一種同時測量流變學參量和電學參量的裝置和方法
【專利摘要】一種同時測量流變學參量和電學參量的裝置，該裝置在測量流變學參數的同時提供電學參數測量通路。所述的裝置中流變學參量測量采用旋轉流變儀的通用結構，包含流變參量測量模塊、測量用轉子和圓筒等，絕緣聯軸器將轉軸電絕緣，并通過轉動連接模塊將轉子與轉軸連接，轉子與轉動連接模塊外層電連通，將電學參量測量模塊兩端分別連接圓筒和轉動連接模塊外層，為電學測量提供通路。本發明還公開了采用所述裝置同時測量流變學參量和電學參量的方法，首先獲取流變測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數；再將測量用轉子裝入導入被測液體的圓筒內，在流變測量模塊獲得穩定測量結果時獲取電學測量數據，根據初始參數計算最終測量結果。
【專利說明】
一種同時測量流變學參量和電學參量的裝置和方法
技術領域
[0001]本發明涉及流變特性測量技術領域，尤其是涉及一種同時測量流變學參量和電學參量的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]流變儀是用于測定聚合物熔體、聚合物溶液、懸浮液、乳液、涂料、油墨和食品等流變性質的儀器。流變學測量是觀察高分子材料內部結構的窗口，通過高分子材料，諸如塑料、橡膠、樹脂中不同尺度分子鏈的響應，可以表征高分子材料的分子量和分子量分布，能快速、簡便、有效地進行原材料、中間產品和最終產品的質量檢測和質量控制。流變測量在高聚物的分子量、分子量分布、支化度與加工性能之間構架了一座橋梁，所以它提供了一種直接的聯系，幫助用戶進行原料檢驗、加工工藝設計和預測產品性能。
[0003]介電常數是流體流變特性的另一個重要參數，但與流變學的研究在原理上有很大的區別。介電譜儀測量樣品介電常數的原理是通過信號源發射交流信號，然后用矢量電壓分析儀測量信號源兩端電壓信號，用矢量電流分析儀測量信號源經過樣品電容器后的電流信號，再對電壓信號和電流信號進行分析計算，最后可以得到樣品的介電常數。
[0004]現有的流變儀只能單一的測量流變學參數，而不能做到在測量流變學參數的同時完成對介電常數的同步測量，本發明針對這一不足，提出了一種同時測量流變學參量和介電常數參量的裝置和方法。該裝置和方法還可以用于同時測量流變學參量和其他電學參量。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中流變儀只能單一測量流變學參數的不足，提供一種同時測量流變學參量和電學參量的裝置和方法。
[0006]本發明采用如下技術方案:
[0007]—種同時測量流變學參量和電學參量的裝置，所述的裝置包含如下組件:
[0008]裝置支架:包含底板，背板和位于背板上的導軌，背板用于安裝流變測量模塊，底板用于放置測量用圓筒，流變測量模塊或底板可以在電機驅動下沿導軌上下移動；
[0009]流變參量測量模塊:用于流變參數的測量，包含用于旋轉產生剪切的轉軸和用于測量流變學參數的傳感器；
[0010]電學參量測量模塊:用于電學參數的測量；
[0011]絕緣聯軸器:用于連接流變參量測量模塊的轉軸和測量用轉子，其中包含絕緣的不傳導材料，將流變參量測量模塊的轉軸和測量用轉子電絕緣；
[0012]轉動連接模塊:其內層隨測量用轉子轉動，外層固定在轉動連接模塊支架上，測量用轉子與外層之間電學連通；
[0013]轉動連接模塊支架:用于固定轉動連接模塊的外層，在轉動連接模塊的內層隨轉子旋轉時，確保轉動連接模塊外層不跟隨連接模塊內層的旋轉；
[0014]測量用轉子:用于測量流變參數；
[0015]溫度采集模塊:位于圓筒筒壁內部，用于采集圓筒內部溫度；
[0016]圓筒:用于陳放被測液體；
[0017]水浴桶:用于給圓筒升溫或降溫；
[0018]導線:將電學參量測量模塊兩端分別連接圓筒和轉動連接模塊外層。
[0019]本發明所述的裝置可以同時測量流變學參量和電學參量，包含流變學參量測量部分和電學參量測量部分。其中，流變學參量測量部分采用旋轉流變儀的通用結構，通過旋轉產生剪切來測定材料的流變特性，包含流變參量測量模塊、測量用轉子和陳放被測液體的圓筒等，流變參量測量模塊包含用于測量流變學參數的傳感器，輸出轉矩的轉軸以產生剪切，以及具有溫度采集、溫度控制功能的模塊，流變參量測量模塊可按照現有技術中的旋轉流變儀實現。所述的裝置采用絕緣聯軸器將被測液體與流變參量測量模塊電絕緣，并通過轉動連接模塊為被測液體與電學參量測量模塊提供穩定的電學連接并防止相互干擾，從而實現了流變學參量和電學參量的同時測量。
[0020]所述裝置中，測量用轉子可以采用多種形狀，其幾何結構如平板式、錐/平板式、同心圓桶式。
[0021]所述裝置中，圓筒還包含一個蓋子，用于防止轉子轉動引起的液體濺出和阻止圓筒內部液體和外部環境之間的熱傳遞;圓筒底部包含抽出或導入液體的導孔。
[0022]本發明還涉及采用所述裝置同時測量流變學參量和電學參量的方法，其特征在于，在溫控程序的控制下達到預設的溫度后，使得測量用轉子在空氣中空轉，獲取流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數;將測量用轉子裝入導入被測液體的圓筒內，啟動流變參量測量模塊和電學參量測量模塊，在流變參量測量模塊獲得穩定測量結果時獲取電學測量數據，根據流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數分別計算流變參量和電學參量測量結果。
[0023]上述方法的第一種實施方式，獲取流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數的步驟如下:在溫控程序的控制下達到預設的溫度后，抽空圓筒內的液體，啟動流變參量測量模塊和電學參量測量模塊，使得測量用轉子在空氣中空轉，獲取流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數;重新將液體導入圓筒，再次達到預設溫度后進行后續測量。
[0024]上述方法的第二種實施方式，獲取流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數的步驟如下:在溫控程序的控制下達到預設的溫度后，抬升流變參量測量模塊或者降低圓筒所在平面，使得測量用轉子離開圓筒，啟動流變參量測量模塊和電學參量測量模塊，使得測量用轉子在空氣中空轉，獲取流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數；降低流變參量測量模塊或抬升圓筒所在平面，使測量用轉子重新進入圓筒內，再次達到預設溫度后進行后續測量。
[0025]采用所述裝置同時進行流變學參量和電學參量的測量，每次測量前需獲取流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數，并根據初始參數對實際的測量結果進行校正。原因在于，所述裝置中，旋轉結構的摩擦系數會隨溫度而發生變化，轉動連接模塊的接觸電阻會隨溫度發生變化，會對流變學參量和電學參量的測量造成影響。
[0026]有益效果:本發明的同時測量流變學參量和電學參量的裝置，在現有技術中的旋轉流變儀的基礎上，在測量流變學參數的同時提供電學參數測量通路。流變學參量測量部分采用旋轉流變儀的通用結構，通過旋轉產生剪切來測定材料的流變特性。所述的裝置采用絕緣聯軸器將被測液體與流變參量測量模塊電絕緣，并通過轉動連接模塊的內層電學連接連續旋轉的測量用的轉子(轉子直接放置在陳放被測流體的圓筒中)，轉動連接模塊的外層導線連接電學參量測量模塊，如介電譜儀;電學參量測量模塊的另外一端連接圓筒外壁，為電學參量的測量提供必須的通路，從而實現了流變學參量和電學參量的同時測量。
【附圖說明】
[0027]圖1本發明的同時測量流變學參量和電學參量的裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明。
[0029]圖1是本發明的同時測量流變學參量和電學參量的裝置的結構示意圖，本發明實施例應用于同時測量流變學參量和介電常數參量的場合，所述的裝置包括:裝置支架，由底板102，背板100和導軌101等組成;流變參量測量模塊200，采用旋轉流變儀的通用結構，其中201是流變參量測量模塊的轉子;電學參量測量模塊(介電譜儀)；絕緣聯軸器301;轉動連接模塊302及轉動連接模塊支架300;測量用轉子303;圓筒304;水浴桶305;以及導線401、導線402。另外還包括用于被測流體溫度控制的溫度采集模塊(位于圓筒筒壁內部)和溫度控制模塊(未畫出)等。
[0030]具體來說，各部分的結構及功能如下:
[0031]裝置支架:包含底板102，背板100和位于背板100上的導軌101，背板100用于安裝流變測量模塊200，流變測量模塊200或底板102可以在電機驅動下沿導軌101做抬升或下降動作，其作用是協助系統獲取流變測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數；
[0032]流變參量測量模塊200:用于流變參數的測量。本發明裝置中流變參數的測量采用旋轉流變儀的通用結構，通過旋轉產生剪切來測定材料的流變特性。流變參量測量模塊200采用現有技術中旋轉流變儀的結構，包含用于測量流變學參數的傳感器，具有溫度采集、溫度控制功能，此外，還包括發出指令可抬升/降低流變測量模塊200或圓筒304所在平面(電機在接收指令后可以令流變測量模塊200或底板102沿導軌上下移動)，并發出指令啟動電學參數的測量。流變參量測量模塊200包括流變參量測量模塊的轉軸201;
[0033]溫度采集模塊:位于圓筒304筒壁內部，用于采集圓筒304內部溫度；
[0034]溫度控制模塊:用于對圓筒304外部的水浴桶305進行升溫或降溫；
[0035]電學參量測量模塊(圖中的介電譜儀):用于電學參數的測量；
[0036]絕緣聯軸器301:用于連接流變測量模塊的轉軸201和測量用轉子303，其中包含絕緣的不傳導材料，保證流變測量模塊的轉軸201和測量用轉子303之間是電絕緣的；
[0037]轉動連接模塊302:其內層隨測量用轉子303轉動，外層固定在轉動連接模塊支架300上，當內層隨轉子轉動時，外層由于轉動連接模塊支架300的固定而不會發生轉動，并提供內層導線和外層導線之間的電學連通性；
[0038]轉動連接模塊支架300:用于固定轉動連接模塊302的外層，在轉動連接模塊302的內層隨轉子旋轉時，確保轉動連接模塊302外層不跟隨轉動連接模塊302內層的旋轉；
[0039]測量用轉子303:用于測量流變參數，可以采用多種形狀，其幾何結構可以采用現有旋轉流變儀中的如平板式、錐/平板式、同心圓桶式。
[0040]圓筒304:其形狀隨測量用轉子303的形狀而有所改變，用于陳放被測液體，該圓筒還包含一個蓋子，用于防止測量用轉子303轉動引起的液體濺出和阻止圓筒304內部液體和外部環境之間的熱傳遞;圓筒內置溫度傳感器;圓筒底部包含抽出或導入液體的導孔；
[0041]水浴桶305:用于給圓筒304升溫或降溫，外部的液體/氣體通過它的兩個出入口給圓筒304加熱或降溫；
[0042]導線401:用于連接轉動連接模塊302的內層導線和測量用轉子303;
[0043]導線402:用于連接電學參數測量模塊(圖中的介電譜儀)。
[0044]上述裝置在現有技術中的旋轉流變儀的基礎上，在測量流變學參數的同時提供電學參數測量通路。絕緣聯軸器保證流變測量模塊的轉軸和測量用轉子電絕緣的前提下，轉動連接模塊的內層導線連接旋轉的測量用的轉子(轉子直接放置在陳放被測流體的圓筒中)，轉動連接模塊的外層導線連接介電譜儀;介電譜儀的另外一端連接圓筒外壁，為介電譜儀的測量提供必須的通路，從而實現了流變學參量和電學參量的同時測量。該裝置也可以用于同時測量流變學參量和其他電學參量。
[0045]采用所述的裝置同時測量流變學參量和電學參量的方法，第一種具體的實施方法如下:在溫控程序的控制下達到預設的溫度后，抽空圓筒內的液體，啟動流變參量測量模塊和電學參量測量模塊，使得測量用轉子在空氣中空轉，獲取流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數，重新將液體導入圓筒，再次達到預設溫度后，啟動流變參量測量模塊和電學參量測量模塊，在流變參量測量模塊獲得穩定測量結果時獲取電學測量數據，根據流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數分別計算流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的最終測量結果。
[0046]第二種具體的實施方法如下:在溫控程序的控制下達到預設的溫度后，抬升流變參量測量模塊或者降低圓筒所在平面，使得測量用轉子離開圓筒，啟動流變參量測量模塊和電學參量測量模塊，讓測量用轉子在空氣中空轉，獲取流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數，降低流變參量測量模塊或抬升圓筒所在平面，使測量用轉子重新進入圓筒內，再次達到預設溫度后，啟動流變參量測量模塊和電學參量測量模塊，在流變參量測量模塊獲得穩定測量結果時獲取電學測量數據，根據流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數分別計算流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的最終測量結果。
[0047]本技術領域技術人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0048]以上所述的【具體實施方式】，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的【具體實施方式】而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種同時測量流變學參量和電學參量的裝置，其特征在于，所述的裝置包括如下組件: 裝置支架:包含底板，背板和位于背板上的導軌，背板用于安裝流變測量模塊，底板用于放置測量用圓筒，流變測量模塊或底板可以在電機驅動下沿導軌上下移動； 流變參量測量模塊:用于流變參數的測量，包含用于旋轉產生剪切的轉軸和用于測量流變學參數的傳感器； 電學參量測量模塊:用于電學參數的測量； 絕緣聯軸器:用于連接流變參量測量模塊的轉軸和測量用轉子，其中包含絕緣材料，將流變參量測量模塊的轉軸和測量用轉子電絕緣； 轉動連接模塊:其內層隨測量用轉子轉動，外層固定在轉動連接模塊支架上，測量用轉子與外層之間電學連通； 轉動連接模塊支架:固定轉動連接模塊的外層； 測量用轉子:用于測量流變參數； 圓筒:用于陳放被測液體； 溫度采集模塊:位于圓筒筒壁內部，用于采集圓筒內部溫度； 水浴桶:用于給圓筒升溫或降溫； 導線:將電學參量測量模塊兩端分別連接圓筒和轉動連接模塊外層。2.根據權利要求1所述的同時測量流變學參量和電學參量的裝置，其特征在于，所述的測量用轉子的幾何結構采用平板式、錐/平板式或同心圓桶式。3.根據權利要求1或2所述的同時測量流變學參量和電學參量的裝置，其特征在于，所述的圓筒包含蓋子，圓筒底部帶有抽出或導入液體的導孔。4.根據權利要求1或2所述的同時測量流變學參量和電學參量的裝置，其特征在于，所述的電學參量測量模塊為介電譜儀。5.—種同時測量流變學參量和電學參量的方法，其特征在于:采用權利要求1所述的裝置，在溫控程序的控制下達到預設的溫度后，使得測量用轉子在空氣中空轉，獲取流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數;將測量用轉子裝入導入被測液體的圓筒內，啟動流變參量測量模塊和電學參量測量模塊，在流變參量測量模塊獲得穩定測量結果時獲取電學測量數據，根據流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數分別計算流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的測量結果。6.根據權利要求5所述的同時測量流變學參量和電學參量的方法，其特征在于，所述的獲取流變測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數的步驟為，在溫控程序的控制下達到預設的溫度后，抽空圓筒內的液體，啟動流變參量測量模塊和電學參量測量模塊，使得測量用轉子在空氣中空轉，獲取流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數。7.根據權利要求5所述的同時測量流變學參量和電學參量的方法，其特征在于，所述的獲取流變測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數的步驟為，在溫控程序的控制下達到預設的溫度后，抬升流變參量測量模塊或者降低圓筒所在平面，使得測量用轉子離開圓筒，啟動流變參量測量模塊和電學參量測量模塊，讓測量用轉子在空氣中空轉，獲取流變參量測量模塊和電學參量測量模塊的初始參數。
【文檔編號】G01R31/00GK105865977SQ201610200524
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月31日
【發明人】朱丹, 沈健, 戴爾晗
【申請人】南京師范大學