- 2026-04-04 10:35:09旋轉流變儀
- 旋轉流變儀是一種用于測量材料流變性能的專業(yè)儀器。它通過施加旋轉剪切力，觀察材料在不同條件下的流變行為，如黏度、彈性模量等。該儀器廣泛應用于聚合物、涂料、食品等行業(yè)，用于評估材料的加工性能、穩(wěn)定性及使用壽命。旋轉流變儀具有測量精度高、響應速度快、操作簡便等特點，是材料科學研究和質量控制的重要工具。
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旋轉流變儀問答
- 2024-12-02 11:00:13旋轉流變儀扭矩如何計算
- 在工業(yè)和科研領域，旋轉流變儀作為一種重要的儀器，廣泛應用于測量材料在不同剪切條件下的流變性能。流變學的研究涉及液體和軟固體材料的變形與流動特性，而旋轉流變儀則通過測量材料在旋轉剪切場中的行為來評估其粘度、屈服強度等重要物理特性。其中，扭矩的計算是流變儀測試過程中至關重要的一部分，它直接關系到實驗數(shù)據(jù)的準確性與可靠性。本文將詳細介紹旋轉流變儀中扭矩的計算方法，并探討其在材料性能分析中的應用。旋轉流變儀扭矩的基本概念在旋轉流變儀的測試過程中，扭矩是指作用于樣品之間旋轉部件的力矩。儀器通過一個或多個旋轉的圓盤或圓筒，將剪切力作用于樣品，從而引起樣品的變形。根據(jù)樣品的粘性、彈性或塑性特性，旋轉部分的扭矩會發(fā)生變化。因此，扭矩的大小與樣品的流變特性密切相關，是流變學研究的重要參數(shù)之一。扭矩計算的基本原理旋轉流變儀的扭矩計算依賴于儀器的幾何結構以及旋轉速度。其計算公式通常與轉動角速度、轉動角度和儀器的幾何參數(shù)密切相關。對于典型的平行板流變儀，扭矩T可以通過下列公式計算：[ T = \tau \cdot r^2 \cdot A ]其中，( \tau ) 為剪切應力，( r ) 為旋轉半徑，( A ) 為板的接觸面積。這個公式體現(xiàn)了材料的剪切強度和接觸面積對扭矩的影響。扭矩與剪切應力的關系扭矩計算的核心是剪切應力（( \tau )）。剪切應力與剪切速率（( \dot{\gamma} )）之間的關系取決于材料的流變模型。例如，對于牛頓流體，其剪切應力與剪切速率成正比。而對于非牛頓流體，剪切應力與剪切速率之間的關系則更為復雜，可能是非線性的。在旋轉流變儀中，通常采用流變模型（如Bingham塑性體模型、卡西定律等）來擬合實驗數(shù)據(jù)，從而獲得準確的剪切應力值。影響扭矩計算的因素在旋轉流變儀的測試中，扭矩的計算還受到多個因素的影響。樣品的流變特性是一個關鍵因素。高粘度的樣品會產(chǎn)生較大的扭矩，而低粘度的樣品則產(chǎn)生較小的扭矩。溫度、剪切速率和樣品的物理形態(tài)（如顆粒大小、分布等）也會對扭矩產(chǎn)生顯著影響。因此，在進行實驗時，必須精確控制這些變量，以確保數(shù)據(jù)的準確性。
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- 2020-09-11 14:30:47旋轉流變儀類型簡明對比
- 旋轉流變儀通過驅動一對夾具沿圓周方向的相對運動來實現(xiàn)夾于其中的被測物質的流動和變形從而進行流變測量。施加與測量的具體實施方法有兩種：1）施加應變（角位移）或應變速率（角速率）刺激，測量響應的應力（扭矩），這種技術早期被稱為應變控制型（Controlled Strain, CR）；2）施加應力（扭矩）刺激，測量響應的應變（角位移）或應變速率（角速率），這種技術早期被稱為應力控制型（Controlled Stress, CS）。上述兩種流變儀的結構設計特點如圖1所示。圖1 旋轉流變儀結構設計（左為CR型，右為CS型）CR型旋轉流變儀的結構設計特點是驅動電機與扭矩傳感器分離各自獨立（Separate Motor & Transducer, SMT），樣品的流動或變形刺激由驅動電機施加，而樣品的應力響應則由扭矩傳感器量測。在CR型流變儀上，刺激施加和響應量測是分別在兩個夾具側實現(xiàn)，因此，又被稱為雙頭（Double Heads, DH）流變儀。CR型旋轉流變儀的原生測試模式工作原理如圖2左圖所示。圖2 CR型（左）與CS型（右）原生測試模式工作原理CS型旋轉流變儀的結構設計特點是驅動電機兼任扭矩傳感器（Combined Motor & Transducer, CMT），樣品的流動或變形刺激由驅動電機施加，同時將驅動電機的工作扭矩扣除軸承摩擦矩和轉動慣性矩后當作“量測”的樣品扭矩。在CS型流變儀上，刺激施加和響應量測是在同一個夾具側實現(xiàn)，因此，又被稱為單頭（Single Head, SH）流變儀。CS型旋轉流變儀的原生測試模式工作原理如圖2右圖所示。在儀器設計的早期，CR型流變儀只能執(zhí)行控應變和控剪切速率測試，而CS型流變儀只能執(zhí)行控應力測試?，F(xiàn)代旋轉流變儀得益于“反饋-控制”的飛速發(fā)展，在進行可以達到平衡態(tài)的測試（如穩(wěn)態(tài)速率掃描、振蕩測試等）時，CR旋轉流變儀與CS旋轉流變儀在一定程度上是等效的，即控應變模式與控應力模式可以互換且基本不影響測量結果。兩種儀器在非原生測試模式下的工作原理如圖3所示。圖3 CR型（左）與CS型（右）非原生測試模式工作原理但由于二者結構設計和工作原理存在根本不同，在進行瞬態(tài)測試（如階躍應變、階躍速率、階躍應力和大振幅振蕩等）時兩種儀器的測試結果會存在較大差別。在CS旋轉流變儀上進行瞬態(tài)測試時，系統(tǒng)（轉子和夾具）轉動慣量和軸承摩擦是避不開的，這在一定程度上會影響測量結果的可靠性，因此，進行瞬態(tài)測試前，校準電機轉子和測量夾具的慣量和軸承摩擦是十分必要的。系統(tǒng)慣量的客觀存在使得瞬態(tài)測試時很難正確捕捉到樣品的短時響應特征，即便是CS旋轉流變優(yōu)勢項目——階躍應力（蠕變）測試中也是如此。系統(tǒng)慣量還造成CS旋轉流變儀的應變速率切換時間較長，在控應變速率模式的瞬態(tài)測試中很難捕捉到正確的瞬時響應；而在進行控應變速率模式的穩(wěn)態(tài)測量時需要更長的采點時間以保證測量結果可靠，從而導致總測試時間延長。在CS旋轉流變儀上進行動態(tài)振蕩測試時，要對原始量進行校正（扣除軸承摩擦和系統(tǒng)慣量效應）才能得到樣品的黏彈響應，由于慣量效應（噪音項）正比于測試頻率的平方，這在一定程度上限制了實際有效的測試頻率上限。CR旋轉流變儀的應變或應變速率的切換時間較短，在控應變模式和控應變速率模式上仍具有很大優(yōu)勢。但在CR旋轉流變儀上進行控制應力模式的測試時，由于樣品的響應被耦合到“反饋-控制”程序中，因此，在ZZ測試前要先對樣品的響應特征進行預測得到樣品的控制因數(shù)，從而使得總的測試時間會有所增加。兩類旋轉流變儀的主要差異對比列于表1。表1 CR和CS簡明對比CR（應變控制型）CS（應力控制型）備注儀器結構驅動電機與扭矩傳感器分離（Separate Motor & Transducer, SMT）驅動電機兼任扭矩傳感器（Combined Motor & Transducer, CMT）施加與量測分在兩個夾具頭上（Double Heads, DH）同在一個夾具頭上（Single Head, SH）扭矩量測在靜止頭上實現(xiàn)在運動頭上實現(xiàn)噪音源軸承摩擦和系統(tǒng)慣量低黏度和低模量數(shù)據(jù)有效性評估難度較大原生控制控應變或應變速率控應力階躍應變（應力松弛）閉路控制（Closed-Loop）開路控制（Open-Loop）CS起始數(shù)據(jù)無意義階躍速率（應力增長）閉路控制開路控制CS響應數(shù)據(jù)不真實階躍應力（蠕變）開路控制閉路控制CS慣量效應不可避免流動測試（Flow）閉路控應變速率開路控應變速率小振幅振蕩（SAOS）閉路控應變開路控應變CS慣量效應不可避免大振幅振蕩（LAOS）閉路控應變閉路控應力CS慣量效應不可避免且LAOS控應力無實用價值注：閉路控制中流動和變形的施加只取決于儀器性能；開路控制中流動和變形的施加不僅取決于儀器性能，還依賴于樣品黏彈性能。作者：李潤明 博士
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- 2020-07-14 15:44:31旋轉黏度計與旋轉流變儀測黏度有什么差異
- Z近總是被問到“旋轉黏度計與旋轉流變儀測黏度有什么差異”這個問題，那今天索性就來聊聊這個話題。旋轉黏度計及其測量轉子和旋轉流變儀及其測量夾具系統(tǒng)通常如下圖所示。 從上圖右圖可以看出，旋轉流變儀常用的測量夾具系統(tǒng)分別為錐板、平行板和同心圓筒，其每一種測量系統(tǒng)均有明確的幾何和尺寸，其測量場可以準確量化；測量黏度用到的剪切速率和剪切應力均可由儀器控制和量測的角速率和扭矩準確換算得到。也是說，在旋轉流變儀上測量黏度時，測量條件參數(shù)非常明確，且測量黏度用到的剪切應力和剪切速率均可準確控制和測量。從上圖左圖可以看出，旋轉黏度計的轉子雖然也有著準確的形狀和尺寸，但與其配套使用的外杯通常并沒有嚴格的限制，這使得旋轉黏度計的測量場不能準確量化，因此，使用黏度計測量黏度時，并沒有像旋轉流變儀那樣明確的剪切速率和剪切應力概念，而是直接使用轉子轉速和扭矩使用如下方程計算黏度。 黏度 = (扭矩/轉速) * 轉子因數(shù) 其中轉子因數(shù)通常是通過測量標準物質如標準油標定得到的?？梢钥闯觯D黏度計在測量黏度時存在如下問題：1）沒有明確的剪切速率概念，測試參數(shù)轉速與剪切速率雖然成正相關，但不太容易換算到剪切速率；2）轉子因數(shù)確定需要通過標準物質標定，這使得旋轉黏度計的準確度還依賴于用于標定的標準物質。若測試的樣品為牛頓流體，由于其黏度不依賴于剪切速率，使用黏度計理論上是可以測量準確的。但若樣品是非牛頓流體，由于其黏度依賴于剪切速率，這種情況下使用黏度計測量得到的結果會由于沒有明確的剪切速率對應而使得其不太好用于實際應用場合的性能評估而實用價值不大。有不少讀者可能會有這樣的疑惑“相同轉速下旋轉黏度計與旋轉流變儀的測量非牛頓流體的結果有可比性嗎？”，答案是沒有可比性。在旋轉黏度計上，即使轉子固定，給定的轉速也很難換算出對應的剪切速率，而非牛頓流體的黏度是依賴于剪切速率的。而在旋轉流變儀上，即使轉速相同，但若測量夾具不同或測量夾具的幾何因子不同，同一轉速換算得到的剪切速率也是不同的，從而使得依賴于剪切速率的黏度并不會因為僅僅是轉速相同可以一致了。需要說明的是，近年來一些高級旋轉黏度計也引入了與旋轉流變儀相同的測量夾具系統(tǒng)，從而可以給出明確的剪切速率和剪切應力，使得其測量結果在與旋轉流變儀基本一致；但其測量于黏度測量，而不能像旋轉流變儀測量動態(tài)模量、松弛模量和蠕變?nèi)崃康龋涔δ芘c旋轉流變儀仍存在較大差距……
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- 2018-11-15 18:53:39旋轉流變儀的主要技術參數(shù)
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- 2018-11-13 11:43:37旋轉流變儀的工作原理
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