本發(fā)明涉及測(cè)量?jī)x器控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種流體測(cè)量?jī)x計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

流體發(fā)生相變或性質(zhì)的改變通常伴隨粘彈性的變化，所以，流體粘彈性的表征對(duì)流體的研究具有重要意義。

目前表征流體粘彈性特征的主要儀器是流變儀，流變儀主要包括3種類型：毛細(xì)管流變儀、扭矩流變儀和動(dòng)態(tài)流變儀。使用毛細(xì)管流變儀或扭矩式流變儀，都是令材料從儀器中通過(guò)，以獲得流體黏度和熔體流動(dòng)的數(shù)據(jù)，但是這兩種流變儀測(cè)量精度較差，并且對(duì)于低粘度的液體試樣，更加難以準(zhǔn)確測(cè)量。動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)式或振蕩式流變儀的工作原理與上述兩種流變儀有所不同，使用時(shí)將流體試樣放置在兩個(gè)組件中，其中一個(gè)固定，另一個(gè)連續(xù)旋轉(zhuǎn)或作小角度的振蕩。動(dòng)態(tài)流變儀有3種不同的組件模式：錐板/平板式、平板/平板式和同心圓柱式，其基本原理都是通過(guò)帶有空氣軸承的馬達(dá)對(duì)液體樣品施加剪切應(yīng)力，測(cè)量試樣的應(yīng)變，通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算得到試樣的粘度等數(shù)據(jù)。但是動(dòng)態(tài)流變儀，由于動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)在液體試樣產(chǎn)生的剪切橫波衰減很快，而且?guī)в锌諝廨S承的馬達(dá)慣性大，使液體試樣(尤其是低粘度液體)的應(yīng)力、應(yīng)變難以準(zhǔn)確測(cè)量。動(dòng)態(tài)流變儀錐板/平板式和平板/平板式的組件模式不適宜裝載測(cè)量低粘度液體，而同心圓柱式雖然可以較為準(zhǔn)確的測(cè)量到低粘度液體的參數(shù)，但是需要裝載的液體量又較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所述的至少一種不足，提供一種能夠自動(dòng)測(cè)量流體功耗并且提高測(cè)量精度的流體測(cè)量?jī)x計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種流體測(cè)量?jī)x計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括有放大電路、信號(hào)發(fā)生器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和循環(huán)油浴槽控溫器，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器分別與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、信號(hào)發(fā)生器以及放大電路連接，所述信號(hào)發(fā)生器與兩個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)線圈連接，所述差分光電池與放大電路連接；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與循環(huán)油浴槽控溫器連接，所述循環(huán)油浴槽控溫器分別與循環(huán)油浴槽的入口和出口連接。

一種上述的流體測(cè)量?jī)x計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

S1.將液體試樣盛裝于試樣管內(nèi)；

S2.由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制循環(huán)油浴槽控溫器，將循環(huán)油浴槽加熱/冷卻至設(shè)定溫度；

S3.所述信號(hào)發(fā)生器由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，輸出正弦波信號(hào)給兩個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)線圈，以激勵(lì)永久磁鐵振動(dòng)，該正弦波信號(hào)作為起振片的應(yīng)力信號(hào)輸入到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，永久磁鐵帶動(dòng)起振片和薄片一起振動(dòng)；激光光源在差分光電池上產(chǎn)生的有起振片投影的光斑作為輸出信號(hào)，輸入到放大電路放大后作為起振片的應(yīng)變信號(hào)通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而存儲(chǔ)；

S4.通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算應(yīng)變信號(hào)對(duì)應(yīng)力信號(hào)的位相差，以此表征液體的功耗。

本發(fā)明的流體測(cè)量?jī)x計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)量液體機(jī)械損耗的目的。與現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)帶有空氣軸承的馬達(dá)對(duì)液體樣品施加剪切應(yīng)力不同，本發(fā)明以電磁驅(qū)動(dòng)線圈激勵(lì)永久磁鐵振動(dòng)，使起振片上的薄玻璃片對(duì)液體樣品施加剪切應(yīng)力，振動(dòng)系統(tǒng)的慣性大為降低，大大提高了液體試樣應(yīng)力、應(yīng)變的測(cè)量精度，裝載的液體量?jī)H需要1-2ml。只需要通過(guò)測(cè)量液體試樣應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的位相差的變化可以高精度地表征液體機(jī)械能損耗的變化，為液體相變的表征和應(yīng)用研究提供了很好的研究工具。另外，由于測(cè)試過(guò)程在真空罩形成的真空的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量，無(wú)水汽凝結(jié)，也進(jìn)一步提高了測(cè)試精度。

優(yōu)選的，測(cè)試時(shí)，步驟S3中信號(hào)發(fā)生器的正弦波頻率為液體試樣、起振片、永久磁鐵和薄片組成系統(tǒng)的共振頻率80-120％。液體的粘彈性表現(xiàn)為機(jī)械能的損耗，機(jī)械能的損耗可以由液體試樣應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的位相差來(lái)表征。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在一定的范圍內(nèi)，應(yīng)力振幅、應(yīng)變振幅的變化對(duì)位相差的影響不大，但是當(dāng)測(cè)試頻率處于系統(tǒng)共振頻率附近時(shí)，測(cè)試頻率越接近共振頻率，機(jī)械能損耗變化產(chǎn)生的位相差變化越大，對(duì)液體機(jī)械能損耗的測(cè)量的精度越高。所以本發(fā)明在系統(tǒng)共振頻率附近測(cè)量液體試樣應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的位相差的變化，使得液體機(jī)械能損耗測(cè)量的精度有較大的提高。所以，本發(fā)明通過(guò)電磁線圈驅(qū)動(dòng)起振片，在系統(tǒng)共振頻率附近測(cè)量液體試樣應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的位相差的變化可以表征液體機(jī)械能損耗的變化，對(duì)液體的相變或性質(zhì)改變進(jìn)行研究。

進(jìn)一步的，所述循環(huán)油浴槽的入口和出口分別通過(guò)管路延伸至真空罩表面位置，并在表面處與循環(huán)油浴槽控溫器連接。

進(jìn)一步的，所述抽氣泵為機(jī)械泵或真空泵。并不限于該兩種泵，只要能夠使得真空罩達(dá)到一定的真空度即可。

進(jìn)一步的，所述試樣管為玻璃管。玻璃管價(jià)格便宜，采用實(shí)驗(yàn)室常用的玻璃試管即可。

進(jìn)一步的，所述光滑的薄片為薄玻璃片。這也是處于降低成本和取材方面的角度來(lái)考慮。

進(jìn)一步的，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器為模/數(shù)多功能卡。

進(jìn)一步的，所述循環(huán)油浴槽控溫器的溫度控制范圍(即步驟S2中的設(shè)定溫度范圍)為-30℃到180℃。這個(gè)溫度范圍與循環(huán)油浴槽控溫器的油浴介質(zhì)的選擇、最低控溫溫度限制及永久磁鐵的工作溫度的限制有關(guān)，適當(dāng)?shù)剡x擇油浴介質(zhì)、溫控器及永久磁鐵，可以把本發(fā)明的溫度控制范圍進(jìn)一步擴(kuò)展。

進(jìn)一步的，所述固定機(jī)構(gòu)為固定夾頭。這是一種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的固定機(jī)構(gòu)，當(dāng)然，只要能夠固定住起振片即可，并不限于采用固定夾頭這一種結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明的流體測(cè)量?jī)x計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)量液體機(jī)械損耗的目的。只需要通過(guò)測(cè)量液體試樣應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的位相差的變化可以高精度地表征液體機(jī)械能損耗的變化，為流體相變的表征和應(yīng)用研究提供了很好的研究工具。另外，由于測(cè)試過(guò)程在真空罩形成的真空的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量，無(wú)水汽凝結(jié)，提高了測(cè)試精度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的流體測(cè)量?jī)x計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中試樣在25℃時(shí)的應(yīng)變振幅A-頻率f曲線和位相差ΔΦ頻率f曲線。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中試樣在60Hz和80Hz的位相差ΔΦ-溫度T曲線圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

實(shí)施例1

如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例的流體測(cè)量?jī)x計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，包括真空罩2；真空罩2上連接有機(jī)械泵1。

測(cè)試組件包括循環(huán)油浴槽3、用于盛裝待測(cè)液體的透明的玻璃管4、兩個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)線圈10、激光光源11和差分光電池12。循環(huán)油浴槽3的上部和下部分別設(shè)有入口3a和出口3b。

在結(jié)合圖1，玻璃管4開(kāi)口向上設(shè)置，其下部與循環(huán)油浴槽3密封連接，可以使裝在玻璃管的液體試樣5有良好的測(cè)試溫度環(huán)境。玻璃管4內(nèi)設(shè)有起振片7，起振片7上端通過(guò)固定夾頭6固定于玻璃管4的開(kāi)口端，下端連接有用于插入至待測(cè)液體內(nèi)的表面光滑的薄玻璃片9。起振片7上設(shè)有永久磁鐵8。兩個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)線圈10設(shè)于循環(huán)油浴槽3上方玻璃管4的兩側(cè)位置，永久磁鐵8南北極處于兩個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)線圈10的中心連線上。這樣永久磁鐵可以在電磁驅(qū)動(dòng)線圈10的磁力作用下左右振動(dòng)。起振片7的面法線方向與薄玻璃片9的面法線方向相互垂直，起振片7的面法線方向與永久磁鐵8的南北極同向。上述的方位設(shè)置，可以使薄玻璃片9相對(duì)于液體產(chǎn)生平行于玻片表面的相對(duì)振動(dòng)，以使得薄玻璃片9對(duì)液體的擾動(dòng)降到最低。顯然，薄玻璃片越薄，擾動(dòng)越小，有限選用薄的玻璃片。

激光光源11、起振片7和差分光電池12按順序依次設(shè)置在同一直線上，且三者連線垂直于起振片7的振動(dòng)方向所在平面，也就是說(shuō)，這三者的連線垂直于圖1中的紙面。圖1中為了能夠全面的顯示各個(gè)部件，激光光源11和差分光電池12放置的位置與實(shí)際略有不同。激光光源11在差分光電池12上產(chǎn)生的有起振片7的投影的光斑13，用于檢測(cè)起振片7的應(yīng)變信號(hào)。這種應(yīng)變信號(hào)檢測(cè)結(jié)構(gòu)使測(cè)試組件的整體體積減小，尤其是因?yàn)榧す夤庠?1和差分光電池12是安裝在真空罩2內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，保證了信號(hào)的屏蔽，并且排除了水汽的凝結(jié)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的影響。

控制系統(tǒng)包括有放大電路14、信號(hào)發(fā)生器15、模/數(shù)多功能卡16、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)17和循環(huán)油浴槽控溫器18，模/數(shù)多功能卡16分別與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)17、信號(hào)發(fā)生器15以及放大電路14連接，信號(hào)發(fā)生器15與兩個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)線圈10連接，差分光電池12與放大電路14連接。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)17與循環(huán)油浴槽控溫器18連接，循環(huán)油浴槽控溫器18分別與循環(huán)油浴槽3的入口和出口連接。如圖1所示，循環(huán)油浴槽3的入口和出口分別通過(guò)管路延伸至真空罩2表面位置，并在表面處與循環(huán)油浴槽控溫器18連接。循環(huán)油浴槽中的油浴介質(zhì)從出口流出至循環(huán)油浴槽控溫器18，經(jīng)過(guò)循環(huán)油浴槽控溫器18的調(diào)控后，從入口流回至循環(huán)油浴槽3。通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制循環(huán)油浴槽控溫器18，可以準(zhǔn)確調(diào)控循環(huán)油浴槽3的溫度，使溫度能夠根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。循環(huán)油浴槽控溫器18的溫度控制范圍為-30℃到180℃。

這個(gè)溫度范圍與循環(huán)油浴槽控溫器18的油浴介質(zhì)的選擇、最低控溫溫度限制及永久磁鐵8的工作溫度的限制有關(guān)，適當(dāng)?shù)剡x擇油浴介質(zhì)、溫控器及永久磁鐵8，可以把本發(fā)明的溫度控制范圍進(jìn)一步擴(kuò)展。

一種上述的流體測(cè)量?jī)x計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

S1.將液體試樣5盛裝于玻璃管4內(nèi)；

S2.由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)17控制循環(huán)油浴槽控溫器18，將循環(huán)油浴槽3加熱/冷卻至設(shè)定溫度；

S3.信號(hào)發(fā)生器15由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)17控制，輸出正弦波信號(hào)給兩個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)線圈10，以激勵(lì)永久磁鐵8振動(dòng)，該正弦波信號(hào)作為起振片7的應(yīng)力信號(hào)輸入到模/數(shù)多功能卡16，永久磁鐵8帶動(dòng)起振片7和薄玻璃片9一起振動(dòng)；激光光源11在差分光電池12上產(chǎn)生的有起振片7的投影的光斑13作為輸出信號(hào)，輸入到放大電路14放大后作為起振片7的應(yīng)變信號(hào)通過(guò)模/數(shù)多功能卡16傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)17而存儲(chǔ)；

S4.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)17通過(guò)快速傅里葉變換計(jì)算應(yīng)變信號(hào)對(duì)應(yīng)力信號(hào)的位相差，以此表征液體的機(jī)械損耗。

測(cè)試時(shí)，步驟S3中信號(hào)發(fā)生器15的正弦波頻率為液體試樣5、起振片7、永久磁鐵8和薄玻璃片9組成系統(tǒng)的共振頻率的80-120％。上述的共振頻率是這樣獲得的：在測(cè)試開(kāi)始之前，在測(cè)試溫度范圍內(nèi)選擇一測(cè)試溫度，對(duì)液體試樣5、起振片7、永久磁鐵8和薄玻璃片9組成的系統(tǒng)進(jìn)行頻率譜的測(cè)量，得到系統(tǒng)的共振頻率。實(shí)驗(yàn)表明越接近系統(tǒng)的共振頻率，機(jī)械損耗變化對(duì)應(yīng)的位相差變化越大，可以大大的提高測(cè)試精度，如圖3所示。

在對(duì)液體試樣5的測(cè)試過(guò)程中，機(jī)械損耗由起振片7的機(jī)械損耗和液體試樣5的機(jī)械損耗耦合產(chǎn)生，影響應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的位相差，選用的起振片7在測(cè)試的溫度范圍內(nèi)機(jī)械損耗為線性變化甚至基本不變，這使得測(cè)試得到的位相差變化可以表征液體的機(jī)械損耗的變化，反應(yīng)液體的相變或變化過(guò)程。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，盡管參照實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，但是凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。