专利名称：一种液体和软物质的动态和静态响应特征测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量仪器，特别是一种液体和软物质的动态和静态响应特征测量仪。
背景技术：
专利号为ZL 98122260.9的专利公开了一种“液体低频振动能吸收谱仪”，它由悬挂扭摆装置和计算机检测装置组成，由于该吸收谱仪的悬挂扭摆装置的回复力是由固体起振元件提供，样品一经装妥，系统的共振频率就已固定，要改变系统的共振频率就必需重装不同尺寸的固体起振元件。重装试样这往往会导致实验条件的变化而不利于测量结果的重复性。同时，被测液体和软物质的动态或静态特性的测量结果中不可避免地迭加了固体起振元件的特性，因而导致对测量结果的分析难度增加，有时还会导致不必要的错误。

发明内容
本发明的目的是提供一种液体和软物质的动态和静态响应特征测量仪，该测量仪方便被测量物的装卸和测量，测量数据比较准确可靠，重复性好。
本发明测量仪由悬挂扭摆装置和计算机检测装置组成，该测量仪的悬挂扭摆装置为一个柔性悬挂的扭转振动系统，由带上夹头的摆杆、置于摆杆上倒扣的圆柱形转简(开口朝下)、永久磁铁、反射镜和置于底座的、对心和开口朝上的夹层圆桶容器、准直光源、接收振动信号并计算机检测装置连接的差分光电池、机座构成，其特征是摆杆由上夹头夹住的柔性丝线通过转轮与平衡锤相连，连接摆杆下端的柔性丝线由固定在机座上的下夹头夹持，在摆杆上与永久磁铁成90度角处有一对驱动线圈(纸面上下方各一个)，正对永久磁铁外边有一对定位直流磁场线圈(电流和磁场大小可调)。
计算机检测装置由准直光源、反射镜、差分光电池、A/D转换器、傅立叶变换及相差测定、计算机、恒应力或恒应变反馈系统、数字应力信号发生器、数字电流信号发生器、D/A转换器、高保真功放、定位磁场线圈和电磁驱动线圈组成，其中反射镜安装在摆杆上，反射镜与准直光源、差分光电池构成计算机检测装置的应变信号源，差分光电池一路依次连接A/D转换器、傅立叶变换及相差测定、计算机，另一路依次连接恒应力或恒应变反馈系统、数字应力信号发生器、D/A转换器、高保真功放、电磁驱动圈、傅立叶变换及相差测定、计算机；另外由计算机输出经数字电流信号发生器、D/A转换器控制定位磁场线圈。
在调整好仪器的对心状态后(此步骤不一定每次测量前都需要作)，先在容器中放入被测量物，按需要调节定位磁场的大小和系统的共振频率。在静态测量时，按程序设计好应力矩随时间的变化曲线(要扣除定位磁场的扭力)，即可开机进行测量，由计算机自动控制和记录测量结果应力-时间曲线、应变时间曲线及应力-应变曲线。作动态测量时，则可按设计好的程序选择切位移大小和测量频率范围后开始测量，由计算机自动控制和记录测量结果不同切位移振幅下的表观内耗tgδ-频率曲线和真实内耗tgΦ-频率曲线。
由于采用柔性丝线夹持摆杆，所以，换装被测液体或软物质是很方便，只需把夹头2松开，将砝码8加大使整个悬挂系统上升至适当位置并将置于底座的、对心和开口朝上的夹层圆桶容器取出，冲洗干净即可重新装入被测液体或软物质。当然，开口朝下的倒扣的圆柱形转筒也需要冲洗干净。由于液体和软物质的本征性质应与系统的共振频率的共振频率无关，因此，在判断液体或软物质的实验结果的正确性时，往往需要改变系统的共振频率来验证。本发明测量仪的共振频率可用连续调节定位直流磁场线圈8中的直流电流即可连续改变系统的共振频率，使用时十分方便。
用无刚性的丝线替代原有的金属起振元件，在容器中未加入颗粒物质或液体且定位磁场为零时，谱仪由于没有回复力而不能起振(一加扭力，扭摆的光点即飘移至超界而不能回复和起振)，即系统的共振频率为零。用定位直流磁场线圈(可调)8使扭转系统定位并产生回复力使扭摆能起振，调节直流磁场线圈中的直流电流的大小，可改变扭摆系统的回复力大小及系统共振频率的高低。
用定位直流磁场线圈(可调)8使扭转系统定位并产生回复力，且系统的共振频率可通过改变线圈电流的大小连续可调；而用定位直流磁场线圈(可调)8使扭转系统定位并产生回复力，迭加的是磁场的特性；在宏观和非极端低温条件下，磁场是均匀的，不会产生共振吸收峰或突变，因而测得的结果就只反映了被测的液体或软物质的特性。


图1为液体和软物质的动态和静态响应特征测量仪示意图。
图2为计算机检测装置连接框图。
图3为小应力幅时的应力-应变回线图。
图4为大应力幅时的雪崩图。
图5为图4的应力-应变曲线图。
图6为颗粒物质的动态响应图。
图7为稳定化处理后的SiO2粉末的定频应力-应变回线图。
图8为无起振丝时SiO2粘性悬浮液的动态响应图。
图9为SiO2粘性悬浮液的共振吸收谱图。
图1中，本发明测量仪由带上夹头的摆杆3、置于摆杆上倒扣的圆柱形转筒13(开口朝下)、永久磁铁7、反射镜11和置于机座16的、对心和开口朝上的夹层圆桶容器14、准直光源10、接收振动信号并计算机检测装置连接的差分光电池12、机座16构成，其特征是由上夹头夹住的柔性丝线4通过转轮5与平衡锤6相连，连接摆杆下端的柔性丝线1由固定在机座上的下夹头2夹持，在摆杆上与永久磁铁7成90度角处有一对驱动线圈9(纸面上下方各一个)，正对永久磁铁7外边有一对定位直流磁场线圈8(电流和磁场大小可调)。
图2中，计算机检测装置由准直光源10、反射镜11、差分光电池12、A/D转换器21、傅立叶变换及相差测定30、计算机22、恒应力或恒应变反馈系统23、数字应力信号发生器24、数字电流信号发生器25、D/A转换器26、27、高保真功放28、定位磁场线圈29和电磁驱动线圈9组成，其中反射镜安装在摆杆上，反射镜与准直光源、差分光电池构成计算机检测装置的应变信号源，差分光电池12一路依次连接A/D转换器21、傅立叶变换及相差测定30、计算机22，另一路依次连接恒应力或恒应变反馈系统23、数字应力信号发生器24、D/A转换器26、高保真功放28、电磁驱动圈9、傅立叶变换及相差测定30、计算机22；另外由计算机22输出经数字电流信号发生器25、D/A转换器27控制定位磁场线圈29。
图3中，在装载了SiO2粉末的无起振丝的动态和静态响应特征的测量仪的驱动线圈中加以周期为50秒的三角应力波并同时测量其切位移的响应，切应力-切位移曲线(下图)和切应力-时间曲线(上图)由图4可见，在切应力达到最大值之前，切位移有三次突变(说明粉末的结构转变)，但位移量较小，没有达到流变的程度；但当应力达到最大值后，在减小至最大值的约1/10时，位移量突然增大至超界，这反映了粉末的原有稳定结构完全被破坏而发生流变，转筒所受到的阻力就是SiO2粉末发生流变所需的切应力(正在标定)。
图5中，大图为根据图4作出的切应力-切位移曲线，左上图为局部放大图。由该图可见，当应力减小至应力最大值的约十分之一时，出现了流变型的大切位移(雪崩)。
图6中，稳定化处理后的SiO2粉末进行了共振吸收谱(左原始测量曲线，纵座标为表观内耗；右共振吸收谱，纵坐标为真实内耗；横坐标均为频率，单位为赫兹)原始测量曲线，纵座标为表观内耗；右共振吸收谱，纵坐标为真实内耗；横坐标均为频率，单位为赫兹。
图7中，左低频小振幅，纵坐标为应变振幅，单位为纳米，横坐标为应力振幅-任意单位；右高频大振幅，纵坐标为应变振幅，横坐标为应力振幅-任意单位)图8中，原始测量曲线纵座标为表观内耗，横坐标为频率，单位为赫兹。所用样品为1.5％羧甲基纤维素钠水溶液+15％38μm SiO2粉末。
图9中，纵坐标为真实内耗，横坐标为频率，单位为赫兹。所用样品为1.5％羧甲基纤维素钠水溶液+15％38μm SiO2粉末。
权利要求
1.一种液体和软物质动态和静态响应特征的测量仪，由带上夹头的摆杆、置于摆杆上倒扣的、开口朝下的圆柱形转筒、永久磁铁、反射镜和置于底座的、对心和开口朝上的夹层圆桶容器、准直光源、接收振动信号并计算机检测装置连接的差分光电池、机座构成，其特征是摆杆由上夹头夹住的柔性丝线通过转轮与平衡锤相连，连接摆杆下端的柔性丝线由固定在机座上的下夹头夹持，在摆杆上与永久磁铁成90度角处有一对驱动线圈，正对永久磁铁外边有一对电流和磁场大小可调的定位直流磁场线圈。
全文摘要
本发明涉及一种测量仪器，特别是一种液体和软物质动态和静态响应特征的测量仪。该测量仪由带上夹头的摆杆、置于摆杆上倒扣的、开口朝下的圆柱形转筒、永久磁铁、反射镜和置于底座的、对心和开口朝上的夹层圆桶容器、准直光源、接收振动信号并计算机检测装置连接的差分光电池、机座构成。由于采用柔性丝线夹持摆杆，所以，换装被测液体或软物质是很方便。使用定位直流磁场线圈，不会产生共振吸收峰或突变，因而测得的结果就只反映了被测的液体或软物质的特性。
文档编号G01N33/00GK1632572SQ20041007736
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月17日 优先权日2004年12月17日
发明者熊小敏, 张进修 申请人:中山大学