專利名稱：推進(jìn)劑藥漿加工特性簡易測定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種藥漿加工特性力學(xué)測試裝置。
背景技術(shù)：
推進(jìn)劑藥漿是一種包含固體粒子、液體介質(zhì)以及高分子粘結(jié)劑、固化劑等組成的高含能漿體，表現(xiàn)出懸浮體與顆粒流的復(fù)雜流變特性，包括屈服、非牛頓性、觸變性、壁面滑移及復(fù)雜的拉伸特性等，因而在實際混料及灌漿過程中表現(xiàn)出不同的工藝特性。目前測試此類體系加工特性的儀器往往采用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)流變儀和粘度計，無法反映藥漿體系的復(fù)雜本質(zhì)與流動特性。此類傳統(tǒng)儀器的測定方法還存在許多測量困難，如壁面滑移效應(yīng)。Tulane大學(xué)的De Kee教授提出一種新的測定方法，即以懸絲將刻槽平板從待測物中拉出，測定其受力過程，此方法主要用于測定低屈服應(yīng)力懸浮體系，無法用于高填充濃懸浮體系的測定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足而提供一種適用于快速測試，測試范圍廣，測試功能強(qiáng)，攜帶方便、操作簡單、可靠性好的推進(jìn)劑藥漿加工特性簡易測試儀。本發(fā)明的技術(shù)方案在于包括支架、料杯、夾具、檢測系統(tǒng)；
所述檢測系統(tǒng)包括一個接收力傳感器、溫度控制器、馬達(dá)控制器所采集的電信號，由微處理器控制，將所采集的電信號通過多路采樣開關(guān)、經(jīng)過模擬信號放大器放大后、再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號，將數(shù)字信號通過數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)進(jìn)行存儲、并將數(shù)字信號通過USB數(shù)據(jù)線反饋到計算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；一個將接收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)字信號通過軟件實時記錄并按照設(shè)定公式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，按設(shè)定輸出格式在電腦中顯示和記錄的計算機(jī)；一個接收計算機(jī)所發(fā)出的控制指令控制步進(jìn)馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)、測量步進(jìn)馬達(dá)實際轉(zhuǎn)速，并將所測步進(jìn)馬達(dá)實際轉(zhuǎn)速實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的馬達(dá)控制器；一個接收計算機(jī)所發(fā)出的控制指令調(diào)節(jié)恒溫槽內(nèi)介質(zhì)溫度、測量恒溫槽內(nèi)實際溫度，并將所測恒溫槽內(nèi)實際溫度實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的溫度控制器；一個將所測量力電壓信號實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的力傳感器；一個向計算機(jī)、步進(jìn)馬達(dá)、溫度控制器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)供電的電源模塊；
所述支架上設(shè)有升降臺；恒溫槽設(shè)置于升降臺上；料杯放置于恒溫槽中；所述力傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成檢測器；檢測器與用于蘸取料杯內(nèi)藥漿以便檢測的夾具相連；所述夾具與檢測器為剛性連接；步進(jìn)馬達(dá)、與步進(jìn)馬達(dá)相連的馬達(dá)控制器組成用于驅(qū)動控制升降臺的傳動控制系統(tǒng)。所述夾具為一個以上帶有刻槽的平板或圓筒或板狀組合。所述夾具為一個以上帶有孔洞的平板或圓筒或板狀組合。所述夾具為表面平滑無孔的平板或圓筒。所述夾具為探針。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點 本發(fā)明通過改變夾具可方便快捷地在較寬范圍測試藥漿的一系列加工特性，如屈服應(yīng)力、表觀粘度、流平性、拉伸特性和凝膠化反應(yīng)時間。(2本發(fā)明所用夾具與檢測器之間采用剛性硬連接，保證夾具的運(yùn)動方向與檢測
器與之間剪切方向一致，避免誤差。剛性連接的使用使得測量體系的種類更加多樣化，拓寬了本發(fā)明的應(yīng)用。(D本發(fā)明所占空間小，容易攜帶，在現(xiàn)場容易組裝和操作，安全性高。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為夾具(刻槽平板結(jié)構(gòu))的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為夾具(帶孔平板結(jié)構(gòu))的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為夾具(四片刻槽槳葉垂直交叉結(jié)構(gòu))的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明的電路控制原理圖。圖6為本發(fā)明測試時夾具拉出過程中的受力示意圖。圖7為本發(fā)明拉伸特性測試附件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I、夾具，2、檢測器，3、傳動控制系統(tǒng)，4、溫控系統(tǒng)，5、支架，6、計算機(jī)，7、馬達(dá)控制器，8、步進(jìn)馬達(dá)，9、升降臺，10、料杯，11、高速CXD攝像機(jī)，12、漿料細(xì)絲，13、光源，1-a、刻槽平板夾具，l_b、帶孔平板夾具，1-c、四片刻槽槳葉垂直交叉夾具。
具體實施例方式圖I中，支架5上設(shè)有升降臺9 ;恒溫槽設(shè)置于升降臺9上；料杯10放置于恒溫槽中；力傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成檢測器2 ;檢測器2與用于蘸取料杯10內(nèi)藥漿以便檢測的夾具I相連；夾具I與檢測器2為剛性連接；步進(jìn)馬達(dá)8、與步進(jìn)馬達(dá)8相連的馬達(dá)控制器7組成用于驅(qū)動控制升降臺9的傳動控制系統(tǒng)3。本發(fā)明基本動作原理是計算機(jī)6使馬達(dá)控制器7和步進(jìn)馬達(dá)8驅(qū)動控制升降臺9將夾具I垂直浸入漿料，使得夾具I的葉片完全浸沒在漿料中，再拔出，夾具I受力由檢測器2測量并輸入計算機(jī)6，以軟件轉(zhuǎn)換受力曲線，并記錄。料杯10固定于溫控系統(tǒng)4，保證測定準(zhǔn)確。本發(fā)明的夾具I適用測試對象范圍廣，一般為帶細(xì)金屬桿的刻槽或帶孔平板，細(xì)金屬桿要求具有剛性。根據(jù)待測對象不同，可以設(shè)計不同幾何形狀、不同表面形貌的夾具，如測試粘度偏低的體系可采用四片刻槽或帶孔葉片十字交叉的夾具。將夾具I改成表面平滑無孔的平板，并與溝槽或多孔板夾具I得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以測試壁面滑移效應(yīng)；將夾具I改變?yōu)樘结?，可得到固化體系的凝膠化反應(yīng)時間；添加溫控系統(tǒng)4可實現(xiàn)變溫測試。最后，為實現(xiàn)儀器的簡易便捷以及較高精度，對夾具I、檢測器2、傳動控制系統(tǒng)3、溫控系統(tǒng)
4、支架5、計算機(jī)部件采用小型化構(gòu)造，以方便攜帶；選用性能優(yōu)異的機(jī)械部件以及采用接地處理，以減小機(jī)械噪聲和電噪聲，提高儀器測試精度；夾具I的升降可以實現(xiàn)一鍵控制，計算機(jī)6與儀器通過USB連接，實驗過程中所測得的特性參數(shù)可直接反饋到軟件界面上，使得操作簡單化。圖2中，l_a為刻槽平板夾具。圖3中，l_b為帶孔平板夾具。圖4中，I-C為四片刻槽葉片垂直交叉夾具。圖5中，計算機(jī)分別與馬達(dá)控制器和溫度控制器連接。計算機(jī)將控制指令傳輸?shù)今R達(dá)控制器和溫度控制器中，馬達(dá)控制器通過控制指令控制步進(jìn)馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)。溫度控制器通過控制指令調(diào)節(jié)恒溫槽內(nèi)介質(zhì)溫度。馬達(dá)控制器和溫度控制器將即時測量的參數(shù)(即馬達(dá)實際轉(zhuǎn)速、實際溫度)實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。同時，力傳感器將所測量的力電壓信號實時傳輸給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由微處理器控制，馬達(dá)控制器、溫度控制器和力傳感器將響應(yīng)得到的電信號通過多路采樣開關(guān)，經(jīng)過模擬信號放大器放大后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號。數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)進(jìn)行存儲，而后通過USB數(shù)據(jù)線反饋到計算機(jī)。計算機(jī)通過軟件實時記錄溫度、馬達(dá)轉(zhuǎn)速和力的數(shù)值，并按照設(shè)定公式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，按設(shè) 定輸出格式在電腦中顯示和記錄。電源模塊向計算機(jī)、馬達(dá)、溫度控制器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)供電。圖6中，圖中從開始到A點，應(yīng)力線性增長，材料表現(xiàn)純彈性；A點到B點，表現(xiàn)非線性彈性行為點對應(yīng)的應(yīng)力為被測體系的屈服應(yīng)力，對一些介質(zhì)，B點時，已有部分液體拉出液面,會加大表觀屈服應(yīng)力。圖7中，水平放置的平行板夾具I垂直運(yùn)動可測試體系拉伸性能。測試過程中，控制升降臺，通過高速CXD攝像機(jī)11記錄漿料細(xì)絲12直徑隨時間的變化，經(jīng)過計算機(jī)6控制軟件處理分析，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可得到漿料拉伸粘度隨拉伸速率的變化關(guān)系。10為料杯，13為光源。本發(fā)明在測試過程中可以得到如下反映藥漿加工特性的主要參數(shù)
(D屈服應(yīng)力
如圖6所示，圖中從開始到A點，應(yīng)力線性增長，材料表現(xiàn)純彈性；A點到B點，表現(xiàn)非線性彈性行為點對應(yīng)的應(yīng)力為被測體系的屈服應(yīng)力，對一些介質(zhì)，B點時，已有部分液體拉出液面,會加大表觀屈服應(yīng)力。 表觀粘度
在夾具被拉出待測物之前，可以通過相應(yīng)的換算關(guān)系得到拉出時的剪切速率，進(jìn)而得到待測物的表觀粘度。表觀粘度的表達(dá)式如下
V 聊=
其中，A為與夾具形狀有關(guān)的待校定常數(shù)，L為夾具的長度，P為藥漿的密度，A為夾具的升降速率。 流平性
在夾具被完全拉出并停止后，拉出漿料由于重力作用開始逐漸松弛下垂，應(yīng)力隨之逐漸減小，這個接近指數(shù)衰減應(yīng)力松弛過程可以作為描述藥漿流平性指標(biāo)。漿料的特征流平時間為應(yīng)力變?yōu)?/e的時間，流平性產(chǎn)可表示為
P = CTjat0 = (1/e) ■ (( - Os)/ crf0)+Offi / ￡Jr0
其中，Ok1表示起始時間為&時的應(yīng)力，I表示時間無窮大時的應(yīng)力，e為自然對數(shù)的底，為2.71828。T越大，Z7值越小，流平性越差。@拉伸特性
在圖I中添加光學(xué)附件即可測定漿料的拉伸特性，如圖7所示，I為夾具，6為計算機(jī)，10為料杯，11為高速CXD攝像機(jī)，12為漿料細(xì)絲，13為光源。水平放置的平行板夾具I垂直運(yùn)動可測試體系拉伸性能。測試過程中，控制升降臺9，通過高速CCD攝像機(jī)11記錄漿料細(xì)絲12直徑隨時間的變化，經(jīng)過計算機(jī)控制軟件處理分析，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可得到漿料拉伸粘度隨拉伸速率的變化關(guān)系。
凝膠化反應(yīng)時間
將夾具改變?yōu)樘结?，每隔一段時間對探針施加一定頻率的振動，通過檢測器記錄探針的受力隨時間變化過程，即可得到固化體系的凝膠化反應(yīng)時間。
權(quán)利要求
1.一種推進(jìn)劑藥漿加工特性簡易測定儀，其特征在于包括支架、料杯、夾具、檢測系統(tǒng)； 所述檢測系統(tǒng)包括 一個接收力傳感器、溫度控制器、馬達(dá)控制器所采集的電信號，由微處理器控制，將所采集的電信號通過多路采樣開關(guān)、經(jīng)過模擬信號放大器放大后、再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號，將數(shù)字信號通過數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)進(jìn)行存儲、并將數(shù)字信號通過USB數(shù)據(jù)線反饋到計算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)； 一個將接收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)字信號通過軟件實時記錄并按照設(shè)定公式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，按設(shè)定輸出格式在電腦中顯示和記錄的計算機(jī)； 一個接收計算機(jī)所發(fā)出的控制指令控制步進(jìn)馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)、測量步進(jìn)馬達(dá)實際轉(zhuǎn)速，并將 所測步進(jìn)馬達(dá)實際轉(zhuǎn)速實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的馬達(dá)控制器； 一個接收計算機(jī)所發(fā)出的控制指令調(diào)節(jié)恒溫槽內(nèi)介質(zhì)溫度、測量恒溫槽內(nèi)實際溫度，并將所測恒溫槽內(nèi)實際溫度實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的溫度控制器； 一個將所測量力電壓信號實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的力傳感器； 一個向計算機(jī)、步進(jìn)馬達(dá)、溫度控制器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)供電的電源模塊； 所述支架上設(shè)有升降臺；恒溫槽設(shè)置于升降臺上；料杯放置于恒溫槽中；所述力傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成檢測器；檢測器與用于蘸取料杯內(nèi)藥漿以便檢測的夾具相連；所述夾具與檢測器為剛性連接；步進(jìn)馬達(dá)、與步進(jìn)馬達(dá)相連的馬達(dá)控制器組成用于驅(qū)動控制升降臺的傳動控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的推進(jìn)劑藥漿加工特性簡易測定儀，其特征在于所述夾具為一個以上帶有刻槽的平板或圓筒或板狀組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的推進(jìn)劑藥漿加工特性簡易測定儀，其特征在于所述夾具為一個以上帶有孔洞的平板或圓筒或板狀組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的推進(jìn)劑藥漿加工特性簡易測定儀，其特征在于所述夾具為表面平滑無孔的平板或圓筒。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的推進(jìn)劑藥漿加工特性簡易測定儀，其特征在于所述夾具為探針。
全文摘要
一種推進(jìn)劑藥漿加工特性簡易測定儀，其檢測系統(tǒng)包括一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；計算機(jī)；一個馬達(dá)控制器；一個調(diào)節(jié)恒溫槽內(nèi)介質(zhì)溫度、測量實際溫度并將其實時傳輸?shù)臏囟瓤刂破?；一個力傳感器；支架上設(shè)有升降臺；恒溫槽設(shè)置于升降臺上；料杯放置于恒溫槽中；所述力傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成檢測器；檢測器與用于蘸取料杯內(nèi)藥漿以便檢測的夾具相連；所述夾具與檢測器為剛性連接；步進(jìn)馬達(dá)、與步進(jìn)馬達(dá)相連的馬達(dá)控制器組成用于驅(qū)動控制升降臺的傳動控制系統(tǒng)。它采用在可控溫度下通過設(shè)定測試夾具以可控速度從漿料中升降時受力的變化過程，得到漿料的一系列加工特性，以及在進(jìn)行固化體系的凝膠化反應(yīng)時間測定,具有測試功能強(qiáng)、操作簡捷、攜帶方便的優(yōu)點。
文檔編號G01N11/16GK102735588SQ201110432759
公開日2012年10月17日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者許元澤, 鄭劍, 郭翔, 郭營 申請人:湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所