專利名稱：光測(cè)速陀螺轉(zhuǎn)子粘度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流體粘性(流變性質(zhì))測(cè)量?jī)x器。
醫(yī)院需要測(cè)量血液和其它體液的流變性質(zhì)，以進(jìn)行診斷和藥理病理方面的研究。生物制品和科研單位需要測(cè)量高分子溶液的流變性質(zhì)以進(jìn)行鑒別和研究DNA、RNA的結(jié)構(gòu)特征。食品工業(yè)需要測(cè)量如油類或酒類生產(chǎn)的成品或半成品的流變性質(zhì)用以比較鑒別，和控制工藝過(guò)程。工業(yè)中需要測(cè)量油脂，漆，漿糊等各類產(chǎn)品的粘性性質(zhì)。環(huán)境保護(hù)部門需要測(cè)量污泥的流變性質(zhì)。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于上述所有領(lǐng)域，滿足不同流體粘性的測(cè)量要求。
現(xiàn)有的粘性測(cè)量大致有毛細(xì)管式，錐板或園筒回轉(zhuǎn)式和齊姆式幾種。〔美國(guó)K·E·范霍爾德著“物理生物化學(xué)”中譯本P167～169〕毛細(xì)管粘度計(jì)的切變率一般不能調(diào)節(jié)，目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的可調(diào)切變率毛細(xì)管粘度計(jì)〔上海醫(yī)科大學(xué)“血液流變學(xué)及其臨床意義”P159～162〕雖然可以測(cè)量幾個(gè)切變率下的粘度，但操作不方便。每測(cè)一個(gè)數(shù)據(jù)需要用生理鹽水對(duì)毛細(xì)管反復(fù)沖洗，這一過(guò)程往往需要持續(xù)幾分鐘。且可測(cè)量粘度的范圍很小。甚至連有些粘度較大的血樣也由于流通不暢而無(wú)法測(cè)量。錐板回轉(zhuǎn)式粘度計(jì)產(chǎn)品〔見(jiàn)天津分析儀器廠NZ-型錐極式粘度計(jì)說(shuō)明書(shū)〕切變率可以較方便地變換和調(diào)節(jié)，工作效率高。但這類粘度計(jì)(包括園筒形)均采取金屬吊絲或游絲結(jié)構(gòu)，不僅支承部分結(jié)構(gòu)十分脆弱容易損壞，且與低粘性物質(zhì)產(chǎn)生的粘性力形成的力矩相比存在很大的摩擦力矩。因此測(cè)量重復(fù)性差，量程范圍小。更換吊絲更為困難還受到環(huán)境的影響。為了克服以上缺點(diǎn)梁子鈞等人〔中華物理醫(yī)學(xué)雜志1982年第四卷第4期，P226-229采用空氣軸承結(jié)構(gòu)。但其具有制作困難，試樣量大(2ml-4ml)并需附加壓縮空氣氣源的缺點(diǎn)。特別是仍然存在摩擦阻力，沒(méi)有根本克服以上弊病。齊姆式粘度計(jì)采用內(nèi)裝自趨中心浮子結(jié)構(gòu)〔見(jiàn)前引“物理生物化學(xué)”〕試樣用量大，更換試樣和清洗困難，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜制作工藝要求高。因此至今國(guó)內(nèi)仍沒(méi)有類似產(chǎn)品。以上各類回轉(zhuǎn)形粘度計(jì)還有對(duì)調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速精度要求高，(因?yàn)闇y(cè)量的是各個(gè)穩(wěn)態(tài)過(guò)程)及測(cè)量粘性的適應(yīng)范圍小等缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是要解決以上各類粘度計(jì)的缺點(diǎn)做到測(cè)量范圍大，測(cè)量精度高，操作簡(jiǎn)便，試樣用量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重復(fù)性好。本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)是利用計(jì)算機(jī)采樣速度快，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確的特點(diǎn)，采用非接觸式的光電計(jì)數(shù)方法測(cè)量陀螺轉(zhuǎn)子在被測(cè)流體粘性作用下由高速到低速直至停止的轉(zhuǎn)動(dòng)的暫態(tài)過(guò)程，即求得轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化。轉(zhuǎn)速對(duì)時(shí)間微分后即可獲得角加速度對(duì)轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系，從而求出流體粘性隨切切變率而變的流變性質(zhì)。
本發(fā)明用一個(gè)獨(dú)立的陀螺轉(zhuǎn)子作回轉(zhuǎn)部分，由于它與基座之間沒(méi)有如吊絲、游絲，軸承之類固定聯(lián)系，以及由于其回轉(zhuǎn)后的平衡性和被測(cè)液體的潤(rùn)滑作用，使摩擦力矩減至最小，從而保證了測(cè)量的精度。另一方面陀螺和盛樣皿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，易于更換和清洗，且可隨不同測(cè)量對(duì)象的需要制作成不同規(guī)格，故適用范圍極廣。同時(shí)由于陀螺與盛樣皿間隙中試樣的厚度是恒定的，這就避免了錐板粘度計(jì)測(cè)量時(shí)由操作人員肉眼觀察調(diào)節(jié)間隙引起的切變率誤差。
本發(fā)明的測(cè)量原理和操作過(guò)程如下在盛樣皿中加入一定量的流體試樣，然后將陀螺對(duì)準(zhǔn)中心放入。由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)旋轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)盛樣皿旋轉(zhuǎn)。電機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)需要測(cè)量的最大切變率數(shù)值適當(dāng)選擇。由于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的精度要求不高，從而降低了造價(jià)。一定時(shí)間后，陀螺轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近于盛樣皿和旋轉(zhuǎn)臺(tái)的速度并穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。這時(shí)令旋轉(zhuǎn)臺(tái)突然制動(dòng)，陀螺則在慣性力作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并在流體粘性力作用下逐漸減慢。陀螺轉(zhuǎn)子的上面分隔成反光部分和非反光部分，在光線的照耀下交替吸收和反射光線。反射光作用于光電測(cè)量元件上獲得脈沖信號(hào)，其時(shí)隔可以精確地反映陀螺轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速的變化情況。測(cè)量的時(shí)鐘脈沖頻率與脈沖計(jì)數(shù)次數(shù)編程輸入計(jì)算機(jī)以滿足不同測(cè)量精度和試樣的要求。測(cè)得的時(shí)間間隔存于計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，由計(jì)算機(jī)自行運(yùn)行求出切變變率和粘性的關(guān)系。并根據(jù)精度由計(jì)算機(jī)繪制成圖或按需要規(guī)定步長(zhǎng)打印結(jié)果。標(biāo)定工作在儀器出廠時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)油進(jìn)行，隨陀螺附上交給用戶，并直接寫入軟件程序中。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可以根據(jù)以上原理充分體現(xiàn)出來(lái)1.應(yīng)用范圍廣，包括在試樣、粘度值、切變率值三方面都有廣泛的適用性。無(wú)論是水，油脂，污泥都能測(cè)量。2.測(cè)量誤差小，精度高，能用于臨床診斷中比較低粘流體粘性的微小差異。3.操作簡(jiǎn)便，更換試樣和清洗容易。4.可根據(jù)不同對(duì)象選擇適量試樣用量，少時(shí)可以只取0.7ml。5.重復(fù)性好，不易受操作人員影響造成操作誤差。6.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)價(jià)廉，只需增加接口裝置即能與微型機(jī)組成測(cè)量系統(tǒng)。7.工作效率高，通過(guò)考察一個(gè)暫態(tài)過(guò)程即能獲得研究人員所關(guān)心范圍內(nèi)足夠連續(xù)的切變率下的粘性曲線。8.容易實(shí)現(xiàn)試樣的控溫，在陀螺周圍形成恒溫的小環(huán)境。


圖1是本發(fā)明原理和主要部件示意圖。
圖中陀螺轉(zhuǎn)子(1)放在盛有一定流體試樣的盛樣皿內(nèi)。盛樣皿(2)固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)(3)上。馬達(dá)(4)由調(diào)速系統(tǒng)(5)控制可以用不同速度帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)(3)上共同轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)(4)旋轉(zhuǎn)一定時(shí)間以后，陀螺轉(zhuǎn)子(1)接近于(4)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)令(2)、(3)、(4)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，(1)則在慣性力作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由于流體粘性的作用陀螺(1)將逐漸減速以至最終完全停止。(6)～(9)組成了光電測(cè)速系統(tǒng)。(6)為光源，采用小功率激光器或普通光源使其在反射面上聚焦。(7)為分光鏡，經(jīng)分光鏡(7)反射的光線在陀螺反光面上聚焦。產(chǎn)生的反射光透過(guò)(7)后照射在光電元件(8)上，在光測(cè)速電路(9)中放大和整形獲得一系列脈沖信號(hào)。該脈沖信號(hào)送入計(jì)算機(jī)擴(kuò)展接口，用以計(jì)數(shù)。從而獲得轉(zhuǎn)過(guò)固定轉(zhuǎn)角的不同時(shí)隔，并存入內(nèi)存。經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算便一次獲得粘性隨不同切變率變化的函數(shù)關(guān)系。
圖2是陀螺轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中(1)為操作柄。(2)為定位樁。(3)為反光面。反光面上沿輪輻方向分成若干黑白相間的區(qū)域。只有當(dāng)光線照射在白色域內(nèi)才發(fā)生反射。這樣來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速隨時(shí)間變化的關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種光測(cè)速陀螺轉(zhuǎn)子粘度計(jì)，其特征在于，陀螺轉(zhuǎn)子(1)放在盛有一定流體試樣的盛樣皿(2)內(nèi)，盛樣皿固定在轉(zhuǎn)臺(tái)(3)上，由調(diào)速系統(tǒng)(5)控制在馬達(dá)(4)帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)共同轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)馬達(dá)(4)轉(zhuǎn)動(dòng)一定時(shí)間后，陀螺轉(zhuǎn)子(1)將以接近于馬達(dá)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，令盛樣皿，轉(zhuǎn)臺(tái)，馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，陀螺轉(zhuǎn)子在慣性力作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于流體粘性的作用，陀螺減速并停止，由光源(6)，分光鏡(7)，光電元件(8)，光測(cè)速電路(9)和微型計(jì)算機(jī)組成光測(cè)速系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述粘度計(jì)，其特征在于，用光測(cè)速系統(tǒng)測(cè)量陀螺在流體粘性作用下的減速過(guò)程并據(jù)此求出流體在不同切變率下的粘性。
全文摘要
一種光測(cè)速陀螺轉(zhuǎn)子粘度計(jì)，利用計(jì)算機(jī)采樣速度快，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確的特點(diǎn)，采用非接觸性光電計(jì)數(shù)方法測(cè)量陀螺轉(zhuǎn)子由運(yùn)動(dòng)至停止的暫態(tài)過(guò)程，求出流體粘性隨切變率而變化的流變性質(zhì)。本發(fā)明具有測(cè)量精度高，重復(fù)性好，應(yīng)用范圍廣，操作方便，工作效率高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N11/14GK1031279SQ87105560
公開(kāi)日1989年2月22日 申請(qǐng)日期1987年8月12日 優(yōu)先權(quán)日1987年8月12日
發(fā)明者蔡建安 申請(qǐng)人:蔡建安