專利名稱：一種液體和軟物質的動態(tài)和靜態(tài)響應特征測量儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量儀器，特別是一種液體和軟物質的動態(tài)和靜態(tài)響應特征測量儀。
背景技術：
專利號為ZL 98122260.9的專利公開了一種“液體低頻振動能吸收譜儀”，它由懸掛扭擺裝置和計算機檢測裝置組成，由于該吸收譜儀的懸掛扭擺裝置的回復力是由固體起振元件提供，樣品一經(jīng)裝妥，系統(tǒng)的共振頻率就已固定，要改變系統(tǒng)的共振頻率就必需重裝不同尺寸的固體起振元件。重裝試樣這往往會導致實驗條件的變化而不利于測量結果的重復性。同時，被測液體和軟物質的動態(tài)或靜態(tài)特性的測量結果中不可避免地迭加了固體起振元件的特性，因而導致對測量結果的分析難度增加，有時還會導致不必要的錯誤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種液體和軟物質的動態(tài)和靜態(tài)響應特征測量儀，該測量儀方便被測量物的裝卸和測量，測量數(shù)據(jù)比較準確可靠，重復性好。
本發(fā)明測量儀由懸掛扭擺裝置和計算機檢測裝置組成，該測量儀的懸掛扭擺裝置為一個柔性懸掛的扭轉振動系統(tǒng)，由帶上夾頭的擺桿、置于擺桿上倒扣的圓柱形轉簡(開口朝下)、永久磁鐵、反射鏡和置于底座的、對心和開口朝上的夾層圓桶容器、準直光源、接收振動信號并計算機檢測裝置連接的差分光電池、機座構成，其特征是擺桿由上夾頭夾住的柔性絲線通過轉輪與平衡錘相連，連接擺桿下端的柔性絲線由固定在機座上的下夾頭夾持，在擺桿上與永久磁鐵成90度角處有一對驅動線圈(紙面上下方各一個)，正對永久磁鐵外邊有一對定位直流磁場線圈(電流和磁場大小可調)。
計算機檢測裝置由準直光源、反射鏡、差分光電池、A/D轉換器、傅立葉變換及相差測定、計算機、恒應力或恒應變反饋系統(tǒng)、數(shù)字應力信號發(fā)生器、數(shù)字電流信號發(fā)生器、D/A轉換器、高保真功放、定位磁場線圈和電磁驅動線圈組成，其中反射鏡安裝在擺桿上，反射鏡與準直光源、差分光電池構成計算機檢測裝置的應變信號源，差分光電池一路依次連接A/D轉換器、傅立葉變換及相差測定、計算機，另一路依次連接恒應力或恒應變反饋系統(tǒng)、數(shù)字應力信號發(fā)生器、D/A轉換器、高保真功放、電磁驅動圈、傅立葉變換及相差測定、計算機；另外由計算機輸出經(jīng)數(shù)字電流信號發(fā)生器、D/A轉換器控制定位磁場線圈。
在調整好儀器的對心狀態(tài)后(此步驟不一定每次測量前都需要作)，先在容器中放入被測量物，按需要調節(jié)定位磁場的大小和系統(tǒng)的共振頻率。在靜態(tài)測量時，按程序設計好應力矩隨時間的變化曲線(要扣除定位磁場的扭力)，即可開機進行測量，由計算機自動控制和記錄測量結果應力-時間曲線、應變時間曲線及應力-應變曲線。作動態(tài)測量時，則可按設計好的程序選擇切位移大小和測量頻率范圍后開始測量，由計算機自動控制和記錄測量結果不同切位移振幅下的表觀內(nèi)耗tgδ-頻率曲線和真實內(nèi)耗tgΦ-頻率曲線。
由于采用柔性絲線夾持擺桿，所以，換裝被測液體或軟物質是很方便，只需把夾頭2松開，將砝碼8加大使整個懸掛系統(tǒng)上升至適當位置并將置于底座的、對心和開口朝上的夾層圓桶容器取出，沖洗干凈即可重新裝入被測液體或軟物質。當然，開口朝下的倒扣的圓柱形轉筒也需要沖洗干凈。由于液體和軟物質的本征性質應與系統(tǒng)的共振頻率的共振頻率無關，因此，在判斷液體或軟物質的實驗結果的正確性時，往往需要改變系統(tǒng)的共振頻率來驗證。本發(fā)明測量儀的共振頻率可用連續(xù)調節(jié)定位直流磁場線圈8中的直流電流即可連續(xù)改變系統(tǒng)的共振頻率，使用時十分方便。
用無剛性的絲線替代原有的金屬起振元件，在容器中未加入顆粒物質或液體且定位磁場為零時，譜儀由于沒有回復力而不能起振(一加扭力，扭擺的光點即飄移至超界而不能回復和起振)，即系統(tǒng)的共振頻率為零。用定位直流磁場線圈(可調)8使扭轉系統(tǒng)定位并產(chǎn)生回復力使扭擺能起振，調節(jié)直流磁場線圈中的直流電流的大小，可改變扭擺系統(tǒng)的回復力大小及系統(tǒng)共振頻率的高低。
用定位直流磁場線圈(可調)8使扭轉系統(tǒng)定位并產(chǎn)生回復力，且系統(tǒng)的共振頻率可通過改變線圈電流的大小連續(xù)可調；而用定位直流磁場線圈(可調)8使扭轉系統(tǒng)定位并產(chǎn)生回復力，迭加的是磁場的特性；在宏觀和非極端低溫條件下，磁場是均勻的，不會產(chǎn)生共振吸收峰或突變，因而測得的結果就只反映了被測的液體或軟物質的特性。


圖1為液體和軟物質的動態(tài)和靜態(tài)響應特征測量儀示意圖。
圖2為計算機檢測裝置連接框圖。
圖3為小應力幅時的應力-應變回線圖。
圖4為大應力幅時的雪崩圖。
圖5為圖4的應力-應變曲線圖。
圖6為顆粒物質的動態(tài)響應圖。
圖7為穩(wěn)定化處理后的SiO2粉末的定頻應力-應變回線圖。
圖8為無起振絲時SiO2粘性懸浮液的動態(tài)響應圖。
圖9為SiO2粘性懸浮液的共振吸收譜圖。
圖1中，本發(fā)明測量儀由帶上夾頭的擺桿3、置于擺桿上倒扣的圓柱形轉筒13(開口朝下)、永久磁鐵7、反射鏡11和置于機座16的、對心和開口朝上的夾層圓桶容器14、準直光源10、接收振動信號并計算機檢測裝置連接的差分光電池12、機座16構成，其特征是由上夾頭夾住的柔性絲線4通過轉輪5與平衡錘6相連，連接擺桿下端的柔性絲線1由固定在機座上的下夾頭2夾持，在擺桿上與永久磁鐵7成90度角處有一對驅動線圈9(紙面上下方各一個)，正對永久磁鐵7外邊有一對定位直流磁場線圈8(電流和磁場大小可調)。
圖2中，計算機檢測裝置由準直光源10、反射鏡11、差分光電池12、A/D轉換器21、傅立葉變換及相差測定30、計算機22、恒應力或恒應變反饋系統(tǒng)23、數(shù)字應力信號發(fā)生器24、數(shù)字電流信號發(fā)生器25、D/A轉換器26、27、高保真功放28、定位磁場線圈29和電磁驅動線圈9組成，其中反射鏡安裝在擺桿上，反射鏡與準直光源、差分光電池構成計算機檢測裝置的應變信號源，差分光電池12一路依次連接A/D轉換器21、傅立葉變換及相差測定30、計算機22，另一路依次連接恒應力或恒應變反饋系統(tǒng)23、數(shù)字應力信號發(fā)生器24、D/A轉換器26、高保真功放28、電磁驅動圈9、傅立葉變換及相差測定30、計算機22；另外由計算機22輸出經(jīng)數(shù)字電流信號發(fā)生器25、D/A轉換器27控制定位磁場線圈29。
圖3中，在裝載了SiO2粉末的無起振絲的動態(tài)和靜態(tài)響應特征的測量儀的驅動線圈中加以周期為50秒的三角應力波并同時測量其切位移的響應，切應力-切位移曲線(下圖)和切應力-時間曲線(上圖)由圖4可見，在切應力達到最大值之前，切位移有三次突變(說明粉末的結構轉變)，但位移量較小，沒有達到流變的程度；但當應力達到最大值后，在減小至最大值的約1/10時，位移量突然增大至超界，這反映了粉末的原有穩(wěn)定結構完全被破壞而發(fā)生流變，轉筒所受到的阻力就是SiO2粉末發(fā)生流變所需的切應力(正在標定)。
圖5中，大圖為根據(jù)圖4作出的切應力-切位移曲線，左上圖為局部放大圖。由該圖可見，當應力減小至應力最大值的約十分之一時，出現(xiàn)了流變型的大切位移(雪崩)。
圖6中，穩(wěn)定化處理后的SiO2粉末進行了共振吸收譜(左原始測量曲線，縱座標為表觀內(nèi)耗；右共振吸收譜，縱坐標為真實內(nèi)耗；橫坐標均為頻率，單位為赫茲)原始測量曲線，縱座標為表觀內(nèi)耗；右共振吸收譜，縱坐標為真實內(nèi)耗；橫坐標均為頻率，單位為赫茲。
圖7中，左低頻小振幅，縱坐標為應變振幅，單位為納米，橫坐標為應力振幅-任意單位；右高頻大振幅，縱坐標為應變振幅，橫坐標為應力振幅-任意單位)圖8中，原始測量曲線縱座標為表觀內(nèi)耗，橫坐標為頻率，單位為赫茲。所用樣品為1.5％羧甲基纖維素鈉水溶液+15％38μm SiO2粉末。
圖9中，縱坐標為真實內(nèi)耗，橫坐標為頻率，單位為赫茲。所用樣品為1.5％羧甲基纖維素鈉水溶液+15％38μm SiO2粉末。
權利要求
1.一種液體和軟物質動態(tài)和靜態(tài)響應特征的測量儀，由帶上夾頭的擺桿、置于擺桿上倒扣的、開口朝下的圓柱形轉筒、永久磁鐵、反射鏡和置于底座的、對心和開口朝上的夾層圓桶容器、準直光源、接收振動信號并計算機檢測裝置連接的差分光電池、機座構成，其特征是擺桿由上夾頭夾住的柔性絲線通過轉輪與平衡錘相連，連接擺桿下端的柔性絲線由固定在機座上的下夾頭夾持，在擺桿上與永久磁鐵成90度角處有一對驅動線圈，正對永久磁鐵外邊有一對電流和磁場大小可調的定位直流磁場線圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量儀器，特別是一種液體和軟物質動態(tài)和靜態(tài)響應特征的測量儀。該測量儀由帶上夾頭的擺桿、置于擺桿上倒扣的、開口朝下的圓柱形轉筒、永久磁鐵、反射鏡和置于底座的、對心和開口朝上的夾層圓桶容器、準直光源、接收振動信號并計算機檢測裝置連接的差分光電池、機座構成。由于采用柔性絲線夾持擺桿，所以，換裝被測液體或軟物質是很方便。使用定位直流磁場線圈，不會產(chǎn)生共振吸收峰或突變，因而測得的結果就只反映了被測的液體或軟物質的特性。
文檔編號G01N33/00GK1632572SQ20041007736
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權日2004年12月17日
發(fā)明者熊小敏, 張進修 申請人:中山大學