專利名稱：高度固體懸浮粘質流速計的制作方法
技術領域：
本發明涉及預測高度固體懸浮粘質，如TV密封玻璃膏的滑動阻力的新型改進流速計。
背景技術：
高度固體懸浮粘質的流速計一直受到人們關注且富有挑戰性。為了控制通過流動通道和分發孔分發懸浮有高度固體物的糊狀物的流暢性以及控制糊狀物定位在基板上后的二次流動，需要在中等和接近為零的兩種剪切速率范圍上準確地測量粘度。過去，采用諸如Brookfied的傳統粘度計只能令人滿意地測量出中等至高剪切速率下(這表示分發糊狀物的流暢性)的粘度。另一方面，在接近為零的剪切速率下測量粘度的簡單、值得生產的粘質流速計(這表示糊狀物靜止時受到的滑動阻力)一直是在期望中的。
絕大多數填充有顆粒懸浮物體的流動是非牛頓型的，其中粘度與剪切速率和/或剪切時間有關。這些懸浮物主要是假塑性體，所以粘度隨剪切速率的增大而減小，通常，這些懸浮物是觸變性的，粘度隨剪切時間的增大而減小。具有相對較高固體懸浮物以及具有極高假塑性程度的糊狀物以虛體抵抗有限幅度外部應力的形式顯示出了屈服應力。只有當外部應力超過這一臨界值(屈服應力)時才可能發生應變。由于可用的絕大多數流速計只能測量穩態形式下的糊狀物響應，即扭矩、力、位移、角矩等，接受測試的糊狀物的這種虛體在測試時常常會受到分裂甚至破壞。因此，不能夠獲得糊狀物滑動阻力的準確測量結果。
一段時間內曾采用通常的落球粘度計對牛頓流體進行明確的剪切分析。然而，這種分析完全是針對牛頓流體的，而不是針對具有高度固體懸浮物的糊狀物所呈現的非牛頓流體的流動體。
傳統的落球粘度計一直不能令人滿意地測出諸如TV玻璃膏的高度固體懸浮物的滑動阻力。一個障礙在于糊狀物是不透明的，這就不可能對落球進行目視觀測。此外，有些糊狀物具有較高的屈服應力，這阻止落球通過其自身重量落入到糊狀物中。在球背后增加力被視為是不實際的，因為力太小則球不能下落，力太大則下落太快，以致不能分辨下落時間。
過去采用了許多測量裝置，如美國專利1,232,782、1,651596、1,748,512、1,748513、5,144,832和5,327,778，這些都利用重量迫使插桿或落球降落到測試基板上，美國專利1,748,512和1,748513也利用油槽和活塞控制重插桿或插棒的降落運動。美國專利1,894,369、2,625,034和2,747,399都是利用天平或秤測量測試樣品的穿透速率。此外，美國專利2,638,779測量電磁線圈的電流，獲得樣品穿透阻力的讀數。最后，美國專利5,357,786利用電磁天平提供插桿垂直碰到樣品上的信號或讀數。然而，上述參考文獻中沒有一個提出利用恒速移動臺將落球插入到測試樣品中并測量落球通過樣品移動時作用在落球上的最大作用力。
因此，本發明的目的是提供一種使落球以預定的恒定直線速度運動到高濃度的固體懸浮物的測試樣品中并測量它通過測試樣品運動時發生在落球上的最大作用力的新型改進落球粘度計。
發明概要本發明提供一種測量插桿或落球以恒速通過一部分測試樣品移動時作用在其上的最大作用力的方法和裝置。更具體地說，本發明的方法和裝置可用于預測高濃度固體懸浮物，如TV玻璃膏的樣品的滑動阻力。
為了獲得各種測試樣品之間的所需有效讀數，將具有球形末端的移動桿設置在移動臺上，移動臺以所需恒速直線移動到放入待測糊狀物的容器中，同時附著在移動桿上的測力計監測并記錄移動桿移動到一部分測試樣品期間作用在其上的最大作用力。為了取得一致性，在ICL(Intelli命令語言)軟件控制下，由與小型PCU連接的電機驅動DC分度器控制球體的直線降落運動。利用預定恒速將球體浸入糊狀物中，測量球體通過糊狀物移動時作用在其上的最大作用力，獲得一種糊狀物與另一種糊狀物之間的稠度或滑動阻力的有意義的比較，這里采用相同直徑的球體和相同直徑的存放糊狀物的容器對糊狀物進行測試。
附圖簡述
圖1是本發明改進型粘質流速計的立面側視圖。
圖2是其立面正視圖。
圖3是其俯視平面圖。
發明詳述現在參考附圖，圖中所示的本發明經過改進的粘質流速計10包括帶有底板或樣品鎖定部分14的直立滑動支架或測試支架12和安裝在其上的可直線移動的滑動構件16。直立測試支架12包括支撐背板18和一對固定在背板18上的位于上部蓋板構件24與底部構件26之間的滑動導軌20、22，底部構件26固定在樣品鎖定部分14上。
滑動構件16設有滾珠螺桿裝置28和導軌，從而沿導軌20、22作上下直線移動。將步進電機30安裝在測試支架12上并通過連接器外殼32與滾珠螺桿連接，從而驅動滾珠螺桿裝置，使滑動構件16沿滑動導軌20、22直線移動。控制器組件34(后面將作更詳細的描述)控制步進電機30的動作，于是控制滑動構件16沿直立支架12的導軌20、22的移動。
接合器構件36與滑動構件16連接，有一個數字式測力計38固定在其外側。將一個球形末端40附著在移動桿42上，用螺絲將移動桿42擰在測力計38上。測力計有一個記錄測試測量結果的數字讀出面板44。如圖1所示，可以設置上下限制開關46、48，限制了滑動構件16沿直立滑動支架或測試支架導軌20、22的垂直移動范圍。
粘質流速計10利用帶有球形末端40的移動桿42以預定速度垂直向下移動，進入到如圖1虛線所示容器C中的糊狀體中，移動桿42附著在其上的測力計38監測并記錄移動桿向下移動到容器C中糊狀物期間作用在球形末端上的最大作用力。球形末端40的向下移動是通過滾珠螺桿裝置28由滑動構件16向下移動而產生的，滑動構件16的移動又是由步進電機30控制的。然而，在Intelli命令語言(ICL)軟件(后面將說明)控制下，電機30接至微型中央處理單元(CPU)。位于落球桿42上方的測力計38能夠記錄和顯示球形末端通過容器C中測試樣品移動時作用在其上的最大壓縮力的數字式測力計。這種測力計可以是芝加哥國際控制公提供的CI-FGE2型測力計。
CPU操縱直線移動的滑動構件16，使測力計38和球形末端40作為一個恒速移動臺移動，將球形末端插入容器C中的測試樣品或糊狀物中。驅動單元中的CPU利用ICL軟件以預定恒速驅動DC步進電機，使球形末端40以恒速在糊狀物或測試樣品中移動。當球形末端在測試材料中移動時，通過對測力計進行編程獲得作用在球形末端上的最大作用力。較佳地，CPU控制步進電機以半步步進，從而使滑動構件16沿支架12平滑移動而沒有任何諧振。如果需要的話，可以CPU編程使球形末端恰好快速下落在樣品上方，然后以預定恒速使球形末端在樣品中移動，獲得球形末端在樣品中移動時測力計上的峰值或最大作用力讀數。測試支架可以是Cole-Parmer公司產生的VersaTest型EP-59880-54支架，CPU可以是休斯工業產品公司提供的美國精密包裝微步進系統產品編號為P/N P261X-M232的產品。
本發明的粘質流速計實際上是一種相對測量儀器，因此，必須使球形末端40的直徑和存放測試樣品或糊狀物的容器C的直徑保持恒定不變，以便對一種糊狀物與另一種糊狀物的稠度或滑動阻力進行比較。
在操作中，測試樣品或糊狀物最好是在標準抖動機，如Red Devil吊桶抖動機上抖動3分鐘。然后將樣品放入測試支架12的樣品鎖定部分14的容器C中。將球形末端40恰好定位在糊狀物表面上方而不是在接觸位置開始測試。驅動控制器組件，使電機驅動臺(包括滑動構件16、接合器構件36、測力計38、球形末端40和桿42)以受控恒速，如每秒0.02英寸沿直立支架12的滑動導軌20、22向下移動。最好是當球形末端插入樣品中時，其周邊離容器C的邊緣在1.5至2英寸之間。球形末端下降的深度最好終止在容器C底板上方1英寸處。當球形末端在糊狀物中移動時，由數字式測力計38記錄作用在其上的最大作用力。
對每個樣品最好進行三次測試，在每次測試之間需要對球形末端進行清洗。此外，每一次測試之間需要使容器C旋轉90°。對于三次測試中的每一次測試記錄測力計的讀數，然后計算三次測試的平均值，提供最終結果。利用粘質流速計獲得的測試結果來預測高度固體懸浮物，如TV密封玻璃膏的滑動阻力。由于球形末端是由電機驅動臺或滑動單元以預定受控恒速驅動的，同時球形末端所經受的最大作用力是由數字式測力計記錄的，所以，本發明能夠獲得有意義的測試結果。如前所述，由ICL程序，利用CPU驅動步進電機，產生所需結果，于是，已經發現以下程序可提供這些結果
<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[″PWRUP″:0:V0=1001:V1=02:V2=V1*V03:V3=04:V4-V3*V05:V5=06:V7=107:V6=V5*V78:MR=50009:UR=110:A=50011:D=50012:B=10013:H=10000014:M=5000015:J=1000016:MUNITS17:LA=0000000018:G=019:Q=1020:R=1021:S=1022:U=023:T=424:SC=2025:SEND-1｜″[email protected]″^TURN OFF SCROLL26:SEND-1｜″1BE″^CLEAR SCREEN ON T-12027:SEND-1｜″07″^CAUSE BUZZER TO BEEP28:SEND-1｜″1BPT″^MAKE LED1 FLASH29: CURSOR 0 030:WAIT 10031:SEND -1 ″SELECT JOG OR SETUP″32:QUIT″SETUP″:0:WAIT 1001:SEND -1｜″1BPD″^LED1 OFF2:SEND -1｜″1BE″^CLEAR SCREEN3:CURSOR 0 04:WAIT 1005:SEND -1″SETUP MODE SELECTED″6:SURSOR 1 07:PROMPT ″X.XX START TEST POINT″ V18:SEND -1｜″1BE″^CLEAR SCREEN9:WAIT 10010:CURSOR 0 011:PROMPT ″X.XX TEST MODE″V312:SEND -1｜″1BE″^CLEAR SCREEN13:WAIT 10014:CURSOR 0 015:PROMPT ″.XXX TEST SPEED IN IPS″ V516:SEND -1｜″1BE^CLEAR SCREEN17:WAIT 10018:CURSOR 0 019:SEND -1″PRESS F1 TO RUN TEST″20:CALL START21:QUIT″START″0:(STARI)SK=01:WAIT 1002:B=103:IF(SK=1)GOOD4:JUMP START5:(GOOD)SK=06:V2=V1*V07:MOVE V28:WAIT 1009:V6=V5*V710:M=V611:V4=V3*VO12:MOVE V413:WAIT 20014:M=5000015:B=500016:-HOME17:JUMP START18:QUIT]]></pre>盡管現在已經揭示了本發明的較佳實施例，顯然，對于本領域專業人員而言只要不偏離所附權利要求書中限定的精神和范圍，可以對其作出各種變化和改進。
權利要求
1．一種以接近為零的剪切速率測量高度固體懸浮物樣品粘度的裝置，其特征在于它包括帶有底板的直立支架；沿所述直立支架直線移動的電機驅動臺；與所述測力計連接的帶有球形末端的桿；使待測樣品鎖定在所述球形末端下方的裝置；控制所述電機驅動臺向下移動使得所述球形末端以預定恒速通過所述樣品所需部分的裝置；以及測量以所述恒速移動的球形末端在所述樣品內受到的最大作用力。
2．如權利要求1所述的以接近為零剪切速率測量高度固體懸浮物樣品粘度的裝置，其特征在于所述的電機驅動臺包括沿所述直立支架上滑動導軌作直線移動的滑動構件和使所述滑動構件移動的滾珠螺桿裝置。
3．如權利要求2所述的以接近為零的剪切速率測量高度固體懸浮物樣品粘度的裝置，其特征在于所述的使所述滑動構件沿所述直立支架移動的滾珠螺桿裝置是由步進電機驅動的。
4．如權利要求3所述的以接近為零的剪切速率測量高度固體懸浮物樣品粘度的裝置，其特征在于所述的控制所述電機驅動臺向下移動的裝置包括與所述步進電機動作連接的帶有中央處理單元的控制器組件，驅動所述滾珠螺桿裝置使所述滑動構件沿所述直立支架上的滑動導軌垂直移動。
5．如權利要求4所述的以接近為零的剪切速率測量高度固體懸浮物樣品粘度的裝置，其特征在于所述控制器組件還包括給所述中央處理單元編程控制所述滑動構件向下移動，使得所述球形末端以預定恒速移動到樣品所需部位以下的操作軟件。
6．如權利要求5所述的以接近為零的剪切速率測量高度固體懸浮物樣品粘度的裝置，其特征在于所述的測量所述最大作用力的裝置包括與所述滑動構件連接的測力計，所述測力計設定為記錄所述球形末端以所述預定恒速移動到樣品某一部位時作用在其上的最大作用力。
7．如權利要求2所述的以接近為零的剪切速率測量高度固體懸浮物樣品粘度的裝置，其特征在于所述滑動構件包括連接所述最大作用力測量裝置沿所述直立支架移動的裝置。
8．如權利要求1所述的以接近為零的剪切速率測量高度固體懸浮物樣品粘度的裝置，其特征在于存放待測樣品的所述裝置包括所述底部上存放所述樣品的容器。
9．如權利要求1所述的以接近為零的剪切速率測量高度固體懸浮物樣品粘度的裝置，其特征在于所述的控制所述電機驅動臺向下移動的裝置包括附著在所述直立支架上的控制器組件，所述控制器組件包括與步進電機動作連接、驅動滾珠螺桿裝置使所述電機驅動臺沿所述直立支架直線移動的微型中央處理單元。
10．如權利要求9所述的以接近為零的剪切速率測量高度固體懸浮物樣品粘度的裝置，其特征在于所述控制器組件還包括操縱所述中央處理單元以受控速度驅動所述步進電機使所述電機驅動臺以所需恒速沿所述直立支架直線向下移動的軟件。
11．一種測量高度固體懸浮物的糊狀樣品的移動阻力的裝置，其特征在于它包括帶有底板的垂直支架；在所述支架上垂直移動的滑動構件；與所述滑動構件連接的測力計；與所述測力計連接的帶有球形末端的桿；使所述滑動構件在所述支架上移動的滾珠螺桿裝置和滑動導軌；驅動所述滾珠螺桿裝置的電機裝置；所述滑動構件和與所述球形末端連接的測力計形成電機驅動臺；使待測樣品鎖定在所述底板上的裝置；與所述電機裝置動作連接的并由軟件驅動的中央處理單元，所述軟件使所述電機驅動臺以受控速度向下移動，從而使所述球形末端以預定恒速移動到樣品中；所述測力計上用于記錄所述球形末端以恒速移動到所述底板上所述待測樣品的某一部位時作用在其上的最大作用力的裝置。
12．如權利要求11所述的測量高度固體懸浮物糊狀樣品的移動阻力的裝置，其特征在于所述電機裝置是與所述滾珠螺桿裝置連接的步進電機。
13．如權利要求12所述的測量高度固體懸浮物糊狀樣品的移動阻力的裝置，其特征在于所述中央處理單元包括控制所述步進電機以半步方式使所述電機驅動臺沿所述垂直支架平滑流動移動的裝置。
14．一種測量樣品粘度的方法，其特征在于將待測試樣品放入容器中；將包括桿和與之連接的球形末端的測力計定位在所述樣品上方；使所述測力計與所述球形末端的桿在受控速度下向下移動，使所述球形末端以預定恒速運動到所述樣品中；記錄所述球形末端以這一恒定速度運動到所述樣品中時作用在其上的最大作用力。
15．如權利要求14所述的測量樣品粘度的方法，其特征在于包括使所述測力計和球形末端桿隨電機驅動臺向下移動和通過中央處理單元控制所述電機驅動臺的步驟。
16．如權利要求15所述的測量樣品粘度的方法，其特征在于包括提供軟件，使中央處理單元控制所述球形末端在樣品內向下移動的速度恒定的步驟。
17．如權利要求14所述的測量樣品粘度的方法，其特征在于包括在各種樣品測量期間維持球直徑和容器直徑不變的步驟。
全文摘要
提供一種以接近為零的剪切速率測量粘度、預測由靜止的其中含有高度懸浮固體的獨立糊狀物稠度或滑動阻力的粘質流速計(10),包括末端固定有球形末端(40)的移動桿(42),通過安裝在滑動軸承導軌(20、22)上的可作直線移動的滑動構件(16)使移動桿以預定恒速垂直向下移動到容器(C)中的糊狀物中,而附著在這個移動桿(42)上的數字式測力計(38)監視、測量和記錄移動桿碰到糊狀物以及通過控制器組件(34)、滾珠螺桿裝置(28)和步進電極(30)維持這一預定恒速在糊狀物中繼續向下移動期間作用在球形末端(40)上的最大作用力。
文檔編號G01N11/12GK1216610SQ97193896
公開日1999年5月12日 申請日期1997年4月7日 優先權日1996年4月18日
發明者P·B·多恩, N·C·史密斯, L-M·吳 申請人:康寧股份有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
