智能浆体粘稠度测量装置的制作方法

本实用新型涉及浆体粘稠度测量领域，尤其是智能浆体粘稠度测量装置。

背景技术：

随着工业生产和科学研究工作的发展，测定浆体物质的粘稠度或流动度，已成为一项必不可少的物质工序或试验，它在鉴定产品质量、控制实验精度、寻求最佳生产工艺及实验方法中，都起着重要的作用。

在目前的工程技术领域中，对于浆体粘稠度和流动性能的测量装置的研究主要集中在两个方面。一个方面是关于水泥浆体流动性能的测定，其主要方法包括净浆流动度法、marsh筒法以及水泥浆体流变仪法等，而净浆流动度法和marsh筒法两种方法的原理不同，前者反应的是水泥浆体的表观粘度，后者则反映了水泥浆体的屈服剪切应力。同时净浆流动度法也可以测定水泥砂浆等大组分组合浆体的流动性能，但是由于锥形钢模的标准不一样或者对于流动度较大的浆体，采用净浆流动度法则误差较大。另一方面是关于溶液聚合合成物液体或者溶剂液体的粘度的测定，主要测定仪器包括乌氏粘度计、恩式粘度计以及布式粘度计等，其主要原理是测定溶剂分子与溶剂分子间的内摩擦表现出的粘度。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供智能浆体粘稠度测量装置，可以解决现有的浆体粘稠度测量方法误差大的问题，对粘度值范围较大的多成分组合浆体的粘稠度和流动性进行精确的测量，操作方便。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种智能浆体粘稠度测量装置，包括恒速动力装置，恒速动力装置安装于传感装置上，传感装置内安装有信号采集装置，信号采集装置通过数据处理装置与数据输出装置连接；

恒速动力装置为微型同步电动机；

传感装置上，顶部开口的容器筒的上端螺纹连接有固定筒，固定筒内壁上分别安装有上转动盘和下转动盘，上转动盘和下转动盘之间通过弹性游丝连接，空心转筒放置于容器筒内部且通过第一刚性旋转支撑轴与下转动盘连接，上转动盘和下转动盘分别为带圆弧形缺口的对称同轴不锈钢薄圆盘，上转动盘通过第二刚性旋转支撑轴与微型同步电动机连接；

信号采集装置中，上转动盘上方的上支架上安装有发光二极管，下转动盘下方的下支架上安装有与发光二极管相对应的光敏二极管，脉冲信号转换器分别与发光二极管和光敏二极管电连接；

数据处理装置为与脉冲信号转换器电连接的单片机。

上转动盘和下转动盘上圆弧形缺口的角度为180度。

微型同步电动机转速不受电压影响的微型同步电动机，转速从6-120转/分钟，等间隔等分为20种转速。

弹性游丝为采用规则的阿基米德螺旋线形态的弹性游丝，游丝圈数大于5。

上转动盘和下转动盘通过卡槽安装在固定筒内。

一种采用上述智能浆体粘稠度测量装置进行浆体粘稠度智能测量的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：将水泥浆体置入容器筒中，再将容器筒与固定筒连接；

步骤2：开动微型同步电动机，并控制转速，当微型同步电动机带动上转动盘转动时，弹性游丝则带动下转动盘转动；因水泥浆体对空心转筒外表的粘滞作用，下转动盘的转动角速度与上转动盘的转动角速度不一致；微型同步电动机工作后的某一时间点，在弹性游丝弹性力矩M的平衡作用下，下转动盘滞后一定角度后与上转动盘稳定同步旋转；

步骤3：当转动的上转动盘和下转动盘之间存在缺口时，发光二极管和光敏二极管导通，当转动的上转动盘和下转动盘之间不存在缺口时，发光二极管和光敏二极管断开，经过脉冲信号转换器的处理，二极管导通时，信号记为B＝1；二极管断开时，信号记为B＝0；

步骤4：随着上转动盘和下转动盘的转动，当上转动盘和下转动盘之间转动至存在缺口时，B＝1，上转动盘和下转动盘继续转动至不存在缺口时，B＝0，从有缺口转动至没有缺口的旋转时间，即是将信号转变为长脉冲的时间，脉冲信号的持续时间与缺口夹角α的大小成正比，即为粘稠度的原始数据；

步骤5：将运动粘度δ计算公式中的各个参数输入到数据处理装置中，其中η为液层间的粘滞系数：

其中，是转筒表面的切变应力，是转筒表面的切变速率，M为弹性游丝(8)的弹性力矩，R₁为空心转筒(3)的外径，L为空心转筒(3)的高度，R₂为空心转筒(3)的内径，Ω为空心转筒(3)的旋转角速度；

弹性游丝的弹性力矩M＝Ebt³φ/12l

式中，l为弹性游丝的长度，E为弹性模量，b为弹性游丝矩形截面的宽，t为弹性游丝矩形截面的高，φ为弹性游丝内端固定端的转角；

步骤6：经过数据处理装置处理得到的运动粘度值由数据处理装置输出后显示在数据输出装置上；

即完成浆液粘稠度智能测量。

本实用新型的实用新型原理如下：

(一)浆体粘滞系数表达

容器筒的内径和空心转筒的外径对测量精度有直接的影响。容器筒位盛放被测浆体的装置，容器筒固定不动，容器筒的内径为R₂，空心转筒为与容器筒同轴的空心薄壁圆筒，空心转筒的外径为R₁，高度为L。

测量浆体粘稠度时，将空心转筒浸没在盛放浆体的容器筒中，空心转筒通过第一刚性旋转支撑轴连接到下转动盘上，当上转动盘、弹性游丝、下转动盘的旋转达到平衡状态时，微型同步电动机会带动空心转筒以恒定的角速度Ω在浆体中旋转。

容器筒固定不动，容器筒内壁与浆体无滑动，容器壁处的浆体旋转角速度为0，空心转筒的旋转角速度为Ω，在不计上下端部的粘滞效应下，当容器筒内的浆体随空心转筒转动达到平衡状态时，弹性游丝上弹性力矩M与粘滞力矩平衡，浆体的粘滞系数为：

式中，η为液层间的粘滞系数，浆体的运动粘度为η/g。

根据上式，浆体的粘滞系数η是M、L、Ω、R₁、R₂的函数，当改变其中的一些参数时，可以将测量装置制作成可测量不同范围η和不同精度的多量程测试装置。

对上式变换，并引入新的变量τ、D，浆体的粘滞系数为：

其中，是转筒表面的切变应力，是转筒表面的切变速率。

当弹性力矩M为常数时，τ与转筒的几何尺寸成反比，L或R₁越小，τ值越大，则测试浆体的粘稠度范围越大。

弹性游丝是传感装置的重要组成部分，弹性游丝两端固定且弹性游丝的圈数大于5圈，则可以忽略固定点的反作用力P和R，作用在弹性游丝上的只有内端力矩+M和固定端的力矩-M。

弹性游丝内端固定端的转角为：

φ＝Ml/EI＝12Ml/Ebt³

式中，l为弹性游丝的长度，E为弹性模量，I为游丝截面对平行于转轴轴线的几何惯性矩，一般矩形截面的宽厚比b/t<10。

弹性游丝上下固定端的转角，即下转动盘滞后上转动盘的角度就是转筒所受粘滞

力矩M的同比反映。

(二)信号采集原理

当微型同步电动机带动上转动盘转动时，弹性游丝带动下转动盘转动；因浆体对空心转筒外表的粘滞作用，下转动盘的转动角速度与上转动盘的转动角速度不一致；微型同步电动机工作后的某一时间点，在弹性游丝弹性力矩的平衡作用下，下转动盘滞后一定角度后与上转动盘稳定同步旋转，但是下转动盘与上转动盘的角位移不一致，弹性游丝中有力矩M存在；从顶部俯视，下转动盘与上转动盘的缺口重合部分会发生变化。

从顶部俯视，当下转动盘与上转动盘存在缺口，即发光二极管和光敏二极管之间无上下转动盘的遮拦，二极管导通；当下转动盘与上转动盘闭合，二极管断开。

经过脉冲信号转换器的处理，二极管导通时，信号记为B＝1；二极管断开时，信号记为B＝0。

当弹性力矩M＝0时，上转动盘和下转动盘之间的缺口夹角α＝0，B＝0；当弹性力矩M>0时，上转动盘和下转动盘之间的缺口夹角α>0，B＝1，脉冲信号的持续时间与缺口夹角α的大小成正比，即为粘稠度的原始数据。

脉冲信号转换器生成的原始数据，由数据处理装置采集后输入浆体粘度系数η计算公式，将转筒受到的粘滞作用在弹性游丝中产生的粘滞力矩换算成标准的基质浆体运动粘度。

经过数据处理装置处理得到的运动粘度值由数据处理装置输出后显示在数据输出装置上；

即完成浆液粘稠度智能测量。

本实用新型提供的智能浆体粘稠度测量装置，有益效果如下：

1、结构简单，便于组合安装，定期清洗、维护、校准方便，上下转动盘的约束固定能最大限度的降低弹性元件的非工作状态变形。

2、测试精度高，响应速度快，生产成本低。

3、方便了数据的采集，极大地降低了人工记录和处理数据的机械工作量。

4、尤其适合粘稠度较大的多组分组合浆体的运动粘度的测量，测量粘度范围广。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中上转动盘的示意图；

图3为本实用新型中下转动盘的示意图；

图4为本实用新型中上下转动盘与传感装置的位置示意图；

图5为本实用新型中上下转动盘转动时存在缺口时的示意图；

图6为本实用新型中弹性游丝的螺旋图l；

图7为图6的A-A向示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1-4所示，一种智能浆体粘稠度测量装置，包括恒速动力装置，恒速动力装置安装于传感装置上，传感装置内安装有信号采集装置，信号采集装置通过数据处理装置与数据输出装置连接；

恒速动力装置为微型同步电动机1；

传感装置上，顶部开口的容器筒2的上端螺纹连接有固定筒10，固定筒10内壁上分别安装有上转动盘9和下转动盘7，上转动盘9和下转动盘7之间通过弹性游丝8连接，空心转筒3放置于容器筒2内部且通过第一刚性旋转支撑轴4与下转动盘7连接，上转动盘9和下转动盘7分别为带圆弧形缺口的对称同轴不锈钢薄圆盘，上转动盘9通过第二刚性旋转支撑轴11与微型同步电动机1连接；

信号采集装置中，上转动盘9上方的上支架12上安装有发光二极管13，下转动盘7下方的下支架上安装有与发光二极管13相对应的光敏二极管14，脉冲信号转换器15分别与发光二极管13和光敏二极管14电连接；

数据处理装置为与脉冲信号转换器15电连接的单片机。

上转动盘9和下转动盘7上圆弧形缺口的角度为180度。

微型同步电动机1为转速不受电压影响的微型同步电动机，转速从6-120转/分钟，等间隔地等分为20种转速。

弹性游丝8为采用规则的阿基米德螺旋线形态的弹性游丝，游丝圈数大于5。

上转动盘9和下转动盘7通过卡槽6安装在固定筒10内。

容器筒2宜采用铝材或不锈钢制作，并保证其内壁光滑。

下转动盘7和上转动盘9的厚度均为5毫米。

第一刚性旋转支撑轴4通过固定螺母5与下转动盘7连接。

弹性游丝8无变形时的高度和下转动盘7顶端至上转动盘9底端的距离一致；弹性游丝8固定连接无变形时，上转动盘9的扇形缺口正好垂直投影在下转动盘7的实体上；弹性游丝8的截面可为矩形，亦可为圆形，若截面为矩形时，其长宽比应小于10；弹性游丝8属弹性元件，通常由弹性较好刚度不变的金属材料制成，优选青铜材质。

单片机包括数据储存模块16、程序储存模块17、参数输入模块18以及CPU数据处理模块19，为现有技术，如80C51单片机。

数据输出装置则采用带固态继电器20的LCD显示管21，其中固态继电器为带

有光耦的固态继电器。

实施例二

配制浆体：取200g水泥，以0.5的水灰比，加入100g水，在水泥净浆搅拌器中搅拌5分钟，在恒温条件下制备成水泥浆体。

如图5-7所示，一种采用上述智能浆体粘稠度测量装置进行浆体粘稠度智能测量的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：将水泥浆体置入容器筒2中，再将容器筒2与固定筒10连接；

步骤2：开动微型同步电动机1，并控制转速，当微型同步电动机1带动上转动盘9转动时，弹性游丝8则带动下转动盘7转动；因水泥浆体对空心转筒3外表的粘滞作用，下转动盘7的转动角速度与上转动盘9的转动角速度不一致；微型同步电动机1工作后的某一时间点，在弹性游丝8弹性力矩M的平衡作用下，下转动盘7滞后一定角度后与上转动盘稳定同步旋转；

步骤3：当转动的上转动盘9和下转动盘7之间存在缺口时，发光二极管13和光敏二极管14导通，当转动的上转动盘9和下转动盘7之间不存在缺口时，发光二极管13和光敏二极管14断开，经过脉冲信号转换器15的处理，二极管导通时，信号记为B＝1；二极管断开时，信号记为B＝0；

步骤4：随着上转动盘9和下转动盘7的转动，当上转动盘9和下转动盘7之间转动至存在缺口时，B＝1，上转动盘9和下转动盘7继续转动至不存在缺口时，B＝0，从有缺口转动至没有缺口的旋转时间(如图5所示，上转动盘9的缺口夹角的a边向b边移动时间)，即是将信号转变为长脉冲的时间，脉冲信号的持续时间与缺口夹角α的大小成正比，即为粘稠度的原始数据；

步骤5：将运动粘度δ计算公式中的各个参数输入到数据处理装置中，其中η为液层间的粘滞系数：

上式中，是转筒表面的切变应力，是转筒表面的切变速率；

M为弹性游丝8的弹性力矩，R₁为空心转筒3的外径，L为空心转筒3的高度，

R₂为空心转筒3的内径，Ω为空心转筒3的旋转角速度；

弹性游丝8的弹性力矩为M＝Ebt³φ/12l

上式中，l为弹性游丝的长度，E为弹性模量，b为弹性游丝矩形截面的宽，t为弹性游丝矩形截面的高，φ为弹性游丝内端固定端的转角；

步骤6：经过数据处理装置处理得到的运动粘度值由数据处理装置输出后显示在数据输出装置上(水泥浆体运动粘度δ即在LCD显示管21中显示，同时也可通过带光耦的固态继电器20对粘度值进行调整)，即完成浆液粘稠度智能测量。