專利名稱：電流變液流變特性測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種電流變液流變特性測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電流變液是一種智能流體材料，流變特性是其最基本和最關(guān)鍵的特性，測(cè)量電流變液流變特性的儀器和方法也多種多樣?，F(xiàn)有的電流變液流變特性測(cè)量?jī)x器和方法基本上是在已有的用于普通流體流變特性測(cè)量的流變儀上進(jìn)行改裝和升級(jí)。通常的做法就是在測(cè)量系統(tǒng)上增加高電壓傳導(dǎo)和絕緣元件，在測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量空間形成高電場(chǎng)。以旋轉(zhuǎn)式流變儀的雙平板測(cè)量系統(tǒng)為例，現(xiàn)有報(bào)道的措施是將測(cè)量系統(tǒng)中的上平板或下平板與儀器的其它部分絕緣，然后將高電壓加到被絕緣的上平板或下平板上。到目前為止，電流變液發(fā)生顯著流變效應(yīng)所需的電場(chǎng)強(qiáng)度一般都在2000V/mm以上。如果測(cè)量系統(tǒng)中上、下平板的間距為0.5mm，那么兩個(gè)平板之間的電壓需要達(dá)到1000V以上。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的查新發(fā)現(xiàn)，英國(guó)BOHLIN公司(2003年被MALVERN公司收購(gòu))生產(chǎn)的CVO100流變儀和相應(yīng)的高電壓測(cè)量系統(tǒng)即屬于上述類型。其中，上平板與儀器主體絕緣，但是它上面的鋁質(zhì)導(dǎo)電環(huán)浸泡在安裝基座上的電解質(zhì)溶液槽中。電解質(zhì)溶液槽的內(nèi)壁為金屬，外殼為酚醛樹(shù)脂絕緣材料，使電解質(zhì)溶液和儀器主體絕緣。高壓直流電通過(guò)與電解質(zhì)溶液槽金屬內(nèi)壁連接的BNC插頭的芯腳加到金屬內(nèi)壁和槽中的電解質(zhì)溶液，于是測(cè)量系統(tǒng)的上平板帶高壓正電。BNC插頭的外殼和下平板接地。用該儀器實(shí)際測(cè)量電流變液時(shí)，上平板的旋轉(zhuǎn)速度無(wú)法穩(wěn)定，剪切應(yīng)力急劇波動(dòng)，無(wú)法獲得有效的測(cè)量數(shù)據(jù)。經(jīng)分析，這是流變儀本身的特點(diǎn)和電流變液流變特性的特殊性導(dǎo)致的。首先，CVO100是為石油等普通流體的流變特性測(cè)量設(shè)計(jì)的高精度流變儀，剪切應(yīng)力分辨率和剪切速率分辨率很高，但是最大驅(qū)動(dòng)力矩只有0.1N·m。其次，高電場(chǎng)強(qiáng)度下的電流變液在上平板的剪切作用下，屈服前它對(duì)上平板的反作用力往往幾倍于屈服后對(duì)上平板的反作用力。實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常觀察到上平板不能按剪切速率的設(shè)定值旋轉(zhuǎn)而處于微幅振動(dòng)，即是由于流變儀的驅(qū)動(dòng)力矩不夠引起的。第三，雙平板測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式不能保證電流變液和上平板充分和穩(wěn)定地接觸。第四，正電極的供電方式中，鋁質(zhì)導(dǎo)電環(huán)和電解質(zhì)溶液之間的接觸引入了附加的剪切應(yīng)力，從而影響測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電流變液流變特性測(cè)量系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)式流變儀應(yīng)用該測(cè)量系統(tǒng)后，能夠準(zhǔn)確和可靠地測(cè)量電流變液的流變特性。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括轉(zhuǎn)軸、上部四氟絕緣套、剪切臂、測(cè)量空間、導(dǎo)電環(huán)、下部四氟絕緣套和基座。轉(zhuǎn)軸、上部四氟絕緣套和剪切臂緊密配合構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)部件取代流變儀中的原有的上平板，動(dòng)部件不和高壓電源系統(tǒng)相連；基座保持了流變儀原有基座的外輪廓機(jī)械尺寸，但是在中間增設(shè)了導(dǎo)電環(huán)和下部四氟絕緣套，并且導(dǎo)電環(huán)的內(nèi)圓柱面、下部四氟絕緣套和基座中心處的圓柱面構(gòu)成測(cè)量空間，電流變液設(shè)置于測(cè)量空間中，導(dǎo)電環(huán)連接高壓電源正極，基座連接高壓電源負(fù)極，測(cè)量空間中的電場(chǎng)強(qiáng)度為徑向輻射方向，剪切臂伸入測(cè)量空間中沿切線方向剪切其中的電流變液。
其中，上部四氟絕緣套和轉(zhuǎn)軸緊密配合，轉(zhuǎn)軸底部沿徑向向外有臺(tái)階狀凸起，而上部四氟絕緣套的對(duì)應(yīng)位置有臺(tái)階狀內(nèi)凹，二者的軸向位置得以精確定位。剪切臂的上根部為環(huán)形，它和上部四氟絕緣套緊密配合；上部四氟絕緣套底部沿徑向向外有臺(tái)階狀凸起，而剪切臂的環(huán)形根部的對(duì)應(yīng)位置有臺(tái)階狀內(nèi)凹，二者的軸向位置得以精確定位。剪切臂在環(huán)形根部以下是兩個(gè)狹窄的沿軸向延伸的薄片，每個(gè)薄片的弧長(zhǎng)為2mm，長(zhǎng)度11mm，厚度0.5mm，兩個(gè)薄片沿半徑為10.75mm的圓周以圓心對(duì)稱分布。轉(zhuǎn)軸、上部四氟絕緣套和剪切臂緊密配合構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)部件，它在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)?；纳喜渴且粋€(gè)環(huán)形槽，環(huán)形槽所包圍的中心處是半徑為10mm的圓柱。下部四氟絕緣套的外圓柱面和環(huán)形槽的外側(cè)圓柱面緊密配合，下部四氟絕緣套的底面和環(huán)形槽的底部接觸，下部四氟絕緣套的底面中心圓孔與環(huán)形槽的內(nèi)側(cè)圓柱面接觸。導(dǎo)電環(huán)的外圓柱面和下部四氟絕緣套的內(nèi)圓柱面活動(dòng)配合，導(dǎo)電環(huán)的內(nèi)圓柱面與基座中間的半徑為10mm的圓柱面之間構(gòu)成寬度為1.5mm的環(huán)形測(cè)量空間。測(cè)量空間的深度為11mm，當(dāng)轉(zhuǎn)軸的底面和基座中間半徑為10mm的圓柱上表面接觸時(shí)，剪切臂伸入測(cè)量空間的長(zhǎng)度為10mm，剪切臂的內(nèi)表面與基座中間的半徑為10mm的圓柱面之間的距離為0.5mm，剪切臂的外表面與導(dǎo)電環(huán)的內(nèi)圓柱面之間的距離為0.5mm。
本發(fā)明工作時(shí)，高壓電源的高壓端連接到導(dǎo)電環(huán)，高壓電源的地線連接到基座。當(dāng)高壓電源的輸出電壓為2000V時(shí)，剪切臂所在位置的徑向電場(chǎng)強(qiáng)度為2000V/mm，其它位置的徑向電場(chǎng)強(qiáng)度為1333V/mm。將電流變液注入測(cè)量空間中，將轉(zhuǎn)軸下降使它的底面和基座中間半徑為10mm的圓柱上表面接觸，設(shè)定此時(shí)的上、下距離為零。將轉(zhuǎn)軸上升2mm，于是剪切臂在測(cè)量空間中的長(zhǎng)度為8mm。轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，剪切臂剪切測(cè)量空間中的電流變液，剪切臂受到的剪切力矩經(jīng)轉(zhuǎn)軸被流變儀中的力矩傳感器所檢測(cè)，由剪切臂的力臂長(zhǎng)度和剪切面積可以計(jì)算得到電流變液的剪切應(yīng)力值。電流變液的流變特性可以用不同電場(chǎng)強(qiáng)度下的剪切速率和剪切應(yīng)力之間的關(guān)系加以描述。
由于剪切臂的厚度遠(yuǎn)小于剪切臂的半徑R，因此可以認(rèn)為剪切臂的內(nèi)、外剪切面的力臂長(zhǎng)度都為R。設(shè)剪切臂浸入測(cè)量空間的長(zhǎng)度為H，剪切臂的弧長(zhǎng)為L(zhǎng)，剪切力矩為M，剪切應(yīng)力τ=M4RHL]]>設(shè)剪切臂的剪切線速度為V，剪切臂的內(nèi)、外表面與基座中間的半徑為10mm的圓柱面和導(dǎo)電環(huán)的內(nèi)圓柱面之間的距離為D，剪切速率γ·=VD]]>由不同電場(chǎng)強(qiáng)度下的剪切應(yīng)力和剪切速率的測(cè)量數(shù)據(jù)可以得到各種電流變液流變特性模型的具體參數(shù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的剪切速率的均勻性優(yōu)于雙平板測(cè)量系統(tǒng)，因?yàn)樵陔p平板測(cè)量系統(tǒng)中剪切速率沿徑向是不均勻的。由于剪切臂的下部是浸泡在電流變液中，二者能可靠地接觸。雖然電流變液的剪切應(yīng)力遠(yuǎn)大于普通流體，但是本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的剪切面積很小，同時(shí)還可以通過(guò)轉(zhuǎn)軸的上、下移動(dòng)進(jìn)一步加以限制，使轉(zhuǎn)軸所受到的最大剪切轉(zhuǎn)矩小于流變儀的最大驅(qū)動(dòng)力矩，以保證流變儀的正常測(cè)量工作。轉(zhuǎn)軸除了受到剪切力矩以外沒(méi)有其它作用力，消除了原有的雙平板測(cè)量系統(tǒng)中為高電壓供電的鋁質(zhì)導(dǎo)電環(huán)和電解質(zhì)溶液的接觸帶來(lái)的附加剪切力矩。通過(guò)導(dǎo)電環(huán)，高壓直流電可以方便地加到測(cè)量空間的電流變液體上。電流變液體只需填滿測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量空間，電流變液的用量少。測(cè)量完成后，通過(guò)拆卸導(dǎo)電環(huán)即可清潔測(cè)量空間。本發(fā)明充分利用了現(xiàn)有流變儀的功能，在原理和結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)了電流變液的機(jī)理特點(diǎn)，高電壓供電不影響測(cè)量精度，電流變液用量少，清理方便，有利于電流變液的材料研究。


圖1本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明包括轉(zhuǎn)軸1、上部四氟絕緣套2、剪切臂3、測(cè)量空間4、導(dǎo)電環(huán)5、下部四氟絕緣套6和基座7。轉(zhuǎn)軸1、上部四氟絕緣套2和剪切臂3緊密配合構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)部件取代流變儀中的原有的上平板，動(dòng)部件不和高壓電源系統(tǒng)相連；基座7中間增設(shè)了導(dǎo)電環(huán)5和下部四氟絕緣套6，并且導(dǎo)電環(huán)5的內(nèi)圓柱面、下部四氟絕緣套6和基座7中心處的圓柱面構(gòu)成測(cè)量空間4，電流變液設(shè)置于測(cè)量空間4中，導(dǎo)電環(huán)5連接高壓電源正極，基座7連接高壓電源負(fù)極，測(cè)量空間4中的電場(chǎng)強(qiáng)度為徑向輻射方向，剪切臂3伸入測(cè)量空間4中沿切線方向剪切其中的電流變液。
轉(zhuǎn)軸1、上部四氟絕緣套2和剪切臂3緊密配合構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)部件，它在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)?；?的上部是一個(gè)環(huán)形槽，環(huán)形槽所包圍的中心處是半徑為10mm的圓柱。下部四氟絕緣套6的外圓柱面和環(huán)形槽的外側(cè)圓柱面緊密配合，下部四氟絕緣套6的底面和環(huán)形槽的底部接觸，下部四氟絕緣套6的底面中心圓孔與環(huán)形槽的內(nèi)側(cè)圓柱面接觸。導(dǎo)電環(huán)5的外圓柱面和下部四氟絕緣套6的內(nèi)圓柱面活動(dòng)配合，導(dǎo)電環(huán)5的內(nèi)圓柱面與基座7中間的半徑為10mm的圓柱面之間構(gòu)成寬度為1.5mm的環(huán)形測(cè)量空間4。測(cè)量空間4的深度為11mm，當(dāng)轉(zhuǎn)軸1的底面和基座7中間的半徑為10mm的圓柱上表面接觸時(shí)，剪切臂3伸入測(cè)量空間4的長(zhǎng)度為10mm，剪切臂3的內(nèi)表面與基座7中間的半徑為10mm的圓柱面之間的距離為0.5mm，剪切臂3的外表面與導(dǎo)電環(huán)5的內(nèi)圓柱面之間的距離為0.5mm。
上部四氟絕緣套2和轉(zhuǎn)軸1緊密配合，并且轉(zhuǎn)軸1底部沿徑向向外有臺(tái)階狀凸起，而上部四氟絕緣套2的對(duì)應(yīng)位置有臺(tái)階狀內(nèi)凹，二者的軸向位置得以精確定位。剪切臂3的上根部為環(huán)形，它和上部四氟絕緣套2緊密配合，并且上部四氟絕緣套2底部沿徑向向外有臺(tái)階狀凸起，而剪切臂3的環(huán)形根部的對(duì)應(yīng)位置有臺(tái)階狀內(nèi)凹，二者的軸向位置得以精確定位。剪切臂3在環(huán)形根部以下是兩個(gè)狹窄的沿軸向延伸的薄片，每個(gè)薄片的弧長(zhǎng)為2mm，長(zhǎng)度11mm，厚度0.5mm，兩個(gè)薄片沿半徑為10.75mm的圓周以圓心對(duì)稱分布。剪切臂3不和高壓電源系統(tǒng)直接相連接。
測(cè)量時(shí)，高壓電源的高壓端連接到導(dǎo)電環(huán)5，高壓電源的地線連接到基座7。將電流變液注入測(cè)量空間4中，將轉(zhuǎn)軸1下降使它的底面和基座7中間半徑為10mm的圓柱上表面接觸，設(shè)定此時(shí)的上、下距離為零。將轉(zhuǎn)軸1上升2mm，于是剪切臂3在測(cè)量空間4中的長(zhǎng)度為8mm。轉(zhuǎn)軸1旋轉(zhuǎn)時(shí)，剪切臂3剪切測(cè)量空間4中的電流變液，剪切臂3受到的剪切力矩經(jīng)轉(zhuǎn)軸1被流變儀中的力矩傳感器所檢測(cè)，由剪切臂3的力臂長(zhǎng)度和剪切面積可以計(jì)算得到電流變液的剪切應(yīng)力值。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)式流變儀的電流變液流變特性測(cè)量系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)軸(1)、上部四氟絕緣套(2)、剪切臂(3)、基座(7)，其特征在于，還包括測(cè)量空間(4)、導(dǎo)電環(huán)(5)和下部四氟絕緣套(6)，其中，轉(zhuǎn)軸(1)、上部四氟絕緣套(2)和剪切臂(3)緊密配合構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)部件取代流變儀中的上平板，基座(7)中間增設(shè)了導(dǎo)電環(huán)(5)和下部四氟絕緣套(6)，并且導(dǎo)電環(huán)(5)的內(nèi)圓柱面、下部四氟絕緣套(6)和基座(7)中心處的圓柱面構(gòu)成測(cè)量空間(4)，電流變液設(shè)置于測(cè)量空間(4)中，導(dǎo)電環(huán)(5)連接高壓電源正極，基座(7)連接高壓電源負(fù)極，測(cè)量空間(4)中的電場(chǎng)強(qiáng)度為徑向輻射方向，剪切臂(3)伸入測(cè)量空間(4)中沿切線方向剪切其中的電流變液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流變液流變特性測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，四氟絕緣套(2)和轉(zhuǎn)軸(1)緊密配合，并且轉(zhuǎn)軸(1)底部沿徑向向外有臺(tái)階狀凸起，而上部四氟絕緣套(2)的對(duì)應(yīng)位置有臺(tái)階狀內(nèi)凹，二者的軸向位置得以定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流變液流變特性測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，剪切臂(3)的上根部為環(huán)形，它和上部四氟絕緣套(2)緊密配合，并且上部四氟絕緣套(2)底部沿徑向向外有臺(tái)階狀凸起，而剪切臂(3)的環(huán)形根部的對(duì)應(yīng)位置有臺(tái)階狀內(nèi)凹，二者的軸向位置得以定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流變液流變特性測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，剪切臂(3)在環(huán)形根部以下是兩個(gè)狹窄的沿軸向延伸的薄片，兩個(gè)薄片沿圓周以圓心對(duì)稱分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流變液流變特性測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，每個(gè)薄片的弧長(zhǎng)為2mm，長(zhǎng)度11mm，厚度0.5mm，兩個(gè)薄片沿半徑為10.75mm的圓周以圓心對(duì)稱分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流變液流變特性測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，基座(7)的上部是一個(gè)環(huán)形槽，環(huán)形槽所包圍的中心處是半徑為10mm的圓柱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或者6所述的電流變液流變特性測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，下部四氟絕緣套(6)的外圓柱面和基座(7)環(huán)形槽的外側(cè)圓柱面緊密配合，下部四氟絕緣套(6)的底面和基座(7)環(huán)形槽的底部接觸，下部四氟絕緣套(6)的底面中心圓孔與環(huán)形槽的內(nèi)側(cè)圓柱面接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流變液流變特性測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，導(dǎo)電環(huán)(5)的外圓柱面和下部四氟絕緣套(6)的內(nèi)圓柱面活動(dòng)配合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流變液流變特性測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，測(cè)量空間(4)，為導(dǎo)電環(huán)(5)的內(nèi)圓柱面與基座(7)中間的半徑為10mm的圓柱面之間構(gòu)成的寬度為1.5mm的環(huán)形測(cè)量空間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或者9所述的電流變液流變特性測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，測(cè)量空間(4)的深度為11mm，當(dāng)轉(zhuǎn)軸(1)的底面和基座(7)中間的半徑為10mm的圓柱上表面接觸時(shí)，剪切臂(3)伸入測(cè)量空間(4)的長(zhǎng)度為10mm，剪切臂(3)的內(nèi)表面與基座(7)中間的半徑為10mm的圓柱面之間的距離為0.5mm，剪切臂(3)的外表面與導(dǎo)電環(huán)(5)的內(nèi)圓柱面之間的距離為0.5mm。
全文摘要
一種測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的電流變液流變特性測(cè)量系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)軸、上部四氟絕緣套、剪切臂、測(cè)量空間、導(dǎo)電環(huán)、下部四氟絕緣套和基座。轉(zhuǎn)軸、上部四氟絕緣套和剪切臂緊密配合構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)部件取代流變儀中的上平板；基座中間增設(shè)了導(dǎo)電環(huán)和下部四氟絕緣套，并且導(dǎo)電環(huán)的內(nèi)圓柱面、下部四氟絕緣套和基座中心處的圓柱面構(gòu)成測(cè)量空間，電流變液設(shè)置于測(cè)量空間中，導(dǎo)電環(huán)連接高壓電源正極，基座連接高壓電源負(fù)極，測(cè)量空間中的電場(chǎng)強(qiáng)度為徑向輻射方向，剪切臂伸入測(cè)量空間中沿切線方向剪切其中的電流變液。本發(fā)明的剪切速率均勻，剪切臂與電流變液可靠地接觸，高壓供電方式不影響測(cè)量精度，電流變液的用量少，測(cè)量空間清潔方便。
文檔編號(hào)G01N11/14GK1731140SQ20051002888
公開(kāi)日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2005年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日
發(fā)明者陳樂(lè)生, 裘揆, 陳大躍 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)