上粘贴应变片并构成电桥电路，电桥电路的信号输出线与动态应变仪连接，动态应变仪的输出端连接在数据采集系统上；激振器连接在音频扫描信号发生器的输出端，该音频扫描信号发生器的输出端还与数据采集系统连接。本发明受场的影响较小，所需测试空间小，易于匀强电(磁)场的实现，且被测液体较少，无需大规模液体的流动，测试过程简单，受温度等外界因素影响较小。
文档编号G01N3/32GK1865915SQ200610040468
公开日2006年11月22日 申请日期2006年5月17日 优先权日2006年5月17日
发明者高建和, 方开荣, 徐伟, 张明 申请人:扬州大学