NXS-11B圆筒旋转粘度计的作原理和仪器的安装和使用

、用    途

     本仪器是种通用的同轴圆筒上旋式粘度计。它适用于矿企业和研究门在实验室密测量各种牛顿型流体的对粘度和非牛顿流体的流变特性。可用于油漆、树脂、化纤、矿物油、润滑油、化妆品、糖桨、泥浆、缘材料…...等门。仪器可置于实验室取样测试，也可拿在手中插入液体内作便携式测量。

      本仪器具有体积小、重量轻、测量迅速、读数方便、示准确等特点。转速、转子和外筒备有多种规格，可满足较宽范围的测量。转筒系统用不锈钢制成，具有较强的耐腐蚀能力。

二、主要术标

2.1 测量范围（ η ）  2.8~1.78×10 ⁷ mPa.s

2.2 剪切应力(τ)       27.67~21970 Pa

2.3 剪切速率(D_s)       1.23~996  s^-1

2.4 转速              5.6~360   r/min

2.5 重现性            1%  (FS)

2.6 物料温度范围   室温~95C

2.7 仪器大尺寸    360×360×660mm

2.8 仪器重量         

2.9 仪器耗电

2.10 使用条件  在符合本仪器术条件下，仪器允许连续使用8小时

2.11 环境温度

2.12 环境湿度

2.13 环境气压

2.14 供电电源

三、作原理

3.1如图二所示，本仪器用个步电机作驱动，采用同轴圆筒上旋式结构的作原理，外筒固定、内筒旋转（共五个测量系统，其中D、E系统不作准确度考核），被测物料充满在两个圆筒之间。当电机带动内筒旋转时，内筒表面受到被测物料的作用，而内筒又与电机的转子同时旋转，转子也受到了同样的力矩；此力矩传到可动框架并使其偏转，当偏转到某角度使测量弹簧的力矩和这力矩相等时达到平衡，此时的偏角由刻度盘读出，刻度盘的示与粘度成正比。

3.2 仪器的框图

仪器的框图见图三

3.3 计算公式

本粘度计是按同轴圆筒上旋式的原理设计的。各常数的计算满足下列各式:

       η=τ/ Ds                         （1）

                                  （2）

            =ω                   (3)

式中: η—粘度

      τ—剪切应力

      Ds—剪切速率

      M—力矩

      R₁—外筒半径

      R₂— 内筒 半径

          h—内筒作度

  四、仪器的组成

本仪器主要组成为（见图）底座1、电器箱2、测量头5、测量系统4、测量内筒9、外筒10、保温筒3组成。

     4．1 底座正面装有电器箱2，左侧有电源、测量头插座，二侧开有散热窗。电器箱通过电缆8与测量头5相连。它是测量头内电机转动的专用电源。底座左侧的“电源"插座供输入电源。

     底座上有立柱，立柱上装有夹持器，它可在立柱上移动，供夹持测量头用。

4．2 仪器的转速

表               转速对应表

仪器的转速如表所示，共为十五种，变速时只需拨动“速度"旋钮就可。

4．3 测量头

测量头是仪器的关键分，有它提供了回转运动和侧出确的力矩值。

测量头上装有刻上标尺的锥形透明罩3、上方有保护管1、用来保护内的吊丝，它与外罩上的紧固螺母（2）相连，吊丝直接与刻度盘下面装有测量弹簧的可动框架相连。

   测量头外壳中有个标有“作"、“制动"的标牌和可转动的旋钮。当测量头在作时，旋钮红点对正“作"位置，当测量头不使用时，应将旋钮红点对正“制动"位置，注意：制动时刻度盘应在零位制动才起作用。

   测量头内有测量头主体，它是测量头的心脏分，主体上装有电机、变速器等，电机由单片机控制。主体的下端是转子连轴套，也就是输出轴。

   主体的两端的由密轴承支承，仪器在作状态时，吊丝将主体悬吊起，使主体在回转时获得小的摩擦以减小误差。

   为了保证测量弹簧的度和寿命，主体不允许作大于360^ｏ的回转，主体上设置了根挡针，限制了主体的回转不过360^ｏ。

   4.4测量分

测量分由内筒6、外筒9、及保温筒12等组成。内筒6与测量头输出轴上的连轴套3连在起，其定位导向是靠内筒柄上的长槽及连轴套上的紧定螺钉4。外筒与内筒配套组成测量系统，各剪切速率的基本参数靠外筒与内筒之间的间隙及转速来决定。外筒9外面的大圆盘是与保温筒的开口相配和，中间垫上橡皮密封圈11，外用螺帽12压紧。

   在作便携式测量时，只要去掉保温筒和外筒底的盖子就可插入被侧物料测试。

   保温筒13中间通恒温水浴，上有两个弯接头用来和恒温水浴相连。另个较小的开口用于固定温度计，固定温度计时应用力适当，以无水外溢为宜。

                   五、仪器的安装和使用

  5．1 安装仪器和测量前准备。

  5.1.1 按图行安装。把底座1、与立柱6连接后放于作台面上。

  5.1.2 按底座左方铭牌所示接好电源电缆和测量头电缆。

  5.1.3 将保温筒3配以用户自备，量程适合，度适当的温度计，并用仪器所附温度计密封圈固定。把保温筒放在底座上，出水管朝向操作者，接通恒温器水管，左边为水、右边为出水管。

  5．1．4 仪器测量系统共五套，其尺寸参看表二和图六

              表二     测量系统尺寸表

测量时按物料的估计粘度值选用适当的测量系统和加入适量的物料。

5．1．5 选用系统后，清洗并干燥系统各分，将外筒底密封固紧，然后将外筒放入保温筒中的密封垫上并用螺母旋紧，要求连接处不得有漏水现象。

5．1．6 调节底座水平，用目测法；

5．1．7 将适量的被侧物料加入外筒中，若粘度太大不便倒入时可适当加温以利操作。

5．1．8 安装内筒；将内筒柄上有槽的方对准测量头连轴套上的紧固螺钉方，并轻轻插入连轴套中，此时可用另只手拿住连轴套 ，避免测量头受到较大的力。用小螺丝刀旋紧紧定螺钉。

5．1．9 安装测量系统；将上好内筒的测量头垂直地插入外筒中，到位后用螺套固定。也可让测量头装在支架上，而手执保温筒及外筒向上套上测量头再用螺套固定。请注意：无论用何种方式安装，装好后均应松开立柱上的夹持器以避免测量头手把处承受恒温水套的重量而导致损坏。

5．1．10 测量：将测量头上旋钮扳向“作"接通电器箱上的电源开关，选择适当的转速并接通电机电源。

         请注意：物料的恒温对粘度测试有大的影响，具体的物料的温度均匀时间长短不，应注意掌握。

5．1 牛顿流体的对粘度测量

5．2．1 接通电机开关，将速度由“0"逐渐增加，仪器读数随即发生改变，通常控制读数在20~95格的范围内为宜，读取刻度并同时记下相应的转速位值。

5．2．2 刻度盘有摆动且摆动在±1格范围内是正常现象，读数取平均值。如果摆动较大时可能是系统选择不当或物料特性所致，若为系统选择问题则在更换系统后得以解决，否则应仔细分析物料的原因再寻求解决的办法.

5.2.3 转速置于 “15" 读数仍较小(例如小于50格)或转速置于“1"读数仍偏大（例如接近100格）都属系统选择不当所致，此时应更换相应的测量系统。

5．2．4 测量时加物料的多少对测量均会有影响，物料需要*浸没转子的作度,般认为有少量物料溢入转子上之凹槽中为宜。

5.2.5 根据所选测量系统查表三得到仪器常数K值,再乘以测得的刻度值α 而得到粘度值η

               η=k×α

   例如某实验为：

测量系统 A系统

转速   13档

读数α     85格

常数k     0.5mp_a×s/格

被测粘度   η=k×α

η=0.5×85=42.5 mp_a×s

5.2 测量非牛顿流体的流变特性及表现粘度：

5．3．1流体剪切应力τ剪切速率D_S改变而变化的关系称为流变特性。

如图七所示，牛顿流体的流变特性是条过原点的直线，而非牛顿流体的流变特性则是曲线或不过原点的线。在线上某点的正切值即为粘度

     对牛顿流体各点的粘度值均相同，而非牛顿流体则各不相同。所以粘度点能表现出牛顿流体的特性，而非牛顿流体需要用流变曲线来表现。某点的粘度称为“表观粘度"。

5．3．2 测量非牛顿流体的流变特性的方法可把转速由“0"逐渐加大，记下相应的刻度数，般低于20格的数仅供参考。低于10格的数不应记入。

5．3．3 根据表三查出相应的Z、D_S值，Z称为转简常数，再计算出各点的剪切应力τ

            τ=Z*α

 然后在座标系中打下各点再连出流变曲线。

例：测量系统  C系统

Z：4.481  p_a

根据此表中τ、D_S即可得到该物料的流变曲线。如图八所示。

5．3．4 流变特性曲线上，各点的粘度值称为该点的表观粘度。在生产中，各门通常按本行业的术标准选择的测量点（即选择剪切速率D_S）。

例：按5.3.3例中D_S=22.41时,求表观粘度η_a=?

 方法: D_S=22.41 s^-1

          τ=z×α=206.1 p_a

方法二：D_S=22.41

        α=46

查表得k=0.2 p_a*s

则   η_a=k*×=0.2α46=9.2 p_a*s

5.2.1 对于非牛顿流体，需用计算纸（座标纸）作出D-τ流变曲线，根据曲线判别流型，然后可按相应的参考公式行计算。

5． 4 仪器用于般测量

在某些条件下，物料不密恒温，这时可参照图九的形式行测量较为方便。

5．4．1将测量头装于夹紧器上，注意使测量头保持垂直位置

5．4．2选择好测量系统，将转子连接于测量头，外筒装上物料，将外筒对准转子垂直向上安装到位，用螺套旋紧固定。

5．4．3 通电测试方法同前述。

5．5 仪器用于便携式测量

在有的情况下不便或不把物料从生产现场取出，可把仪器放在现场行便携式测量。

5．5．1把测量头按5.4所述夹于立柱上；

5．5．2 选好测量系统，将转子装上，把外筒底盖取下再装上

并用螺套固紧；

5．5．3取下测量头如图十所示手持测量头垂直插入被测物料中。插入深度为：大号外筒约72毫米，小号外筒约32毫米；

5．5．4 通电测试方法同前述。

5．6 仪器用于相对测量：

再某些场合只需对物料行相互间的，此时可将测量系统的外筒不用，只将转子插入物料测量。此时的读数只具有相对的意义，而不能得出具体的粘度值。

       六 、维护保养

6．1 本仪器为密测量仪器，在使用、维护中需严格按本说明书所规定的条件和方法步骤行作。

6． 2测量头是仪器的关键件。

6．2．1般情况下不允许将外壳拆开。

6．2．2在非作时请将旋钮置于“制动"位置。

6．2．3测量头内无需用户加油润滑。

6．2．4在使用和移动过程中应避免振动及冲击。

6．2．5常见故障及排除方法

仪器常见故障及排除 方法见表四

表四    测量头故障分析及排除

6.3电路说明及故障排除

6.3.1 本仪器电路的作用有二,是驱动步电机,二是控制测量头内的电磁变速器,从而使仪器得到15种转速。

6.3.2 电路由单片机89C51及外围驱动电路组成，IC1（89C51）是本电路的核心，它集CPU和存储器于体，由软件控制，产生步电机所需的三相六拍脉冲信号，（7407）的作用是将电平转换为前级驱动，（6727）三支达林顿管作为率放大，从而驱动步电机。

电路常见故障及排除：（1）电机缺相，原因可能有R₅、R₆ 、 R₇三支限流电阻烧坏，V₁  V₂  V₃管击穿。（2）波段开关接触不良。

       七、测量头的校正

测量头的校正方法通常有两种方法行。即标准油校准法及转矩校准法。

标准油校准法：般是属相对校准，校准后要行系统修正，同时校准的装置及温度控制要求较，因此，厂般不采用。厂般采用转矩校准法行对标定。用户可用厂提供的转矩校准专用装置行校准。

7． 1转矩校准装置结构及安装使用注意事项：

如简图十四。图中虚线份为校验装置分。

装置由拉线盘、变向轮、固定座安装在底板上组成。变向轮用有机玻璃材料，为了减小转动摩擦，中间有微型轴承及轴心，靠固定座上的二个轴尖在轴心的两端，使变向轮回转时获得相当小的转动扭矩，以提校准度。使用时要特别注意轴承的清洁及灵敏度。般使用前可用汽油清洗干净再安装。拉线及砝码袋由用户自己就能解决。拉线 采用光滑的细线，如市场供应的涤纶线或锦纶丝即可。为了使校准方便，要砝码袋加线的重量为1克重（砝码袋用铝盘也可以）。

使用时的安装可按下述步骤行：

（1） 将装有固定座的底板套在立柱上，安放在立柱下端。

（2） 装上夹紧器及换好吊丝后需校准的测量头。

（3） 在测量头输出轴上装拉线盘，并紧固拉线盘上的螺钉，使其与输出头连接。

（4） 装上干净的变向轮。

（5） 松开夹紧器，上、下移动测量头，使拉线盘槽与变向轮槽离底板的度样。检查方法用装上砝码袋的拉线安置在拉线盘槽及变向轮槽，用肉眼观察样即可。紧固测量头的位置，准备行校准。

7．2 校准；

本仪器为对粘度计，参数是通过确计算的。本校准是通过对转动扭矩按设计数据行线性测量来标定Z值的种方法。

1． 在成7.1章节后按下表行加重试验:

各点误差不大于±1%

误差计算公式如下:

2.如发现加重后过上表的标准格数的误差时,可以按6.2章节所述的左右转动固定吊丝的螺母,当加重1克时,刻度盘示在5.45±1格的范围,再按表拉5点,使每1点误差都不过±1格,即可按图装上 镀铬保护管(1),结束校准,行测量.

3. 行上述校准时,可将测量头外壳打开,同时不需上转子.

4. 由于转矩校正装置是制厂生产调试专用设备,用户确需要可以另订货.

              八、仪器的成套性

、 附件箱：内装                     

1、测量头                                  台

2、内筒（共5件）                          套

3、外筒（共2件）                          套

4、吊丝                                    十根

5、电源电缆                                根

6、测量头电缆                              根

7、大、小口密封圈                          各2件

8、外筒底密封圈（大、小）                  各3件

9、夹紧器                                   套

10、仪器罩                                  件

11、具袋                                  套

      改刀                              1把

      钟表改刀                          1把

      专用搬手                          3把

12、说明书                                   份

13、合格证                                   份

二、 纸包装箱：内装

1、底座电器箱                                台

2、保温筒                                    套

三、 立柱（塑料袋内封装）

1、立柱                                      1件

2、上、下垫圈                              各1件

3、弹簧垫圈                                  1件

4、螺母M12                                  1件

表三       仪器常数表