專利名稱：電流變液流變特性測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種測量技術領域的裝置，具體是一種電流變液流變特性測量系統(tǒng)。
背景技術：
電流變液是一種智能流體材料，流變特性是其最基本和最關鍵的特性，測量電流變液流變特性的儀器和方法也多種多樣?，F(xiàn)有的電流變液流變特性測量儀器和方法基本上是在已有的用于普通流體流變特性測量的流變儀上進行改裝和升級。通常的做法就是在測量系統(tǒng)上增加高電壓傳導和絕緣元件，在測量系統(tǒng)的測量空間形成高電場。以旋轉式流變儀的雙平板測量系統(tǒng)為例，現(xiàn)有報道的措施是將測量系統(tǒng)中的上平板或下平板與儀器的其它部分絕緣，然后將高電壓加到被絕緣的上平板或下平板上。到目前為止，電流變液發(fā)生顯著流變效應所需的電場強度一般都在2000V/mm以上。如果測量系統(tǒng)中上、下平板的間距為0.5mm，那么兩個平板之間的電壓需要達到1000V以上。
經(jīng)對現(xiàn)有技術的查新發(fā)現(xiàn)，英國BOHLIN公司(2003年被MALVERN公司收購)生產(chǎn)的CVO100流變儀和相應的高電壓測量系統(tǒng)即屬于上述類型。其中，上平板與儀器主體絕緣，但是它上面的鋁質導電環(huán)浸泡在安裝基座上的電解質溶液槽中。電解質溶液槽的內壁為金屬，外殼為酚醛樹脂絕緣材料，使電解質溶液和儀器主體絕緣。高壓直流電通過與電解質溶液槽金屬內壁連接的BNC插頭的芯腳加到金屬內壁和槽中的電解質溶液，于是測量系統(tǒng)的上平板帶高壓正電。BNC插頭的外殼和下平板接地。用該儀器實際測量電流變液時，上平板的旋轉速度無法穩(wěn)定，剪切應力急劇波動，無法獲得有效的測量數(shù)據(jù)。經(jīng)分析，這是流變儀本身的特點和電流變液流變特性的特殊性導致的。首先，CVO100是為石油等普通流體的流變特性測量設計的高精度流變儀，剪切應力分辨率和剪切速率分辨率很高，但是最大驅動力矩只有0.1N·m。其次，高電場強度下的電流變液在上平板的剪切作用下，屈服前它對上平板的反作用力往往幾倍于屈服后對上平板的反作用力。實驗中，經(jīng)常觀察到上平板不能按剪切速率的設定值旋轉而處于微幅振動，即是由于流變儀的驅動力矩不夠引起的。第三，雙平板測量系統(tǒng)的結構形式不能保證電流變液和上平板充分和穩(wěn)定地接觸。第四，正電極的供電方式中，鋁質導電環(huán)和電解質溶液之間的接觸引入了附加的剪切應力，從而影響測量精度。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種電流變液流變特性測量系統(tǒng)，旋轉式流變儀應用該測量系統(tǒng)后，能夠準確和可靠地測量電流變液的流變特性。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，包括轉軸、上部四氟絕緣套、剪切臂、測量空間、導電環(huán)、下部四氟絕緣套和基座。轉軸、上部四氟絕緣套和剪切臂緊密配合構成測量系統(tǒng)的動部件取代流變儀中的原有的上平板，動部件不和高壓電源系統(tǒng)相連；基座保持了流變儀原有基座的外輪廓機械尺寸，但是在中間增設了導電環(huán)和下部四氟絕緣套，并且導電環(huán)的內圓柱面、下部四氟絕緣套和基座中心處的圓柱面構成測量空間，電流變液設置于測量空間中，導電環(huán)連接高壓電源正極，基座連接高壓電源負極，測量空間中的電場強度為徑向輻射方向，剪切臂伸入測量空間中沿切線方向剪切其中的電流變液。
其中，上部四氟絕緣套和轉軸緊密配合，轉軸底部沿徑向向外有臺階狀凸起，而上部四氟絕緣套的對應位置有臺階狀內凹，二者的軸向位置得以精確定位。剪切臂的上根部為環(huán)形，它和上部四氟絕緣套緊密配合；上部四氟絕緣套底部沿徑向向外有臺階狀凸起，而剪切臂的環(huán)形根部的對應位置有臺階狀內凹，二者的軸向位置得以精確定位。剪切臂在環(huán)形根部以下是兩個狹窄的沿軸向延伸的薄片，每個薄片的弧長為2mm，長度11mm，厚度0.5mm，兩個薄片沿半徑為10.75mm的圓周以圓心對稱分布。轉軸、上部四氟絕緣套和剪切臂緊密配合構成測量系統(tǒng)的動部件，它在電機的驅動下旋轉?；纳喜渴且粋€環(huán)形槽，環(huán)形槽所包圍的中心處是半徑為10mm的圓柱。下部四氟絕緣套的外圓柱面和環(huán)形槽的外側圓柱面緊密配合，下部四氟絕緣套的底面和環(huán)形槽的底部接觸，下部四氟絕緣套的底面中心圓孔與環(huán)形槽的內側圓柱面接觸。導電環(huán)的外圓柱面和下部四氟絕緣套的內圓柱面活動配合，導電環(huán)的內圓柱面與基座中間的半徑為10mm的圓柱面之間構成寬度為1.5mm的環(huán)形測量空間。測量空間的深度為11mm，當轉軸的底面和基座中間半徑為10mm的圓柱上表面接觸時，剪切臂伸入測量空間的長度為10mm，剪切臂的內表面與基座中間的半徑為10mm的圓柱面之間的距離為0.5mm，剪切臂的外表面與導電環(huán)的內圓柱面之間的距離為0.5mm。
本發(fā)明工作時，高壓電源的高壓端連接到導電環(huán)，高壓電源的地線連接到基座。當高壓電源的輸出電壓為2000V時，剪切臂所在位置的徑向電場強度為2000V/mm，其它位置的徑向電場強度為1333V/mm。將電流變液注入測量空間中，將轉軸下降使它的底面和基座中間半徑為10mm的圓柱上表面接觸，設定此時的上、下距離為零。將轉軸上升2mm，于是剪切臂在測量空間中的長度為8mm。轉軸旋轉時，剪切臂剪切測量空間中的電流變液，剪切臂受到的剪切力矩經(jīng)轉軸被流變儀中的力矩傳感器所檢測，由剪切臂的力臂長度和剪切面積可以計算得到電流變液的剪切應力值。電流變液的流變特性可以用不同電場強度下的剪切速率和剪切應力之間的關系加以描述。
由于剪切臂的厚度遠小于剪切臂的半徑R，因此可以認為剪切臂的內、外剪切面的力臂長度都為R。設剪切臂浸入測量空間的長度為H，剪切臂的弧長為L，剪切力矩為M，剪切應力τ=M4RHL]]>設剪切臂的剪切線速度為V，剪切臂的內、外表面與基座中間的半徑為10mm的圓柱面和導電環(huán)的內圓柱面之間的距離為D，剪切速率γ·=VD]]>由不同電場強度下的剪切應力和剪切速率的測量數(shù)據(jù)可以得到各種電流變液流變特性模型的具體參數(shù)。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的剪切速率的均勻性優(yōu)于雙平板測量系統(tǒng)，因為在雙平板測量系統(tǒng)中剪切速率沿徑向是不均勻的。由于剪切臂的下部是浸泡在電流變液中，二者能可靠地接觸。雖然電流變液的剪切應力遠大于普通流體，但是本發(fā)明的測量系統(tǒng)的剪切面積很小，同時還可以通過轉軸的上、下移動進一步加以限制，使轉軸所受到的最大剪切轉矩小于流變儀的最大驅動力矩，以保證流變儀的正常測量工作。轉軸除了受到剪切力矩以外沒有其它作用力，消除了原有的雙平板測量系統(tǒng)中為高電壓供電的鋁質導電環(huán)和電解質溶液的接觸帶來的附加剪切力矩。通過導電環(huán)，高壓直流電可以方便地加到測量空間的電流變液體上。電流變液體只需填滿測量系統(tǒng)的測量空間，電流變液的用量少。測量完成后，通過拆卸導電環(huán)即可清潔測量空間。本發(fā)明充分利用了現(xiàn)有流變儀的功能，在原理和結構上體現(xiàn)了電流變液的機理特點，高電壓供電不影響測量精度，電流變液用量少，清理方便，有利于電流變液的材料研究。


圖1本發(fā)明整體結構示意圖具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明包括轉軸1、上部四氟絕緣套2、剪切臂3、測量空間4、導電環(huán)5、下部四氟絕緣套6和基座7。轉軸1、上部四氟絕緣套2和剪切臂3緊密配合構成測量系統(tǒng)的動部件取代流變儀中的原有的上平板，動部件不和高壓電源系統(tǒng)相連；基座7中間增設了導電環(huán)5和下部四氟絕緣套6，并且導電環(huán)5的內圓柱面、下部四氟絕緣套6和基座7中心處的圓柱面構成測量空間4，電流變液設置于測量空間4中，導電環(huán)5連接高壓電源正極，基座7連接高壓電源負極，測量空間4中的電場強度為徑向輻射方向，剪切臂3伸入測量空間4中沿切線方向剪切其中的電流變液。
轉軸1、上部四氟絕緣套2和剪切臂3緊密配合構成測量系統(tǒng)的動部件，它在電機的驅動下旋轉?；?的上部是一個環(huán)形槽，環(huán)形槽所包圍的中心處是半徑為10mm的圓柱。下部四氟絕緣套6的外圓柱面和環(huán)形槽的外側圓柱面緊密配合，下部四氟絕緣套6的底面和環(huán)形槽的底部接觸，下部四氟絕緣套6的底面中心圓孔與環(huán)形槽的內側圓柱面接觸。導電環(huán)5的外圓柱面和下部四氟絕緣套6的內圓柱面活動配合，導電環(huán)5的內圓柱面與基座7中間的半徑為10mm的圓柱面之間構成寬度為1.5mm的環(huán)形測量空間4。測量空間4的深度為11mm，當轉軸1的底面和基座7中間的半徑為10mm的圓柱上表面接觸時，剪切臂3伸入測量空間4的長度為10mm，剪切臂3的內表面與基座7中間的半徑為10mm的圓柱面之間的距離為0.5mm，剪切臂3的外表面與導電環(huán)5的內圓柱面之間的距離為0.5mm。
上部四氟絕緣套2和轉軸1緊密配合，并且轉軸1底部沿徑向向外有臺階狀凸起，而上部四氟絕緣套2的對應位置有臺階狀內凹，二者的軸向位置得以精確定位。剪切臂3的上根部為環(huán)形，它和上部四氟絕緣套2緊密配合，并且上部四氟絕緣套2底部沿徑向向外有臺階狀凸起，而剪切臂3的環(huán)形根部的對應位置有臺階狀內凹，二者的軸向位置得以精確定位。剪切臂3在環(huán)形根部以下是兩個狹窄的沿軸向延伸的薄片，每個薄片的弧長為2mm，長度11mm，厚度0.5mm，兩個薄片沿半徑為10.75mm的圓周以圓心對稱分布。剪切臂3不和高壓電源系統(tǒng)直接相連接。
測量時，高壓電源的高壓端連接到導電環(huán)5，高壓電源的地線連接到基座7。將電流變液注入測量空間4中，將轉軸1下降使它的底面和基座7中間半徑為10mm的圓柱上表面接觸，設定此時的上、下距離為零。將轉軸1上升2mm，于是剪切臂3在測量空間4中的長度為8mm。轉軸1旋轉時，剪切臂3剪切測量空間4中的電流變液，剪切臂3受到的剪切力矩經(jīng)轉軸1被流變儀中的力矩傳感器所檢測，由剪切臂3的力臂長度和剪切面積可以計算得到電流變液的剪切應力值。
權利要求
1.一種應用于旋轉式流變儀的電流變液流變特性測量系統(tǒng)，包括轉軸(1)、上部四氟絕緣套(2)、剪切臂(3)、基座(7)，其特征在于，還包括測量空間(4)、導電環(huán)(5)和下部四氟絕緣套(6)，其中，轉軸(1)、上部四氟絕緣套(2)和剪切臂(3)緊密配合構成測量系統(tǒng)的動部件取代流變儀中的上平板，基座(7)中間增設了導電環(huán)(5)和下部四氟絕緣套(6)，并且導電環(huán)(5)的內圓柱面、下部四氟絕緣套(6)和基座(7)中心處的圓柱面構成測量空間(4)，電流變液設置于測量空間(4)中，導電環(huán)(5)連接高壓電源正極，基座(7)連接高壓電源負極，測量空間(4)中的電場強度為徑向輻射方向，剪切臂(3)伸入測量空間(4)中沿切線方向剪切其中的電流變液。
2.根據(jù)權利要求1所述的電流變液流變特性測量系統(tǒng)，其特征是，四氟絕緣套(2)和轉軸(1)緊密配合，并且轉軸(1)底部沿徑向向外有臺階狀凸起，而上部四氟絕緣套(2)的對應位置有臺階狀內凹，二者的軸向位置得以定位。
3.根據(jù)權利要求2所述的電流變液流變特性測量系統(tǒng)，其特征是，剪切臂(3)的上根部為環(huán)形，它和上部四氟絕緣套(2)緊密配合，并且上部四氟絕緣套(2)底部沿徑向向外有臺階狀凸起，而剪切臂(3)的環(huán)形根部的對應位置有臺階狀內凹，二者的軸向位置得以定位。
4.根據(jù)權利要求3所述的電流變液流變特性測量系統(tǒng)，其特征是，剪切臂(3)在環(huán)形根部以下是兩個狹窄的沿軸向延伸的薄片，兩個薄片沿圓周以圓心對稱分布。
5.根據(jù)權利要求4所述的電流變液流變特性測量系統(tǒng)，其特征是，每個薄片的弧長為2mm，長度11mm，厚度0.5mm，兩個薄片沿半徑為10.75mm的圓周以圓心對稱分布。
6.根據(jù)權利要求1所述的電流變液流變特性測量系統(tǒng)，其特征是，基座(7)的上部是一個環(huán)形槽，環(huán)形槽所包圍的中心處是半徑為10mm的圓柱。
7.根據(jù)權利要求1或者6所述的電流變液流變特性測量系統(tǒng)，其特征是，下部四氟絕緣套(6)的外圓柱面和基座(7)環(huán)形槽的外側圓柱面緊密配合，下部四氟絕緣套(6)的底面和基座(7)環(huán)形槽的底部接觸，下部四氟絕緣套(6)的底面中心圓孔與環(huán)形槽的內側圓柱面接觸。
8.根據(jù)權利要求1所述的電流變液流變特性測量系統(tǒng)，其特征是，導電環(huán)(5)的外圓柱面和下部四氟絕緣套(6)的內圓柱面活動配合。
9.根據(jù)權利要求1所述的電流變液流變特性測量系統(tǒng)，其特征是，測量空間(4)，為導電環(huán)(5)的內圓柱面與基座(7)中間的半徑為10mm的圓柱面之間構成的寬度為1.5mm的環(huán)形測量空間。
10.根據(jù)權利要求1或者9所述的電流變液流變特性測量系統(tǒng)，其特征是，測量空間(4)的深度為11mm，當轉軸(1)的底面和基座(7)中間的半徑為10mm的圓柱上表面接觸時，剪切臂(3)伸入測量空間(4)的長度為10mm，剪切臂(3)的內表面與基座(7)中間的半徑為10mm的圓柱面之間的距離為0.5mm，剪切臂(3)的外表面與導電環(huán)(5)的內圓柱面之間的距離為0.5mm。
全文摘要
一種測量技術領域的電流變液流變特性測量系統(tǒng)，包括轉軸、上部四氟絕緣套、剪切臂、測量空間、導電環(huán)、下部四氟絕緣套和基座。轉軸、上部四氟絕緣套和剪切臂緊密配合構成測量系統(tǒng)的動部件取代流變儀中的上平板；基座中間增設了導電環(huán)和下部四氟絕緣套，并且導電環(huán)的內圓柱面、下部四氟絕緣套和基座中心處的圓柱面構成測量空間，電流變液設置于測量空間中，導電環(huán)連接高壓電源正極，基座連接高壓電源負極，測量空間中的電場強度為徑向輻射方向，剪切臂伸入測量空間中沿切線方向剪切其中的電流變液。本發(fā)明的剪切速率均勻，剪切臂與電流變液可靠地接觸，高壓供電方式不影響測量精度，電流變液的用量少，測量空間清潔方便。
文檔編號G01N11/14GK1731140SQ20051002888
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月18日 優(yōu)先權日2005年8月18日
發(fā)明者陳樂生, 裘揆, 陳大躍 申請人:上海交通大學