不可忽视的仪器惯量因素

摘要

旋转流变仪是通过驱动一对夹具沿圆周方向的相对运动来实现夹于其中的被测物质的流动和变形从而进行流变测量。其中控制施加的应力(扭矩)，测量响应的应变(角位移)或应变速率(角速率)的流变仪称为应力控制(Controlled Stress, CS)型。电动机转子和测量夹具的转动惯量越小，对测量的影响越小。由前述转动惯量的定义可以看出，对于形状规则的旋转体来说，其质量越大，半径越大，则转动惯量越大。夹具的转动惯量也是不容忽视的，选择测量夹具时，在条件允许的情况下，尽量选择质量轻、半径小的夹具。大部分市售CS旋转流变仪使用拖杯电动机(Drag-Cup Motor)作为驱动电动机，该电动机采用薄壁金属杯做转子，交变线圈做定子，金属杯在旋转磁场中切割磁力线产生感应电流，进而在电磁矩作用下转动，拖杯电动机的输出扭矩与定子的输入电流的平方成正比。只有极少部分市售CS旋转流变仪使用直流电动机(Electrically Commutated Motor)。该电动机采用永磁体做转子，直流线圈做定子，永磁体在直流电场作用下转动。直流电动机的输出扭矩与定子的输入电流成正比，这使得电路的“反馈一控制”相对容易一些。但直流电动机的永磁体转子的转动惯量较大，对测量结果影响较大且测量效率低。