一种磁悬浮的旋转法液体粘度测量装置的制作方法

本发明属于测量工程领域，具体来说是一种磁悬浮的旋转法液体粘度测量装置。

背景技术：

粘度是液体的重要参数，研究液体性质时，需要对液体粘度进行定量，而液体粘度往往与温度有关，温度对于液体粘度的影响较大，因此需要在环境温度下对液体粘度进行测量。目前，粘度测量方法主要有毛细管法、旋转法、重力法、平动法、振动法和光干涉法。其中，旋转法具有测量方便的特点，常常应用于现场测量。

目前，旋转法测量液体粘度精度较低，主要存在以下缺陷：一、中心旋转单元振动；二、中心旋转单元往往与轴承连接，达到稳态后，轴承对于转轴有静摩擦力，而静摩擦力往往不可定量；三、扭丝扭转角度小，读数误差大。这三个问题的解决对于提高测量精度有明显的效果。

技术实现要素：

针对旋转法测量液体粘度精度低的问题，本发明公开了一种磁悬浮的旋转法液体粘度测量装置，解决了现有测量装置存在的振动、静摩擦力和读数误差问题，一定程度上提高了测量精度。

本发明所采用的技术方案是：

本发明包括电机、下机罩、联轴器、圆锥滚子轴承、轴承支架、驱动筒、弧面塞、上机罩、径向永磁体、径向线圈、线圈支架、轴向线圈、轴向永磁体、顶盖、调整螺钉、顶架、扭丝、刻度盘、刻度指针、扶正轴和阻尼筒。电机通过螺栓连接固定在下机罩上，下机罩通过螺钉固定在轴承支架外圈。圆锥滚子轴承安装在轴承支架内圈。驱动筒安装在圆锥滚子轴承上，并通过联轴器与电机轴相连。驱动筒上开有定量溢流孔，定量溢流孔中安装弧面塞。线圈支架通过螺钉固定在上机罩中，径向线圈和轴向线圈均安装在线圈支架上。顶盖通过螺钉固定在上机罩上端，顶架通过螺钉固定在顶盖上。调整螺钉安装在顶架上。扭丝上端固定在调整螺钉上，下端与扶正轴上部相连。扶正轴从上往下依次安装刻度指针、轴向永磁体、径向永磁体、阻尼筒。刻度盘固定在上机罩内，且在刻度指针下方，刻度指针和刻度盘之间有微小间隙。

径向永磁体和径向线圈组成径向磁悬浮轴承，以保证扶正轴和阻尼筒处于中心位置。轴向永磁体和轴向线圈组成轴向磁悬浮轴承，以平衡扶正轴、径向永磁体和阻尼筒的重力，避免扭丝受到过大拉力而影响测量精度。

本发明是基于旋转法的原理来测量液体粘度。电机旋转带动驱动筒旋转，驱动筒内的被测液体随着驱动筒旋转。阻尼筒处于被测液体中的部分受到液体粘性力作用，受到与驱动筒旋转方向相同方向的扭矩，扭丝产生一个与驱动筒旋转方向相反的扭矩以保持阻尼筒处于力平衡状态。通过刻度指针和刻度盘可以读取扭丝旋转的角度，从而计算出扭丝所受的扭矩，进而由液体粘性力公式计算出液体粘度。

与现有粘度测量装置相比，本发明具有以下优点：

1、径向永磁体和径向线圈组成径向磁悬浮轴承，保证扶正轴和阻尼筒处于中心位置，减小了测量过程中阻尼筒的振动，减少了阻尼筒达到稳态的时间；且径向永磁体与径向线圈不接触，当装置达到稳定状态时，扶正轴不受静摩擦力作用，提高了测量精度。

2、轴向永磁体和轴向线圈组成轴向磁悬浮轴承，以平衡扶正轴、径向永磁体和阻尼筒的重力，避免扭丝收到过大拉力而影响其抗扭系数，进而提高装置的测量精度。

3、刻度盘采用差分原理，角度测量精度可精确到0.05°。

4、测量在封闭空间内进行，避免了空气扰动对于测量结果的影响。

附图说明

图1是本发明一种磁悬浮的旋转法液体粘度测量装置的结构示意图。

图2是本发明刻度盘位置的局部示意图

图3是刻度盘原点附近的局部放大示意图

图4是弧面塞示意图

图中：1.电机、2.下机罩、3.联轴器、4.圆锥滚子轴承、5.轴承支架、6.驱动筒、7.弧面塞、8.上机罩、9.径向永磁体、10.径向线圈、11.线圈支架、12.轴向线圈、13.轴向永磁体、14.顶盖、15.调整螺钉、16.顶架、17.扭丝、18.刻度盘、19.刻度指针、20.扶正轴、21.阻尼筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明一种磁悬浮的旋转法液体粘度测量装置，包括电机1、下机罩2、联轴器3、圆锥滚子轴承4、轴承支架5、驱动筒6、弧面塞7、上机罩8、径向永磁体9、径向线圈10、线圈支架11、轴向线圈12、轴向永磁体13、顶盖14、调整螺钉15、顶架16、扭丝17、刻度盘18、刻度指针19、扶正轴20和阻尼筒21。

电机1通过螺栓连接固定在下机罩2上，下机罩2通过螺钉固定在轴承支架5外圈。圆锥滚子轴承4安装在轴承支架5内圈。驱动筒6安装在圆锥滚子轴承4上，并通过联轴器3与电机1轴相连。驱动筒6上开有定量溢流孔，定量溢流孔中安装弧面塞7。线圈支架11通过螺钉固定在上机罩8中，径向线圈10和轴向线圈12均安装在线圈支架11上。顶盖14通过螺钉固定在上机罩8上端，顶架16通过螺钉固定在顶盖14上。调整螺钉15安装在顶架16上。扭丝17上端固定在调整螺钉15上，下端与扶正轴20上部相连。扶正轴20从上往下依次安装刻度指19针、轴向永磁体13、径向永磁体10、阻尼筒21。刻度盘18固定在上机罩8内，且在刻度指针19下方，刻度指针19和刻度盘18之间有微小间隙。

径向线圈10通电后，径向永磁体9和径向线圈10组成径向磁悬浮轴承，以保证扶正轴20和阻尼筒21处于中心位置，减小阻尼筒21的振动。轴向线圈12通电后与轴向永磁体13组成轴向磁悬浮轴承，以平衡扶正轴20、径向永磁体9和阻尼筒21的重力，避免扭丝17受到过大拉力而影响测量精度。

测量前，先对装置进行定标，在驱动筒6中加入纯水，测量在环境温度下扭丝17转动的角度，进而计算出在此温度时扭丝17的抗扭系数。

使用装置时，微调调整螺钉15，以保证扭丝17不受扭矩时刻度指针19处于刻度盘18零刻度位置。加待测液体前，调整装置位置，以保证装置处于水平位置。加入待测液体，直至液体流出定量溢流孔为止，待液面稳定后，塞入弧面塞7，弧面塞7弧面需与驱动筒6内周相接，减小驱动筒6转动时弧面塞7对驱动筒6内液体流态的影响。启动装置，给线圈和电机1通电，观察刻度指针19状态，待刻度指针19稳定后，读取扭丝17旋转角度，进而根据液体粘性力公式计算液体粘度。

调整径向线圈10、径向永磁体9、轴向线圈12和轴向永磁体13位置，从而改变装置结构与连接关系，这种更改应视为在本发明的技术方案内。

技术特征：

技术总结
本发明是基于旋转法的原理来测量液体粘度，包括电机、下机罩、联轴器、圆锥滚子轴承、轴承支架、驱动筒、弧面塞、上机罩、径向永磁体、径向线圈、线圈支架、轴向线圈、轴向永磁体、顶盖、调整螺钉、顶架、扭丝、刻度盘、刻度指针、扶正轴和阻尼筒。径向永磁体和径向线圈组成径向磁悬浮轴承，以保证扶正轴和阻尼筒处于中心位置。轴向永磁体和轴向线圈组成轴向磁悬浮轴承，以平衡扶正轴、径向永磁体和阻尼筒的重力，避免扭丝受到过大拉力而影响测量精度。本发明解决了现有旋转法粘度测量装置存在的振动、静摩擦力和读数误差问题，一定程度上提高了测量精度。

技术研发人员：李刚;胡梅玲;李果;黄志强;陈波;魏刚;李伟;邵一建
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2019.03.27
技术公布日：2019.06.21