[发明专利]振动式流变仪

说明书

本发明涉及测定流体变形和流动现象的流变仪，特别涉及包括带有一对在样品中振动的音叉组件的粘度计的振动式流变仪。

对于构成简单的液体，例如水、酒精和甘油等，尽管它们的流动性随着粘滞系数的不同而变化，但它们显示出牛顿粘性，即流动时其流变速度与其应力成比例。与此相反，对于构成比较复杂的粘滞液体，例如油漆，糊状牙膏、沙拉调料，油质雪花膏等，它们在外力超过一定的数值时，其流动就显示出非牛顿粘性。此外通过对注入到容器中的凝胶物质的一边搅动和一边振动可以使其变为溶胶，但是待其静止下来以后，它又重新变为凝胶，人们称这种性质为搅溶性。

对于牛顿粘性或非牛顿粘性的测定，特别是搅溶程度的测定，可以根据旋转式粘度计的转速连续增加和连续减少时所得到的滞后闭合曲线的面积来计算搅溶程度。对于旋转式粘度计，是通过测定作用在粘性流体中转动的圆筒上的粘滞力转矩来得到粘度值的。对于共轴双圆筒式粘度计，流体装在外筒与内筒之间，测定外筒旋转时作用在内筒上的转矩，在测定时，将内筒悬挂在扭转的金属丝上，测定该扭转金属丝的扭转角度，如果使旋转体的角速度可以变化，从而与角速度相对应的流变速度也是可以变化的，那末这样的粘度计就适合测定非牛顿粘性流体的流动特性。

然而，利用这类粘度计时，需要根据待测的样品来改换所使用的旋转体的形状，因为对使用后的旋转体要进行麻烦的清洗而有装拆的问题。不仅如此，由于受到旋转体的惯性和样品流动等影响，使旋转体的角速度的可能的调节范围变小，所以往往不能选择多种测定模式。

本发明的目的在于提供一种能够克服使用已有的旋转粘度计的流变仪的上述缺点的新型的流变仪。

具体地说，本发明提供了一种为了能够选择各种不同测定模式而可以在宽范围内改变施加于待测样品上的外力和流变速度的流变仪。

本发明的另一个目的是提供一种装拆简单易操作的流变仪。

本发明提供了一种包括带有一对在样品中振动的音叉组件的粘度计的振动式流变仪，带有一对音叉组件的振动式粘度计已由本发明人提出，名称为“用于测定粘滞性的装置”的在1986年7月29日批准的美国专利4602505（相应的欧洲专利申请的公开号为112156）中公开。又在此基础上进一步改进的振动式粘度计也是由本发明人提出的，名称为“用于K型振动粘性测量装置的调谐”，在1988年3月8日批准的美国专利4729237（相应的欧洲专利申请的公开号为233408）中公开。在这种振动式粘度计中，有一对音叉振动器组件作为振动器组件，每一个振动器组件装有：在其自由端装有的插入待测样品中的敏感板，使上述的一对振动器组件振动的激励组件，用于检测上述的插入样品内的敏感板因受到粘滞阻力的变化而引起的上述一对振动器组件的振幅，并将该振幅转换为电信号的检测器。激励组件由电研线圈和永久磁铁组合而成，它使一对振动器组件以频率相同，相位相反（即相位差为180°）的状态下振动。在上述的专利申请案中，振动粘度计的激励频率为30HZ，空载时板的振幅恒定为20微米。

本发明的特征在于：在上述的公知的振动粘度计的构成中增加了能够使供给上述的激励组件的激励电流连续变化的控制组件，以及把上述的一对振动器组件的振幅变化绘成曲线的组件，所述的振幅变化是响应在检测器中输出前述的激励电流变化的。因为激励组件的激励电流大小的连续变化表征了作用在一对振动器组件上的振动力也是连续变化的，所以只要连续地检测出对应这个振动力变化的振幅变化，就能测定出样品在流体运动中的参数相对时间的变化率。在这种情况下，与使用原有的会使流体产生同心圆状运动的旋转式粘度计的流变仪相反，因为本发明中的一对振动器组件只产生微小的振动，所以只要对这个激励力的施加方式和大小进行控制就能进行多种模式的测定，在这些不同的测定模式的典型例子中，对激励电流控制如下：

模式1：在从时间t₀到时间t₁间无级地连续增大，然后从时间t₁到时间t₂间无级地连续减小。

模式2：与上述类型1相同，在到时间t₁之前连续增大，在时间t₁以后保持一定。

模式3：与上述类型1相同，在到时间t₁之前连续增大，在时间t₁到时间t₂之间保持一定，然后截止为零。

模式4：与上述类型1相同，在到时间t₁之前连续增大，再从时间t₁到时间t₂间以相反的方式无级地连续减小，重复进行这种增大和减小。