CN106596333B - 一种材料流变测量设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于液态和半固态材料流变特征的研究领域，目前测量材料流变特征，采用人工向上拉弹簧秤的方式加载，使加载的力、温度及位移采集稳定性很差。本发明提供了一种材料流变测量设备及其使用方法，包括一控温油浴装置、一砝码自动加载装置、一平衡装置、一位移测量装置、一试样架升降装置、一薄片夹具、一薄片、一样品盒、一机架、一防护罩，所述控温油浴装置、所述试样架升降装置、所述平衡装置、所述砝码自动加载装置及所述防护罩均安装于所述机架，所述位移测量装置与所述样品盒安装于所述试样架升降装置，所述薄片夹具连接于所述平衡装置，所属薄片安装于所述薄片夹具。采用此发明测量，可使加载力、温度及位移采集均保持很好的稳定性。

Description

一种材料流变测量设备及其使用方法

技术领域

本发明属于液态和半固态材料流变特征的研究领域，尤其适用于测量液态和半固态材料在给定温度、应力下材料的流变特征。

背景技术

流变仪是用于测定物质流变性能的仪器，流变性质则是某一种物质对外力表现为弹性和粘性双重特性，即粘弹性。其中，粘性对应物质的流动，与物质本身固有的性质有关，为非可逆变形过程；对某一物体外加压力，其内部各部分的形状和体积发生的变化则为弹性，是可逆的变形过程。

目前市面上可见的流变仪分为旋转流变仪、毛细管流变仪、转矩流变仪和界面流变仪。其中，旋转流变仪应用最广，适用于非牛顿流体(不满足牛顿黏性实验定律的流体，即其剪应力与剪切应变之间不是线性关系的流体，如石油、沥青、油漆、涂料)的测试。旋转流变仪是在稳定或变速情况下测量扭矩，用夹具因子将物理量转化为流变学的参数，根据夹具的不同，可以测定不同粘度的样品。

毛细管流变仪和转矩流变仪主要用于测定高聚物的流变性能。毛细管流变仪可测定高聚物熔体的粘度及粘流活化性，转矩流变仪可测定高聚物的热稳定性、剪切稳定性、流动和固化行为，其最大特点是能在类似实际加工过程中，连续、准确、可靠地对体系的流变性能进行测定。这两种流变仪与旋转流变仪相比，可测定样品的范围相对较小。

界面流变仪不同于上述三种流变仪，是用于测定界面粘弹性的仪器。根据工作方式不同可以分为界面扩张流变仪、界面剪切流变仪和界面膨胀流变仪。界面扩张流变仪是通过使用微量注射器，在溶液中注入一个悬挂的气泡或液滴，从而构建气液界面或液液界面，通过气泡或液滴体积的周期变化，将物理量转化为流变学参数，可以得到扩张模量、粘性(弹性)模量、相角。界面剪切流变仪和界面膨胀流变仪则是在一个溶液槽内构建上下两层接触的界面，前者与旋转流变仪类似，通过转子剪切进行测定，后者则是通过吊片在界面上提拉，由吊片重量的变化，转换得到流变学参数。

旋转流变仪和界面流变仪，在沥青和乳化沥青研究中有较为广泛的应用。但界面流变仪，尤其是界面膨胀流变仪，目前一般都是采用人工操作的方法进行用弹簧秤向上拉的方式加载拔出力，因弹簧天生的难以控制的拉伸、回缩、回弹等缺陷，导致加载的力极不稳定，也间接使得位移采集稳定性变差，而又因为人工操作，使得加热过程暴露于外界环境，致使温度极不稳定。本发明旨在克服上述缺陷，目前来看，在液态和半固态材料流变特征的研究领域，还没有与本发明类似的测量设备，因此，本发明在该领域的应用有很强的迫切性，将为该领域的研究和发展起到积极、有效的推动作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种材料流变测量设备，用以：对于液态和半固态材料(包括但不限于沥青、沥青胶浆、沥青混合料等)，在给定(恒定)的温度、应力作用下，测量流变特征，主要解决加载力、温度以及位移采集等不稳定的问题，最终通过获得稳定、大量、连续的试验数据，以研究试验材料流变特征，同时根据需要制成数据图表。

为实现上述目的，本发明提供一种材料流变测量设备，其测量原理为：将试验材料放置在样品盒中，并在其中央垂直埋设一薄片，然后在薄片上施加一个恒定拔出力，使薄片对样品盒中的试验材料产生一个均匀恒定的剪应力，保持一定时间后卸载，并实时采集薄片受力后瞬时位移、薄片拔出位移以及卸载后薄片回复位移随时间的变化，经数据处理，自动生成试验全过程的“应变-时间”曲线。

技术方案如下：

一种材料流变测量设备，包括一控温油浴装置、一砝码自动加载装置、一平衡装置、一位移测量装置、一试样架升降装置、一薄片夹具、一薄片、一样品盒、一机架、一防护罩，其中所述控温油浴装置安装于所述机架，所述试样架升降装置安装于所述机架，所述位移测量装置安装于所述试样架升降装置，所述样品盒安装于所述试样架升降装置，所述平衡装置安装于所述机架，所述薄片夹具连接于所述平衡装置的一侧，所述砝码自动加载装置安装于所述机架，并与所述薄片夹具分别居于所述平衡装置两侧，所属薄片可拆卸式安装于所述薄片夹具之上，所述防护罩紧密连接于所述机架之上，并与所述机架一同包围整个所述材料流变测量设备。

其中，所述控温油浴装置包括一油箱、一加热管组、一冷却管组、至少一搅拌器、一保温层以及一控温装置，所述加热管组与所述冷却管组均匀排布于油箱内侧，所述搅拌器安装于所述油箱内部，所述保温层则紧密包围油箱，所述加热管组、冷却管组以及所述搅拌器均连接于所述控温装置，由控温装置控制运行。

另外，所述保温层应有效隔绝油浴材料与外界的热交换；所述搅拌器应处于所述油箱可装填油浴材料的空间中，其旋转或搅拌过程中，速度适当，力度轻柔不致于使油浴材料飞溅，若为多个搅拌器组合，应该使搅拌器运行时互相适配不起冲突；所述加热管组、所述冷却管组以及所述搅拌器分别以电信号传递方式连接于所述控温装置，由所述控温装置控制所述加热管组、所述冷却管组以及所述搅拌器的运行状态：所述加热管组与所述搅拌器同时运行，所述冷却管组停止运行，可使油浴材料均匀受热升温；所述冷却管组与所述搅拌器同时运行，所述加热管组停止运行，可使油浴材料稳定均匀冷却降温。

其中，所述试样架升降装置包括一试样架、一试样架升降驱动装置，所述试样架驱动装置安装于所述机架，所述试样架安装于所述试样架升降驱动装置，所述试样架升降驱动装置带动所述试样架上下移动。

其中，所述样品盒与所述试样架可拆卸式连接，两者连接后所述样品盒正对所述油箱中心，所述样品盒随所述试样架移入、移出所述油箱。这样，所述样品盒放入所述油箱中，就可处于油箱中心，以保证其受热均匀。

其中，所述位移测量装置包括一位移传感器、一立柱、一传感器固定架以及一锁紧装置，所述立柱垂直安装于所述试样架上，所述位移传感器安装于所述传感器固定架上，所述传感器固定架可移动式连接于所述立柱之上，所述锁紧装置可用来紧固所述立柱与所述传感器固定架。

其中，所述平衡装置包括一滑轮组、一滑轮线、一砝码托盘、一平衡调节砝码以及一滑轮支架，所述滑轮支架固定于所述机架，所述滑轮组安装于所述滑轮支架，所述滑轮线绕过所述滑轮组，所述滑轮线一端垂直连接所述薄片夹具，另一端垂直连接所述砝码托盘以及所述平衡调节砝码，所述滑轮线轻且光滑。为了保证所述滑轮线运行稳定，所述平衡装置的滑轮组外周边可设滑槽，将所述滑轮线镶嵌其中，但要确保滑轮线滑动顺畅无阻，阻力最小。

其中，所述薄片夹具包括一测量柱，所述测量柱与所述位移传感器的触头正对安装，所述薄片夹具受所连接的所述滑轮线的向上垂直拉力拉起时，所述测量柱向上垂直抵推所述位移传感器的触头，拉力减少时触头回弹，所述位移测量器记录触头位移。

其中，所述砝码自动加载装置包括一加载砝码、一加载托盘以及一加载装置，所述加载托盘安装于所述加载装置之上，所述加载砝码置于所述加载托盘，所述加载装置带动所述加载托盘上下移动从而使所述加载砝码放置、脱离所述砝码托盘，所述加载砝码与所述砝码托盘中心对齐。

其中，所述机架具有一机架门，所述防护罩具有一正拉门以及一侧拉门。打开所述机架门可以拆卸、调整所述油箱、所述试样架升降装置电机、所述同步带、所属带轮等部件；所述防护罩在设备运行时应为全封闭，但在做准备工作或收尾工作时，打开所述正拉门可用以拆卸、调整所述位移测量装置、所述可拆卸样品盒、所述薄片夹具，打开所述侧拉门可用以调整所述平衡调节砝码、加载砝码重量等。

进一步地，所述加热管组均匀排布于所述油箱底部，所述冷却管组均匀排布于所述油箱内侧四壁，所述搅拌器为桨式搅拌器，共2个，对称分布于所述油箱内部。

进一步地，所述样品盒为圆柱形。

进一步地，所述滑轮组包括至少一个滑轮，所述滑轮线绕过所述滑轮组连接所述薄片夹具与所述平衡调节砝码及所述砝码托盘时，所述滑轮线两端的受力方向只为沿重力垂直。

进一步地，所述平衡装置还包括一平衡指针、一刻度盘以及一滑轮刹车，所述滑轮刹车安装于所述滑轮支架并贴近所述滑轮组中任一滑轮的边缘，所述滑轮刹车可用来制动紧固滑轮，所述平衡指针固定于所述滑轮组之一滑轮，两者同步转动，所述刻度盘固定于所述滑轮支架，所述平衡指针在所述刻度盘内指示。

进一步地，所述样品盒设置至少一拉环，使得安装或者拆卸以及抓取时更加方便。

进一步地，所述样品盒设置一旋转卡扣，所述试样架对应设置一固定座，所述样品盒与所述试样架通过所述旋转卡扣与所述固定座可拆卸式连接。

进一步地，所述加载装置为自动丝杆升降机。

进一步地，所述试样架升降驱动装置为自动丝杆升降机。

进一步地，所述机架正面还装有一监控表，所述监控表与所述控温装置相连，在设备运转时显示油浴温度。

进一步地，所述机架还包括至少四个平衡支脚，所述平衡支脚安装于所述机架底部，用以调节设备平衡。

进一步地，所述薄片夹具还包括一伸缩调节装置，可调节夹持的所述薄片下伸距离，从而控制***所述样品盒内装的试验材料的深度。

进一步地，还包括一电气控制装置，所述电气控制装置分别连接所述位移测量装置的位移传感器、所述控温装置以及所述砝码自动加载装置，并发出指令、接受反馈以及生成数据图表。

该设备的使用方法如下：

a)将所述薄片安装于所述薄片夹具，并调节所述薄片下伸距离；

b)调节所述平衡装置使其处于平衡状态；

c)将装入适量试验材料的所述样品盒安装于所述试样架，并通过所述试样架升降驱动装置浸到装有油浴材料的油箱中，其浸入油浴的深度要保证试验材料呈液体状态时的液面水平线等于或低于油浴材料的液面水平线，同时保证油浴材料不流入所述样品盒中；

d)开启所述电气控制装置，进行设备预热，并将所述电气控制装置与所述位移测量装置、所述砝码自动加载装置以及所述控温装置联机；

e)在所述电气控制装置中设置目标温度，待试验材料软化后(呈半固态或者液态)将所述薄片***试验材料；

f)在所述电气控制装置中设置试验温度，使油浴温度保持稳定；

g)在电气控制装置中填写、设置所述加载砝码重量、试验温度、试验时间、批次等参数；

h)根据前述所填写加载砝码重量，将所述加载砝码通过所述侧拉门放置于所述加载托盘上；

i)调整所述位移传感器使其触头抵压在所述测量柱上，抵押程度适中；

j)命令所述电气控制装置进行试验，并通过所述电气控制装置进行数据处理，生成图表及实验报告(试验时确保所述正拉门、侧拉门等关闭，减少测量过程中受外界环境干扰度)；

k)通过所述电气控制装置停止设备运行使油浴冷却至室温，整理器材。

通过实施以上的技术方案，可以获得如下技术效果：

第一，通过密闭式的所述机架及所述防护罩保护，可以使设备运行过程不受外界干扰从而获得准确数据；

第二，所述样品盒的圆柱形态、所述控温装置以及所述冷却管组、所述加热管组、所述保温层、所述搅拌器等设备可确保试验材料的温度保持稳定或者稳定变化，保证实验数据准确性；

第三，所述平衡装置可以用来试验开始前的平衡复核，从而确保所述薄片最终所受的向上拔出力就等于所述加载砝码的重量，保证试验数据的准确性；

第四，所述薄片夹具的伸缩调节装置，以及所述试样架上设置的所述视窗孔，可以调整、观察所述薄片***试验材料的深度，确保***深度合适，从而保证所述薄片与试验材料之间的作用力充分，从而保证试验的准确性；

第五，所述位移传感器采用千分表、高耐热型，也可以确保所得数据的准确性、稳定性；

第六，所述样品盒上的拉环，可以使得所述样品盒的装卸、提拉更加方便；

第七，所述薄片夹具与所述薄片的可拆卸式连接，也使得薄片清洗起来更加方便，利于二次使用；

第八，所述传感器固定架与所述立柱之间的可移动式连接，也使得所述位移传感器与所述薄片夹具的所述测量柱之间的距离调整更为方便、可控；

第九，所述砝码自动加载装置采用机械自动控制加载，而非手动加载，可减少认为操作对于砝码加载的影响，也给封闭式情况下进行砝码加载提供了可能，这都有利于砝码加载过程的准确性、稳定性，从而确保试验的准确性、稳定性；

第十，所述样品盒与所述试样架之间采用旋转卡扣式连接，既方便又牢固；

第十一，所述机架上的所述监控表，可以用来实时监控油浴温度，也可根据需要显示其他所需要的数值，如位移数值等；

第十二，整个设备采用电气控制装置，集成式地控制试验过程，包括试验温度、砝码加载等过程，使得试验过程的操作更加方便；此外所述电气控制***还可以实时、连续地记录设备各部分所反馈的大量数据，并利用内置计算机自动进行运算及绘制图表，提高了试验效率。

附图说明

图1为本发明测量原理图。

图2为本发明主视图(开门，试样架升起状态)。

图3为本发明主视图(关门，试样架低位状态)。

图4为本发明薄片安装图。

图5为本发明样品盒安装图(样品盒向下放入卡扣，旋转90度，即固定完成)。

图6为本发明位移测量装置图。

图中附图标记与指代元件的对应关系如下：

1-机架 1-1平衡支脚 1-2机架门 2-防护罩 2-1正拉门 2-2侧拉门 3-控温油浴装置 3-1油箱 3-2保温层 3-3加热管组 3-4冷却管组 3-5搅拌器 3-6控温装置 4-样品盒4-1旋转卡扣 4-2拉环 5-薄片夹具 5-1伸缩调节装置 5-2锁紧螺钉 5-3调节杆 5-4测量柱 6-薄片7-试样架升降装置 7-1试样架 7-2试样架升降驱动装置 7-3试样架升降装置电机 7-4带轮 7-5同步带 7-6固定座 7-7视窗孔 8-平衡装置 8-1滑轮组 8-2滑轮线 8-3砝码托盘 8-4平衡调节砝码 8-5滑轮支架 8-6滑轮刹车 8-7平衡指针 8-8刻度盘 9-砝码自动加载装置 9-1加载砝码 9-2加载托盘 9-3加载装置 10-位移测量装置 10-1位移传感器10-2立柱 10-3传感器固定架 10-4锁紧装置 11-电气控制装置 12-监控表

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以引用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明精神和范围的其他技术方案。

如图1至图5所示，根据本发明精神所设计的一材料流变测量设备将得到详细的揭露和描述。如图2所示，材料流变测量设备包括：

一机架1、一防护罩2、一控温油浴装置3、一样品盒4、一薄片夹具5、一试样架升降装置7、一平衡装置8、一砝码自动加载装置9、一位移测量装置10以及一电气控制装置11。

其中，机架1包括一平衡支脚1-1、一机架门1-2，平衡支脚1-1安装于支架下方，用于调整整个设备使其达到稳定，机架门1-2则安装于机架1正表面，打开机架门1-2可以调整、拆卸设备内部结构，也可以填装、取出油浴材料等物质；防护罩2连接在机架1之上，其处于全封闭状态，四周为有机玻璃，顶部为铝合金板，防护罩2正表面安装有一正拉门2-1，侧面装有一侧拉门2-2，打开正拉门2-1或者侧拉门2-2可拆卸、调整内部机械结构或者填装、取出试验样品、砝码等材料。机架1与防护罩2的设计，既可以保护内部测量设备，并保证测试时不受外界干扰，也可以达到美观的效果。

其中，控温油浴装置3还包括一油箱3-1、一控温装置3-6、一套加热管组3-3、一套冷却管组3-4以及两个搅拌器3-5(均为桨式搅拌器3-5)，油箱3-1周部设置有一保温层3-2，隔绝油浴材料与外界的热交换，加热管组3-3与冷却管组3-4均匀排布于油箱3-1内壁，搅拌器3-5对称分布于油箱3-1可装填油浴材料的空间中，以提高温度均匀速度，提高试验效率。加热管组3-3、冷却管组3-4以及搅拌器3-5分别以电路方式连接于控温装置3-6，由控温装置3-6控制加热管组3-3、冷却管组3-4以及搅拌器3-5的运行状态：加热管组3-3与搅拌器3-5同时运行，冷却管组3-4停止运行，可使油浴材料均匀受热升温；冷却管组3-4与搅拌器3-5同时运行，加热管组3-3停止运行，可使油浴材料稳定均匀冷却降温。为了使加热管组3-3与冷却管组3-4之间不发生冷热交替影响，破坏各自性能甚至产生炸裂等事故，因此加热管组3-3均匀排布于油箱3-1内侧底部，冷却管组3-4均匀排布于油箱3-1四周内壁。油箱3-1材料应采用熔点高、导热性能好的金属，此处采用铜合金；油浴试验材料应选用高温导热油，如本实施例可选用二甲基硅油，其温度最高可达300℃，足以满足试验材料的测量温度要求。

其中，试样架升降装置7包括一试样架7-1、一试样架升降装置电机7-3、一带轮7-4以及一同步带7-5，试样架7-1升降电机传动式连接带轮7-4，同步带7-5传动式连接带轮7-4以及试样架7-1，试样架7-1升降电机启动后，依次传递式带动带轮7-4、同步带7-5以及试样架7-1。

其中，样品盒4上设置有一旋转卡扣4-1，此样品盒4与试样架7-1采取旋转卡扣4-1式连接，因此试样架7-1上对应设置有一固定座7-6，试样架7-1与样品盒4有多种不同连接形态，本实施例中优选采用样品盒4底部设置旋转卡扣4-1的方式进行连接：如图4，样品盒4底部设置旋转卡扣4-1，试样架7-1上设置有一对应固定座7-6，当试样架升降装置7将试样架7-1从油箱3-1中升起后，将旋转卡扣4-1与试样架7-1上的固定座7-6进行对接，两者相对旋转90度，牢牢连接在一起。此外，样品盒4采用导热性能良好的铜合金制成。此外，前述试样架升降装置7，其在进行升起操作时，应足以使装有固定座7-6的那部分试样架7-1高出油箱3-1，以便于操作者装卸样品盒4；而当试样架升降装置7下降时，则应使装有样品盒4的那部分试样架7-1能大部分沉入油浴材料，而不至于灌入油浴材料。样品盒4上设置有两个拉环4-2，以方便取用。

其中，薄片夹具5(见图3)包括一伸缩调节装置5-1，此处伸缩调节装置5-1由一锁紧螺钉5-2以及一调节杆5-3组成，锁紧螺钉5-2用于将薄片6垂直且牢固地固定在薄片夹具5下端，调节杆5-3穿过薄片夹具5的上部分，调节杆5-3与薄片夹具5上半部分采用螺纹式连接，调节杆5-3与薄片夹具5下半部分以活动式镶嵌连接，上下两部分相对平行，但可以随着调节杆5-3的旋进或者璇出而调节两部位的相对位置，从而调节了薄片6与薄片夹具5的相对位置。

其中，平衡装置8包括一滑轮组8-1、一滑轮线8-2、一砝码托盘8-3、一平衡调节砝码8-4以及一滑轮支架8-5。滑轮支架8-5固定安装于机架1顶部，滑轮组8-1(此处指采用单一滑轮)可旋转式地安装于滑轮支架8-5顶端，两者采用滚动轴承连接以减少摩擦，滑轮线8-2采用细钢丝绳嵌入滑轮组8-1外周的滑槽之中，滑轮线8-2一段固定连接着薄片夹具5，另一端连接着砝码托盘8-3以及平衡调节砝码8-4，两端均顺着重力自然下垂，平衡调节砝码8-4与砝码托盘8-3的重心一致且相互平行，另外滑轮支架8-5上安装一滑轮刹车8-6，滑轮组8-1圆心安装一平衡指针8-7，两者均用来调节平衡。

其中，位移测量装置10(见图5)包括一位移传感器10-1、一立柱10-2、一传感器固定架10-3以及一锁紧装置10-4。立柱10-2垂直且牢固地安装于试样架7-1上，位移传感器10-1安装于所属传感器固定架10-3上，而传感器固定架10-3则是通过锁紧装置10-4安装于立柱10-2之上。需要注意的是，前述薄片夹具5还设置一测量柱5-4，两者紧固连接，而位移传感器10-1的触头与测量柱5-4则是对应设置，当薄片夹具5连接的滑轮线8-2垂直提起时，测量柱5-4将带动位移传感器10-1的触头，使触头产生一小段位移，并被位移传感器10-1记录下来。

其中，砝码自动加载装置9包括一加载砝码9-1、一加载托盘9-2以及一加载装置9-3，加载拖盘安装于加载装置9-3之上且加载托盘9-2处于前述砝码托盘8-3上方，两者处于非接触状态，加载砝码9-1则是放置于加载托盘9-2上，如加载装置9-3接受操作员指令带动加载托盘9-2向下移动，当加载托盘9-2下移到一定程度时，加载砝码9-1脱离了加载托盘9-2并完全挂在砝码托盘8-3上，此时加载砝码9-1通过砝码托盘8-3以及滑轮线8-2对另一侧的薄片夹具5产生拉力；如此时指令加载装置9-3带动加载托盘9-2向上移动，则移动到一定程度时加载托盘9-2重新托起加载砝码9-1并使其脱离砝码托盘8-3，薄片夹具5所受拉力被卸载。此处加载装置9-3未画出，可使用丝杆升降机。

其中，电气控制装置11则是以电路连接方式连接于位移测量装置10(主要采集的是位移感应器的数值)、控温装置3-6以及砝码自动加载装置9，操作员通过电气控制装置11向控温装置3-6发出加热、保温或者冷却的指令，从而控制控温油浴装置3的温度状况；通过向砝码自动加载装置9发出加载指令，使得加载装置9-3带动加载托盘9-2下移，从而在砝码托盘8-3上添加砝码，并通过细钢丝绳对薄片夹具5产生向上的垂直拉力，位移感应器触头受挤压从而测得位移值，并反馈给电气控制装置11。

总的来说，电气控制装置获得的数据来源和生成数据图表如下：位移测量装置的位移数值(位移传感器反馈获得)、砝码自动加载装置的加载数值(手动录入)以及控温装置的温度数值(初始手动设置以及控温装置反馈获得)，经过自动分析运算，在显示界面显示变形-时间曲线，也可以显示剪应变-时间曲线。

具体的操作步骤如下：

(1)薄片6安装。将薄片6垂直安装于薄片夹具5，并旋转薄片夹具5上的旋转调节杆5-3，调整薄片6于合适位置。

(2)平衡复核。使平衡装置8左右两边的薄片夹具5和砝码托盘8-3均在重力的作用下，自然下垂；手动锁紧滑轮刹车8-6，使平衡***静止，平衡指针8-7调零；松开刹车，两边仍保持静止不动，则说明平衡***良好，如果平衡指针8-7相对于刻度盘8-8往左或往右偏转，则说明平衡不良，需调整所属平衡调节砝码8-4以配平，直到满足平衡要求。

(3)在样品盒4中装试验材料。启动试样架升降装置7使试样架7-1上升，在样品盒4中装入适量的试验材料，之后将样品盒4与试样架7-1连接，试样架7-1下降，使装好试验材料的样品盒4浸到油浴中。

(4)开启电气控制装置11，进行设备预热，将电气控制装置11与位移测量装置10、砝码自动加载装置9以及控温装置3-6联机。

(5)在电气控制装置11中设置目标温度，控温油浴装置3开始加热，达到目标温度使试验材料软化。将薄片夹具5(已装好薄片6)放入样品盒中，将薄片6***试验材料，并通过视窗孔7-7观察以确保***深度事宜。

(7)控温，在电气控制装置11中设置试验温度，使油浴温度达到试验温度，并保温。

(8)设置参数。根据试验要求设置砝码自动加载装置9的加载砝码9-1负荷、试验温度、试验时间、批次等，填写电气控制装置11中的相关参数。

(9)添加砝码。根据上述软件中填写的加载砝码9-1负荷的数值，将加载砝码9-1通过侧拉门2-2放置到砝码自动加载装置9的加载托盘9-2上，此时砝码自动加载装置9未对测量过程产生影响。

(10)调整位移传感器10-1。松开锁紧装置10-4，移动传感器固定架10-3；使位移传感器10-1的触头与测量柱5-4上表面中心接触，触头压入0.5mm左右；锁紧锁紧装置10-4，使位移传感器10-1固定。

(11)开始试验。

(a)手动试验。在电气控制装置11界面选手动试验模块，点击试验开始按钮，位移传感器10-1清零，并开始采集位移值，点击试验结束按钮，则试验停止，位移传感器10-1停止采集位移值。在此过程中，通过界面按钮加载砝码9-1，卸载砝码，何时加载，何时卸载由人工确定。软件界面实时显示变形-时间曲线，也可显示剪应变-时间曲线。

(b)自动试验。在电气控制装置11界面选自动试验模块，设置试验方案后，点击试验开始按钮，位移传感器10-1清零，并开始采集位移值。试验完成后，试验自动停止。在此过程中，根据电气控制装置11设置的开始加载、保载、卸载条件，***自动加载砝码9-1、自动保载、自动卸载砝码。软件界面实时显示“变形-时间”曲线，也可显示“剪应变-时间”曲线。

(12)数据处理。试验做完后，可根据得到的试验数据生成各种曲线和试验报告。

(13)冷却并结束。试验完成后，控制试样架升降装置7，将样品盒4升起，待油滴干后，移走薄片夹具5，搽干净薄片6。卸下样品盒4，倒掉其中的试验材料，并清理干净，待下次试验再用。试样架7-1归回原位，取下砝码，关闭电气控制装置11及电源，结束试验，油温自然冷却至室温。

Claims (13)

1.一种材料流变测量设备，其特征在于，包括一控温油浴装置、一砝码自动加载装置、一平衡装置、一位移测量装置、一试样架升降装置、一薄片夹具、一薄片、一样品盒、一机架、一防护罩，其中所述控温油浴装置安装于所述机架，所述试样架升降装置安装于所述机架，所述位移测量装置安装于所述试样架升降装置，所述样品盒安装于所述试样架升降装置，所述平衡装置安装于所述机架，所述薄片夹具连接于所述平衡装置的一侧，所述砝码自动加载装置安装于所述机架，并与所述薄片夹具分别居于所述平衡装置两侧，所述薄片可拆卸式安装于所述薄片夹具，所述防护罩连接于所述机架，并与所述机架一同包围整个所述材料流变测量设备；

所述控温油浴装置包括一油箱、一加热管组、一冷却管组、至少一搅拌器、一保温层以及一控温装置，所述加热管组与所述冷却管组均匀排布于油箱内侧，所述搅拌器安装于所述油箱内部，所述保温层紧密包围油箱，所述加热管组、冷却管组以及所述搅拌器均连接于所述控温装置，由控温装置控制运行；

所述试样架升降装置包括一试样架、一试样架升降驱动装置，所述试样架升降驱动装置安装于所述机架，所述试样架安装于所述试样架升降驱动装置，所述试样架升降驱动装置带动所述试样架上下移动；

所述样品盒与所述试样架可拆卸式连接，两者连接后所述样品盒垂直正对所述油箱中心，所述样品盒随所述试样架移入、移出所述油箱；

所述位移测量装置包括一位移传感器、一立柱、一传感器固定架以及一锁紧装置，所述立柱垂直安装于所述试样架，所述位移传感器安装于所述传感器固定架，所述传感器固定架可移动式连接于所述立柱，所述锁紧装置用来紧固所述立柱与所述传感器固定架；

所述平衡装置包括一滑轮组、一滑轮线、一砝码托盘、一平衡调节砝码以及一滑轮支架，所述滑轮支架固定于所述机架，所述滑轮组安装于所述滑轮支架，所述滑轮线绕过所述滑轮组，所述滑轮线一端垂直连接所述薄片夹具，另一端垂直连接所述砝码托盘以及所述平衡调节砝码，所述滑轮线轻且光滑；

所述薄片夹具包括一测量柱，所述测量柱与所述位移传感器的触头正对安装，所述薄片夹具受所连接的所述滑轮线的向上垂直拉力拉起时，所述测量柱向上垂直抵推所述位移传感器的触头，拉力减少时触头回弹，所述位移测量器记录触头位移；

所述砝码自动加载装置包括一加载砝码、一加载托盘以及一加载装置，所述加载托盘安装于所述加载装置，所述加载砝码置于所述加载托盘，所述加载装置带动所述加载托盘上下移动从而使所述加载砝码放置、脱离所述砝码托盘，所述加载砝码与所述砝码托盘中心对齐；

所述机架具有一机架门，所述防护罩具有一正拉门以及一侧拉门。

2.根据权利要求1所述的材料流变测量设备，其特征在于，所述加热管组均匀排布于所述油箱底部，所述冷却管组均匀排布于所述油箱内侧四壁，所述搅拌器为桨式搅拌器，共2个，对称分布于所述油箱内部。

3.根据权利要求1所述的材料流变测量设备，其特征在于，所述样品盒为圆柱形。

4.根据权利要求1所述的材料流变测量设备，其特征在于，所述滑轮组包括至少一个滑轮，所述滑轮线绕过所述滑轮组连接所述薄片夹具与所述平衡调节砝码及所述砝码托盘时，所述滑轮线两端的受力方向为沿重力垂直向下。

5.根据权利要求4所述的材料流变测量设备，其特征在于，所述平衡装置还包括一平衡指针、一刻度盘以及一滑轮刹车，所述滑轮刹车安装于所述滑轮支架并贴近所述滑轮组中任一滑轮的边缘，所述滑轮刹车可用来制动、紧固滑轮，所述平衡指针固定于所述滑轮组之一滑轮，两者同步转动，所述刻度盘固定于所述滑轮支架，所述平衡指针在所述刻度盘内指示。

6.根据权利要求1-5所述任一的材料流变测量设备，其特征在于，所述样品盒设置至少一拉环。

7.根据权利要求1-5所述任一的材料流变测量设备，其特征在于，所述样品盒设置一旋转卡扣，所述试样架对应设置一固定座，所述样品盒与所述试样架通过所述旋转卡扣与所述固定座可拆卸式连接。

8.根据权利要求1-5所述任一的材料流变测量设备，其特征在于，所述加载装置为自动丝杆升降机，所述试样架升降驱动装置为自动丝杆升降机。

9.根据权利要求1-5所述任一的材料流变测量设备，其特征在于，所述机架正面装有一监控表，所述监控表与所述控温装置相连，用以显示油浴温度。

10.根据权利要求1-5所述任一的材料流变测量设备，其特征在于，所述机架还包括至少四个平衡支脚，所述平衡支脚安装于所述机架底部，用以调节设备平衡。

11.根据权利要求1-5所述任一的材料流变测量设备，其特征在于，所述薄片夹具还包括一伸缩调节装置，调节夹持的所述薄片下伸距离。

12.根据权利要求1-5所述任一的材料流变测量设备，其特征在于，还包括一电气控制装置，所述电气控制装置分别连接所述位移测量装置的位移传感器、所述控温装置以及所述砝码自动加载装置。

13.一种根据权利要求12所述的材料流变测量设备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将所述薄片安装于所述薄片夹具，并调节所述薄片下伸距离；

b)调节所述平衡装置使其处于平衡状态；

c)将装入适量试验材料的所述样品盒安装于所述试样架，并通过所述试样架升降驱动装置浸到装有油浴材料的油箱中；

d)开启所述电气控制装置，进行设备预热，并将所述电气控制装置与所述位移测量装置、所述砝码自动加载装置以及所述控温装置联机；

e)在所述电气控制装置中设置目标温度，待试验材料软化后将所述薄片***试验材料；

f)在所述电气控制装置中设置试验温度，使油浴温度保持稳定；

g)在电气控制装置中填写、设置所述加载砝码重量、试验温度、试验时间、批次的参数；

h)根据前述所填写加载砝码重量，将所述加载砝码通过所述侧拉门放置于所述加载托盘上；

i)调整所述位移传感器使其触头抵压在所述测量柱上；

j)命令所述电气控制装置进行试验，并通过所述电气控制装置进行数据处理，生成图表及实验报告；

k)通过所述电气控制装置停止设备运行使油浴冷却至室温，整理器材。