專利名稱：一種可調(diào)壓力的外筒旋轉(zhuǎn)可視同心圓筒流變儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流量的測量領(lǐng)域，尤其是涉及一種可調(diào)壓力的外筒旋轉(zhuǎn)可視同心圓筒流變儀。
背景技術(shù)：
目前所使用的同心圓筒流變儀通常采用內(nèi)圓筒旋轉(zhuǎn)外圓筒靜止的結(jié)構(gòu)，該類流變儀產(chǎn)生的流動是典型的Couette流。當(dāng)內(nèi)筒的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到一定值時，內(nèi)圓筒與外圓筒之間的流動會產(chǎn)生二次流動，形成Taylor渦，這種二次流將導(dǎo)致測量所獲得的力矩增加，使得流變儀的測量結(jié)果不準(zhǔn)確。由于上述的原因，同心圓筒流變儀只能測量剪切率在數(shù)百S-1以內(nèi)的流變性能參數(shù)，而當(dāng)剪切率增加時，由于所形成的二次流的程度加劇，流變測量結(jié)果更加失真。
圖1及圖2所示是已有的兩種內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)的同心圓筒流變儀的結(jié)構(gòu)圖。它們主要由支架1、溫度傳感器2、密封圈3、注液口23、外剪切圓筒61、外剪切圓筒65、內(nèi)旋轉(zhuǎn)圓筒63、內(nèi)旋轉(zhuǎn)圓筒64、旋轉(zhuǎn)軸62等組成。
旋轉(zhuǎn)軸62與轉(zhuǎn)速扭矩傳感器(圖中未示出)、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)連接在一起，由旋轉(zhuǎn)馬達(dá)驅(qū)動內(nèi)旋轉(zhuǎn)圓筒的旋轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)速扭矩傳感器測量旋轉(zhuǎn)速度及扭矩。外剪切圓筒61與支架1固定在一起，溫度傳感器2用于測量流體的溫度，注液口23用于向圓筒內(nèi)注入被試驗的流體。
內(nèi)圓筒旋轉(zhuǎn)，外圓筒固定時，內(nèi)圓筒與外圓筒之間的流體受剪切力作用。通過測量轉(zhuǎn)速、力矩等參數(shù)，結(jié)合內(nèi)外圓筒的間隙，以及內(nèi)外圓筒的半徑，可以計算出被試驗流體的粘度、剪切模量等流變參數(shù)。
對于內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)的同心圓筒流變儀，存在的問題主要有三點首先，在一定轉(zhuǎn)速、小間隙或筒徑大的條件下，極易產(chǎn)生二次流，導(dǎo)致流變性能測量結(jié)果失真。因此，無法測量高剪切率條件下的流變性能參數(shù)。其次，已有的內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)的同心圓筒流變儀，不能測量不同環(huán)境壓力條件下的流變性能參數(shù)。再次，已有的內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)的同心圓筒流變儀，測量過程中，無法觀測流體的流變狀況。
對于高剪切率條件下流變參數(shù)的測量，目前普遍采用毛細(xì)管流變儀進(jìn)行測量。毛細(xì)管流變儀是壓力驅(qū)動型流變儀，它測量流變參數(shù)，是通過測量流量等參數(shù)，對流場進(jìn)行計算，獲得粘度等流變參數(shù)。采用毛細(xì)管流變儀，可以測量剪切率達(dá)104S-1條件下的粘度等流變參數(shù)。
對于毛細(xì)管流變儀，存在的問題主要有三點首先，測量高分子流體時，毛細(xì)管內(nèi)的流場易產(chǎn)生不穩(wěn)定，導(dǎo)致通過測量流場計算所獲得的結(jié)果不準(zhǔn)確。毛細(xì)管流變儀測量時，受到壓力變化這一復(fù)雜因素的影響。其次，毛細(xì)管流變儀制造技術(shù)難度大，成本高。再次，毛細(xì)管測量時，還有進(jìn)口、出口壓力校正問題，對于要求剪切率達(dá)數(shù)十萬S-1的流變參數(shù)，毛細(xì)管流變儀也難于測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可調(diào)壓力的外筒旋轉(zhuǎn)可視同心圓筒流變儀，采用外圓筒旋轉(zhuǎn)的同心圓筒來測量流變參數(shù)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括外筒旋轉(zhuǎn)可視同心圓筒裝置和壓力調(diào)節(jié)筒，其中1)外筒旋轉(zhuǎn)可視同心圓筒裝置包括支架、溫度傳感器、定位座、透明外圓筒、旋轉(zhuǎn)密封、剪切內(nèi)筒、電機架、轉(zhuǎn)速扭矩傳感器、聯(lián)軸器、旋轉(zhuǎn)電機、軸和中心開有通孔的固定軸。支架中間安裝固定軸，固定軸下端裝有定位座，定位座上裝有透明外圓筒，在透明外圓筒內(nèi)的固定軸上裝有下部為錐形的剪切內(nèi)筒，透明外圓筒上裝有電機架，露出在定位座下端外面的固定軸一側(cè)裝有溫度傳感器，另一側(cè)開有注液口分別經(jīng)固定軸內(nèi)的流道與透明外圓筒下容腔連通，固定軸中心孔經(jīng)剪切內(nèi)筒孔與透明外圓筒上容腔連通，固定軸上端用銷與軸連接，軸上依次裝有轉(zhuǎn)速扭矩傳感器、聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)電機連接；電機架(上的電機轉(zhuǎn)動帶動透明外圓筒連同定位座轉(zhuǎn)動，固定軸與定位座用旋轉(zhuǎn)密封密封；2)壓力調(diào)節(jié)筒包括壓力表、缸體、活塞、螺旋副的活塞桿和手柄?；钊惭b在缸體內(nèi)，帶螺旋副的活塞桿一端接活塞，活塞安裝在缸體內(nèi)，螺旋副的活塞桿的另一端接手柄，活塞的無桿腔經(jīng)壓力表經(jīng)管路接壓力調(diào)節(jié)口，壓力調(diào)節(jié)口與固定軸上所開的中心孔連通。
所述的溫度傳感器、轉(zhuǎn)速扭矩傳感器和旋轉(zhuǎn)電機均與計算機測控系統(tǒng)連接。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是1.流變測量時，外圓筒旋轉(zhuǎn)，內(nèi)圓筒靜止，受剪切的流體流動穩(wěn)定，可避免因二次流導(dǎo)致流變參數(shù)測量的失真。通過改變內(nèi)筒的直徑、外圓筒與內(nèi)筒的間隙，能夠測量較大剪切率(高達(dá)數(shù)十萬S-1)下流體的流變性能參數(shù)；2.壓力調(diào)節(jié)筒的壓力調(diào)節(jié)腔與流變儀的流體腔室是連通的，可以通過調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)筒內(nèi)的壓力來改變被試驗流體的環(huán)境壓力，從而實現(xiàn)不同壓力條件下流體的流變性能參數(shù)測量；3.旋轉(zhuǎn)外圓筒采用耐壓的透明材料，可在流變測量過程中，觀測流體的流變現(xiàn)象；4.旋轉(zhuǎn)外圓筒、密封端蓋、軸、轉(zhuǎn)速扭矩傳感器及旋轉(zhuǎn)電機軸等是通過連軸器或銷軸連接在一起的。
因此，本發(fā)明可運用于水、液壓油、硅油等不同粘度的流體流變性能的測量。它既適用于高粘度流體的流體流變性能測量，也適用于低粘度流體的流體流變性能測量。既可測量小剪切率條件下的流變參數(shù)，也可大剪切率條件下的流變參數(shù)。


圖1是已有內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)的同心圓筒流變儀的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是已有另一種內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)的同心圓筒流變儀的結(jié)構(gòu)原理圖；圖3是本發(fā)明一種可調(diào)壓力的外筒旋轉(zhuǎn)可視同心圓筒流變儀的結(jié)構(gòu)原理圖；圖4是本發(fā)明一種可調(diào)壓力的外筒旋轉(zhuǎn)可視同心圓筒裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖中1、支架，2、溫度傳感器，3、密封圈，4、定位座，5、透明外圓筒，6、旋轉(zhuǎn)密封，7、剪切內(nèi)筒，8、螺栓，9、密封圈，10、螺栓，11、電機架，12、轉(zhuǎn)速扭矩傳感器，13、軸承，14、連軸器，15、旋轉(zhuǎn)電機，16、軸，17、螺釘，18、銷，19、固定軸，20、緊定螺釘，21、密封圈，22、管路，23、注液口，25、三通，26、壓力表，27、端蓋，28、缸體，29、活塞，30、后蓋，31、端面密封，32、活塞桿固定蓋，33、螺釘，34、帶螺旋副的活塞桿，35、手柄，36、銷軸，37、活塞密封圈，39、壓力調(diào)節(jié)缸筒，40、端蓋固定螺栓，41，鎖緊帽、42、密封蓋，43、試驗流體。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖3、圖4所示，本發(fā)明在支架1中間安裝固定軸19，固定軸19下端裝有定位座4，定位座4上裝有透明外圓筒5，在透明外圓筒5內(nèi)的固定軸19上裝有下部為錐形的剪切內(nèi)筒7，透明外圓筒5上裝有電機架11，露出在定位座4下端外面的固定軸19一側(cè)裝有溫度傳感器2，另一側(cè)開有注液口23分別經(jīng)固定軸19內(nèi)的流道與透明外圓筒5下容腔連通，固定軸19中心孔經(jīng)剪切內(nèi)筒7孔與透明外圓筒5上容腔連通，固定軸19上端用銷18與軸16連接，軸16上依次裝有轉(zhuǎn)速扭矩傳感器12、聯(lián)軸器14與旋轉(zhuǎn)電機15連接；電機架11上的電機轉(zhuǎn)動帶動透明外圓筒5連同定位座4轉(zhuǎn)動，固定軸19與定位座4用旋轉(zhuǎn)密封6密封。
密封圈3用于溫度傳感器2的密封，定位座4對透明外圓筒5起到定位作用，旋轉(zhuǎn)密封6將固定軸9與定位座4間的間隙密封隔開，鎖緊帽41將剪切內(nèi)筒7鎖緊在固定軸9上面，螺栓8將固定軸9與透明外圓筒5連接在一起，密封圈9將固定軸9與透明外圓筒5密封隔開，螺栓10把電機架11固定在支架1的上面，轉(zhuǎn)速扭矩傳感器12安裝在固定在支架1的內(nèi)腔，軸承13用于聯(lián)軸器14、旋轉(zhuǎn)電機15的軸、軸16的安裝連接，螺釘17安裝在電機架11的下面，起輔助支作用，銷18將軸16與密封蓋42連接在一起，緊定螺釘20將定位座4與明外圓筒5連接起來，密封圈21用于定位座4與明外圓筒5之間的密封，管路22把試驗流體43的腔室與壓力調(diào)節(jié)腔連接在一起，注液口23通常是關(guān)閉的，實驗前用于注入實驗流體43，壓力表26通過三通25連接到管路22上，端蓋27通過螺栓40連接到缸體28上，缸體內(nèi)裝有活塞29，后蓋30、端面密封31通過螺栓固定到缸體28上，活塞桿固定蓋32及帶螺旋副的活塞桿34通過螺釘33固定到活塞29上，銷軸36用來連接手柄35，活塞密封圈37安裝在活塞上在上面，將活塞的左右兩腔隔開，支架39把壓力調(diào)節(jié)缸筒28支承起來，通過操作柄35，旋轉(zhuǎn)帶螺旋副的活塞桿34，可以移動活塞28，來實現(xiàn)實驗流體43腔內(nèi)壓力的調(diào)節(jié)功能。
在圖3中，連軸器14、轉(zhuǎn)速扭矩傳感器12及銷18將旋轉(zhuǎn)電機15、軸16及密封蓋42連接在一起，螺栓8把密封蓋42與透明外圓筒5固定起來，緊定螺釘20又把定位座4與透明外圓筒5固定在一起。旋轉(zhuǎn)電機15轉(zhuǎn)動，拖動透明外圓筒5轉(zhuǎn)動。鎖緊帽41把剪切內(nèi)筒7與固定軸19鎖緊，固定軸19固定在支架1上面，并處于靜止?fàn)顟B(tài)。外圓筒的旋轉(zhuǎn)，使得被試驗的流體43受到旋轉(zhuǎn)透明外圓筒5與靜止剪切內(nèi)筒7的剪切作用。
由端蓋27、缸體28、活塞29、后蓋30、端面密封31、活塞桿固定蓋32、螺釘33、活塞桿34、手柄35、銷軸36、活塞密封圈37、壓力調(diào)節(jié)缸筒39、端蓋固定螺栓40所構(gòu)成的壓力調(diào)節(jié)筒，用于試驗流體43腔內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)。通過手動搖動使帶螺旋副的活塞桿34，可以使活塞29前進(jìn)或后退，在活塞密封圈37的密封下，活塞29的前進(jìn)或后退可以使得活塞29的圖示右腔內(nèi)的氣壓升高或降低。由于管路22把流體43所處的腔室與圖示活塞29的右腔連接在一起，故圖示活塞29右腔的氣壓升高或降低，同時使得流體43所處的腔室內(nèi)的氣壓升高或降低。
三通25用于連接端蓋27與管路22，壓力表26可以顯示管路22、壓力調(diào)節(jié)筒及流體剪切腔室內(nèi)的環(huán)境壓力。
溫度傳感器2用于測量被試驗流體的溫度，注液口23用于向剪切流體腔室內(nèi)注入被試驗的流體。密封圈9、21及6起密封作用。
轉(zhuǎn)速扭矩傳感器12、溫度傳感器2及旋轉(zhuǎn)電機15與計算機測控系統(tǒng)連接在一起，通過計算機控制旋轉(zhuǎn)電機的不同旋轉(zhuǎn)模式及速度，測量轉(zhuǎn)速及扭矩，通過已知的間隙、圓筒直徑等參數(shù)，計算機可以計算出所需要的不同剪切率條件下的流體流變性能參數(shù)。
如圖3和圖4所示。試驗測試時，先完成不同轉(zhuǎn)速、不同應(yīng)變及不同頻率條件下的系統(tǒng)標(biāo)定。然后拆掉螺栓8，取掉密封圈9，卸掉圖3所示中的銷18，移開軸16，打開密封端蓋，通過注液口23向外圓筒旋轉(zhuǎn)同心圓筒流變儀的流體腔室42內(nèi)注入被試驗的流體到預(yù)定的高度，腔內(nèi)的氣體通過上端排出。注液時，應(yīng)確保流體內(nèi)的氣泡排出。
流體注好后，裝入密封圈9，用螺栓8將密封端蓋封好。移回軸16，插好銷18。完成管路22與試驗測試裝置及壓力調(diào)節(jié)筒的正確連接，打開連接端蓋27搖動手柄35，將活塞29退到預(yù)定的位置。關(guān)閉連接端蓋27，搖動手柄35，調(diào)節(jié)被試驗流體所需要的環(huán)境壓力至設(shè)定值，調(diào)節(jié)過程中應(yīng)觀察壓力表26的指針。完成計算機測控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定，諸如轉(zhuǎn)速、應(yīng)變量、掃描頻率等等。啟動試驗測試程序，完成所需要條件下的流體流變性能參數(shù)的測量。測量結(jié)果通過計算顯示終端顯示，也可作保存復(fù)制等。
轉(zhuǎn)速扭矩傳感器12、溫度傳感器2及旋轉(zhuǎn)電機15的相關(guān)測量參數(shù)輸入計算機測控系統(tǒng)，計算機測控系統(tǒng)通過已知的間隙、圓筒直徑及標(biāo)定等參數(shù)，計算出所需要的不同剪切率條件下的流體流變性能參數(shù)，如黏度、法向力、應(yīng)變等。通過對試驗過程中的觀察，以及所拍的照片，可分析流體流變過程中的性狀變化。
試驗結(jié)束后，切斷計算機測控系統(tǒng)的電源，搖動手柄35，將活塞29退到初始位置。拆掉螺栓8，取掉密封圈9，卸掉圖3所示中的銷18，移開軸16，卸掉密封端蓋，將由透明外圓筒5、旋轉(zhuǎn)密封6、剪切內(nèi)筒7、螺栓8、密封圈9等組成的外筒旋轉(zhuǎn)流變儀取出，把筒內(nèi)的試驗液體倒掉，并將內(nèi)筒、外筒及固定軸等零部件清洗干凈，并復(fù)裝到原來的位置。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)壓力的外筒旋轉(zhuǎn)可視同心圓筒流變儀，其特征在于包括外筒旋轉(zhuǎn)可視同心圓筒裝置和壓力調(diào)節(jié)筒，其中1)外筒旋轉(zhuǎn)可視同心圓筒裝置包括支架(1)、溫度傳感器(2)、定位座(4)、透明外圓筒(5)、旋轉(zhuǎn)密封(6)、剪切內(nèi)筒(7)、電機架(11)、轉(zhuǎn)速扭矩傳感器(12)、聯(lián)軸器(14)、旋轉(zhuǎn)電機(15)、軸(16)和中心開有通孔的固定軸(19)；支架(1)中間安裝固定軸(19)，固定軸(19)下端裝有定位座(4)，定位座(4)上裝有透明外圓筒(5)，在透明外圓筒(5)內(nèi)的固定軸(19)上裝有下部為錐形的剪切內(nèi)筒(7)，透明外圓筒(5)上裝有電機架(11)，露出在定位座(4)下端外面的固定軸(19)一側(cè)裝有溫度傳感器(2)，另一側(cè)開有注液口(23)分別經(jīng)固定軸(19)內(nèi)的流道與透明外圓筒(5)下容腔連通，固定軸(19)中心孔經(jīng)剪切內(nèi)筒(7)孔與透明外圓筒(5)上容腔連通，固定軸(19)上端用銷(18)與軸(16)連接，軸(16)上依次裝有轉(zhuǎn)速扭矩傳感器(12)、聯(lián)軸器(14)與旋轉(zhuǎn)電機(15)連接；電機架(11)上的電機轉(zhuǎn)動帶動透明外圓筒(5)連同定位座(4)轉(zhuǎn)動，固定軸(19)與定位座(4)用旋轉(zhuǎn)密封(6)密封；2)壓力調(diào)節(jié)筒包括壓力表(26)、缸體(28)、活塞(29)、螺旋副的活塞桿(34)和手柄(35)；活塞(29)安裝在缸體(28)內(nèi)，帶螺旋副的活塞桿(34)一端接活塞(29)，活塞(29)安裝在缸體(28)內(nèi)，螺旋副的活塞桿(34)的另一端接手柄(35)，活塞(29)的無桿腔經(jīng)壓力表(26)經(jīng)管路接壓力調(diào)節(jié)口，壓力調(diào)節(jié)口與固定軸(19)上所開的中心孔連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)壓力的外筒旋轉(zhuǎn)可視同心圓筒流變儀，其特征在于所述的溫度傳感器(2)、轉(zhuǎn)速扭矩傳感器(12)和旋轉(zhuǎn)電機(15)均與計算機測控系統(tǒng)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可調(diào)壓力的外筒旋轉(zhuǎn)可視同心圓筒流變儀。包括外筒旋轉(zhuǎn)可視同心圓筒裝置和壓力調(diào)節(jié)筒。流變測量時，外圓筒旋轉(zhuǎn)，內(nèi)圓筒靜止，受剪切的流體流動穩(wěn)定，可避免因二次流導(dǎo)致流變參數(shù)測量的失真；壓力調(diào)節(jié)筒的壓力調(diào)節(jié)腔與流變儀的流體腔室是連通的，可以通過調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)筒內(nèi)的壓力來改變被試驗流體的環(huán)境壓力，從而實現(xiàn)不同壓力條件下流體的流變性能參數(shù)測量；旋轉(zhuǎn)外圓筒采用耐壓的透明材料，可在流變測量過程中，觀測流體的流變現(xiàn)象。本發(fā)明可運用于水、液壓油、硅油等不同粘度的流體流變性能的測量。它適用于高、低粘度流體的流體流變性能測量；可測量大、小剪切率條件下的流變參數(shù)。
文檔編號G01M10/00GK1800802SQ20061004899
公開日2006年7月12日 申請日期2006年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月11日
發(fā)明者范毓?jié)? 郭關(guān)柱 申請人:浙江大學(xué)