[发明专利]一种软固体流变性能的测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种软固体流变性能测量装置，其特征在于，包括

盛样圆桶，固定设置且上端开口，用于容纳待测软固体试样；

搅动转子，顶端与驱动机构的输出轴连接，底端向下伸展容纳于所述盛样圆桶内；

图像采集器，配置于所述盛样圆桶的正上方并配有辅助照明器，用于采集待测软固体试样在所述搅动转子转动作用下的剪切流动图像数据；

控制接收终端，分别与驱动机构和图像采集器之间连接，用于控制驱动机构和图像采集器启停和接收分析处理图像采集器传输的剪切流动图像数据以获得剪切流动状态下的软固体流变性能。

2.根据权利要求1所述的软固体流变性能测量装置，其特征在于，所述搅动转子由一个圆柱体和连接于圆柱体底端的一个圆锥体组合构成，所述圆柱体的圆柱面上沿周向均匀开设有若干个与圆柱轴线相平行的防滑槽且使所述圆柱体横截面呈外齿轮形，所述圆锥体的直径与所述圆柱体直径相同且具有光滑的侧面。

3.根据权利要求2所述的软固体流变性能测量装置，其特征在于，所述盛样圆桶的内侧面为粗糙防滑面，用于防止待测软固体试样在内侧面上发生相对滑移，所述盛样圆桶的内侧面上刻有取样量标志线。

4.根据权利要求3所述的软固体流变性能测量装置，其特征在于，在待测软固体试样表面上以搅动转子为中心设置两层标记点，两层标记点分别设置在搅动转子的外表面和距离外表面以外一定间距的圆环位置上，且所述标记点为直径1mm的白色低密度轻质小球，以使标记点和软固体试样表面在搅动过程中保持同步运动。

5.根据权利要求4所述的软固体流变性能测量装置，其特征在于，以搅动转子为中心的圆周方向上，均匀间隔设置三组一一对应的两层标记点，且两层标记点间距为1cm。

6.根据权利要求4所述的软固体流变性能测量装置，其特征在于，所述驱动机构的转动流程采用转速控制模式，共分四个阶段：预剪切阶段、静置阶段、阶梯增速阶段和阶梯减速阶段，并且在阶梯增速和阶梯减速阶段中需设置不少于4个转速阶梯且每个转速阶梯维持时间不少于5s。

7.根据权利要求6所述的软固体流变性能测量装置，其特征在于，所述软固体流变性能包括实时剪切应力和实时剪切变形速率。

8.根据权利要求7所述的软固体流变性能测量装置，其特征在于，所述实时剪切应力的计算公式为：

式中：τ为搅动转子外表面的实时剪切应力(Pa)，T为驱动机构输出轴上的实时扭矩(N·m)，g为重力加速度(m/s²)，R_i为搅动转子半径(m)，H为搅动转子圆柱部分的高度(m)。

9.根据权利要求7所述的软固体流变性能测量装置，其特征在于，所述实时剪切变形速率的计算方法如下：

在各转速阶梯阶段，图像采集器按照预设采样间隔Δt抓拍并分析各个标记点的位置，分别计算内、外层标记点的平均运动速度如下：

式中：v₁为内层标记点的平均运动速度，v₂为外层标记点的平均运动速度，Δl为相邻时间间隔内层标记点的相对移动距离(m)，ΔL为相邻时间间隔外层标记点的相对移动距离(m)，n为内层标记点的个数，N为外层标记点的个数，Δt为预设采用间隔(s)；

计算软固体试样在搅动转子外侧的实时剪切变形速率的计算公式为：

式中：为搅动转子外表面的实时剪切变形速率(s^-1)，ΔR为内外两层标记点所在圆环的半径差(m)。

10.根据权利要求1所述的软固体流变性能测量装置，其特征在于，还包括载物板和滑动丝杆；所述滑动丝杆垂直固定在载物板上，所述滑动丝杆上设有能够上下滑动的丝杆滑块，所述驱动机构、图像采集器和辅助照明器均固定设置于所述丝杆滑块上，所述盛样圆桶通过花键嵌在载物板上，防止盛样圆桶在载物板上发生相对平移和转动。