[發(fā)明專利]一種軟固體流變性能的測量裝置及其測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310052838.4
• 申請日: 2023-02-03
• 公開（公告）號(hào): CN116106175B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐支松;劉加平;孫玟;王偉;袁世軍;滕樂;劉建忠;王育江
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N11/14
• 分類號(hào): G01N11/14;G01N21/84
• 代理公司: 南京材智匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32449
• 代理人: 眭鵬濤

1.一種軟固體流變性能測量裝置，其特征在于，包括

盛樣圓桶，固定設(shè)置且上端開口，用于容納待測軟固體試樣；

攪動(dòng)轉(zhuǎn)子，頂端與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸連接，底端向下伸展容納于所述盛樣圓桶內(nèi)；

圖像采集器，配置于所述盛樣圓桶的正上方并配有輔助照明器，用于采集待測軟固體試樣在所述攪動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)作用下的剪切流動(dòng)圖像數(shù)據(jù)；

控制接收終端，分別與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和圖像采集器之間連接，用于控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和圖像采集器啟停和接收分析處理圖像采集器傳輸?shù)募羟辛鲃?dòng)圖像數(shù)據(jù)以獲得剪切流動(dòng)狀態(tài)下的軟固體流變性能。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟固體流變性能測量裝置，其特征在于，所述攪動(dòng)轉(zhuǎn)子由一個(gè)圓柱體和連接于圓柱體底端的一個(gè)圓錐體組合構(gòu)成，所述圓柱體的圓柱面上沿周向均勻開設(shè)有若干個(gè)與圓柱軸線相平行的防滑槽且使所述圓柱體橫截面呈外齒輪形，所述圓錐體的直徑與所述圓柱體直徑相同且具有光滑的側(cè)面。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軟固體流變性能測量裝置，其特征在于，所述盛樣圓桶的內(nèi)側(cè)面為粗糙防滑面，用于防止待測軟固體試樣在內(nèi)側(cè)面上發(fā)生相對(duì)滑移，所述盛樣圓桶的內(nèi)側(cè)面上刻有取樣量標(biāo)志線。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軟固體流變性能測量裝置，其特征在于，在待測軟固體試樣表面上以攪動(dòng)轉(zhuǎn)子為中心設(shè)置兩層標(biāo)記點(diǎn)，兩層標(biāo)記點(diǎn)分別設(shè)置在攪動(dòng)轉(zhuǎn)子的外表面和距離外表面以外一定間距的圓環(huán)位置上，且所述標(biāo)記點(diǎn)為直徑1mm的白色低密度輕質(zhì)小球，以使標(biāo)記點(diǎn)和軟固體試樣表面在攪動(dòng)過程中保持同步運(yùn)動(dòng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軟固體流變性能測量裝置，其特征在于，以攪動(dòng)轉(zhuǎn)子為中心的圓周方向上，均勻間隔設(shè)置三組一一對(duì)應(yīng)的兩層標(biāo)記點(diǎn)，且兩層標(biāo)記點(diǎn)間距為1cm。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軟固體流變性能測量裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)流程采用轉(zhuǎn)速控制模式，共分四個(gè)階段：預(yù)剪切階段、靜置階段、階梯增速階段和階梯減速階段，并且在階梯增速和階梯減速階段中需設(shè)置不少于4個(gè)轉(zhuǎn)速階梯且每個(gè)轉(zhuǎn)速階梯維持時(shí)間不少于5s。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的軟固體流變性能測量裝置，其特征在于，所述軟固體流變性能包括實(shí)時(shí)剪切應(yīng)力和實(shí)時(shí)剪切變形速率。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的軟固體流變性能測量裝置，其特征在于，所述實(shí)時(shí)剪切應(yīng)力的計(jì)算公式為：

式中：τ為攪動(dòng)轉(zhuǎn)子外表面的實(shí)時(shí)剪切應(yīng)力(Pa)，T為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出軸上的實(shí)時(shí)扭矩(N·m)，g為重力加速度(m/s²)，R_i為攪動(dòng)轉(zhuǎn)子半徑(m)，H為攪動(dòng)轉(zhuǎn)子圓柱部分的高度(m)。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的軟固體流變性能測量裝置，其特征在于，所述實(shí)時(shí)剪切變形速率的計(jì)算方法如下：

在各轉(zhuǎn)速階梯階段，圖像采集器按照預(yù)設(shè)采樣間隔Δt抓拍并分析各個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的位置，分別計(jì)算內(nèi)、外層標(biāo)記點(diǎn)的平均運(yùn)動(dòng)速度如下：

式中：v₁為內(nèi)層標(biāo)記點(diǎn)的平均運(yùn)動(dòng)速度，v₂為外層標(biāo)記點(diǎn)的平均運(yùn)動(dòng)速度，Δl為相鄰時(shí)間間隔內(nèi)層標(biāo)記點(diǎn)的相對(duì)移動(dòng)距離(m)，ΔL為相鄰時(shí)間間隔外層標(biāo)記點(diǎn)的相對(duì)移動(dòng)距離(m)，n為內(nèi)層標(biāo)記點(diǎn)的個(gè)數(shù)，N為外層標(biāo)記點(diǎn)的個(gè)數(shù)，Δt為預(yù)設(shè)采用間隔(s)；

計(jì)算軟固體試樣在攪動(dòng)轉(zhuǎn)子外側(cè)的實(shí)時(shí)剪切變形速率的計(jì)算公式為：

式中：為攪動(dòng)轉(zhuǎn)子外表面的實(shí)時(shí)剪切變形速率(s^-1)，ΔR為內(nèi)外兩層標(biāo)記點(diǎn)所在圓環(huán)的半徑差(m)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟固體流變性能測量裝置，其特征在于，還包括載物板和滑動(dòng)絲桿；所述滑動(dòng)絲桿垂直固定在載物板上，所述滑動(dòng)絲桿上設(shè)有能夠上下滑動(dòng)的絲桿滑塊，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、圖像采集器和輔助照明器均固定設(shè)置于所述絲桿滑塊上，所述盛樣圓桶通過花鍵嵌在載物板上，防止盛樣圓桶在載物板上發(fā)生相對(duì)平移和轉(zhuǎn)動(dòng)。