[发明专利]一种软固体流变性能的测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种软固体流变性能的测量装置及其测量方法，属于流变测量技术领域，装置包括盛样圆桶，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。本发明能够获得待测软固体试样内剪切应力与真实剪切变形速率的对应关系，实现软固体流变性能的准确测量。

技术领域

本发明属于流变测量技术领域，具体涉及一种软固体流变性能的测量装置及其测量方法。

背景技术

凝胶、糊状物、浆体等软固体材料，诸如流体食品、化妆品、新拌水泥基材料、泥浆等在日常生活和施工生产中广泛应用。不同于金属、陶瓷等一类不易变形或变形微小的“硬固体”材料，“软固体”材料在受到剪切作用会产生流动变形。其在外力作用下容易发生流动变形的能力称为流变性能，直接影响软固体材料的流动行为。准确地测量和表征材料的流变性能对其生产加工和应用有着极其重要的意义。

在研究被测样品的流变性能时通常需要用到旋转流变仪，其通过搅动转子带动材料发生剪切变形，根据材料内的剪切应力与剪切变形速率之间的关系曲线可以表征和评估软固体材料的流变性能。长期以来，在使用流变仪测量软固体材料流变性能时基于两个理想假定条件：被测材料被完全剪切以及被测材料与边界之间无相对滑移，因而认为材料的剪切变形速率与搅动转子的转速呈正比。一旦上述两条基本假定无法同时满足，根据设定的转速计算得到的样品剪切变形速率与实际数值将会存在计算误差，严重影响材料流变性能的准确测量。

研发一套测量装置，抛开两项基本假定的限制，准确计算材料的实际剪切变形速率，能够得到剪切应力与剪切变形速率的真实关系，进而提高软固体材料流变性能测量结果的准确性和可靠性，可以更准确地指导生产和应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种软固体流变性能的测量装置及其测量方法，能够避开试样剪切变形状态和试样与边界之间相对运动对测量结果的不利影响，基于图像分析技术计算真实的剪切变形速率，得到剪切应力与真实剪切变形速率之间的关系，准确测量材料的流变性能。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种软固体流变性能测量装置，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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，所述标记点为直径1mm的白色低密度轻质小球，使用镊子放置在试样表面，以使小球和软固体试样表面在搅动过程中保持同步运动。