旋轉流變儀如何選？

流變儀有很多種，毛細管流變，轉矩流變，旋轉流變儀，這里只聊聊旋轉流變儀。以下列表是主要流變儀的生產(chǎn)廠(chǎng)家以及業(yè)務(wù)涵蓋的主要機器類(lèi)型.

從列表中很容易得到結論，世界上主要的流變儀供應商只有四家，Anton Paar，Haake,耐馳和TA儀器。那么接下來(lái)就聊一聊，如何選擇一款適合自己的旋轉流變儀。

一、旋轉流變儀的分類(lèi)

1.1 是粘度計還是流變儀？

流變，顧名思義，包含了流動(dòng)和形變。只有這兩方便的功能都具備了，才是一款真正的流變儀。市面上有些品牌，功能上只可以測試流動(dòng)，但也叫流變儀，難免有點(diǎn)指鹿為馬。因此，流變儀應該具有三種模式：控制速率模式，控制應力模式和控制形變模式，缺一不可。否則，就只能歸類(lèi)到粘度計了。以下所描述的流變儀，都是包含了三種模式的測試儀器。

1.2 流變儀的分類(lèi)

去網(wǎng)上簡(jiǎn)單搜索下，發(fā)現流變儀的叫法五花八門(mén)。有平錐板流變儀的，有高溫高壓流變儀的，有界面流變儀的。在這里，我統一以下分類(lèi)的方法，分為控制應力型流變儀和控制形變型流變儀。其他的叫法只是在溫控附件或者測試夾具上做了特別說(shuō)明而已。

（1）控制應力型流變儀

這是一類(lèi)非常常用的一類(lèi)流變儀，在市面上絕大多數的設備都可以歸入此類(lèi)。驅動(dòng)馬達，軸承，轉子，傳感器都集成在一個(gè)單獨的測量頭上。傳感器的扭矩來(lái)自于三部分：

M_總=M_軸承+M_樣品+M_轉子

其實(shí)我們需要測量的是樣品的扭矩，因此，儀器在設計的時(shí)候需要盡可能減小來(lái)自軸承和轉子的背景噪音。但是，這一部分的噪音不能從根本上得到消除。各個(gè)廠(chǎng)家在產(chǎn)品研發(fā)和優(yōu)化設計上，就各顯其能，多種技術(shù)手段競相迸發(fā)，以至于讓客戶(hù)選擇的時(shí)候多少有點(diǎn)眼花繚亂。

這一設計的優(yōu)點(diǎn)：

1、這一結構相對的降低了設備的制造成本，使得流變儀的價(jià)格相對便宜了（與形變控制的比較）。

2、空氣軸承+托杯馬達或者磁懸浮軸承的組合，提高了設備的靈敏度，至少在工業(yè)應用領(lǐng)域或者小形變測試領(lǐng)域，滿(mǎn)足測試需求；

3、底座靜止不動(dòng)，為設備的模塊化應用通了可能，比如拉曼光譜聯(lián)用，紅外光譜聯(lián)用，高溫高壓密閉單元等；

4、豐富的溫控模塊控制，既可以半導體，同軸圓筒，也可以液體溫控和CTC輻射對流爐。

5、可以兼容多種測試夾具，同軸圓筒，平錐板以及其他各類(lèi)型的轉子；

但是也有缺點(diǎn)：由于力(扭矩)是在運動(dòng)頭上“量測”，因此，軸承摩擦、系統慣量(非勻速運動(dòng)情況)成為不可避免的測量噪音。想要克服或者優(yōu)化這一天生的缺點(diǎn)，配置低慣量的馬達、軸承和轉子就顯得異常重要?；蛘?，整體成為系統慣量。如下圖所示，有一部分數據失真是由于系統慣量的存在造成的。很容易識別從馬達啟動(dòng)到1S時(shí)間內，形變有大幅度的震蕩。這在蠕變測試中較為常見(jiàn)。

所以，在考察一款流變儀的時(shí)候，需要重點(diǎn)考量設備的系統慣量，針對測試的精準性和重復性有重要影響。當然，某些品牌的系統慣量很大，他們在軟件端的數據處理上下了一番工夫，對數據做了優(yōu)化處理，也獲得不錯的曲線(xiàn)結果。但本人始終認為，作為一臺分析測試設備，首先要忠實(shí)的反映材料的原本特性，然后在客觀(guān)的基礎上對數據進(jìn)行科學(xué)的處理優(yōu)化，這樣似乎更加符合科學(xué)研究的初心和本源。從這個(gè)角度來(lái)看，賽默飛HAAKE的設備均衡各種因素，把系統慣量做到了業(yè)內非常理想的狀態(tài)，至少目前是這樣的一種技術(shù)狀態(tài)。隨著(zhù)科技的進(jìn)步，肯定會(huì )有新的技術(shù)持續進(jìn)化、持續迭代，把應力控制性的流變儀這一分析測試平臺推向嶄新的發(fā)展階段。

（2）應變控制型流變儀

這類(lèi)設備的傳感器在上端，驅動(dòng)馬達在底座上，一般稱(chēng)為雙頭型流變儀（有的廠(chǎng)家是雙驅動(dòng)馬達）。簡(jiǎn)要如下圖：

力在靜止頭上量測，因此，量測的力為純粹的樣品響應。因此：

M_總=M_樣品

在這臺設備上，轉子，軸承的背景摩擦都消除了，測試的扭矩直接就是樣品的反饋。這樣帶來(lái)的好處顯而易見(jiàn)：

1、消除了背景摩擦，雙頭設計，可以獨立、準確、直接測試應力和應變。

2、可以更好開(kāi)展大形變、大振幅條件下的探測測試，最大扭矩可以達到800mNm.

3、可以做正交疊加和小振幅的各向異性探究。

但是這臺設備的缺點(diǎn)也是十分明顯：價(jià)格昂貴。如果你是純粹的做流變理論研究的，或者對大振幅、大形變感興趣的，這是一款不錯的選擇；但是如果你想從分子角度來(lái)研究一些化學(xué)變化的機理，需要借助一些光譜設備，甚至是顯微鏡等聯(lián)用技術(shù)的時(shí)候，這臺設備的結構決定了，這是行不通的。

流變儀的分類(lèi)基本籠統的掰扯清楚了，那面對不同行業(yè)，不同用戶(hù)需求的時(shí)候。這些流變儀該怎么選擇呢？

1.3 硬件組成的差異

一臺流變儀，硬件部分由以下幾部分構成：

測量頭：這是設備的核心部件，由軸承，馬達，法向力傳感器，光學(xué)編碼器等集成組成；

升降裝置：這是一臺精密的步進(jìn)電機組成，精度可以達到1um；

底座上的溫度控制模塊：溫控通常有半導體、電機熱、液體循環(huán)浴和對流爐組成，有的廠(chǎng)商有高溫的爐子，可以耐受1600C的溫度測試；

其他附屬專(zhuān)門(mén)應用配件：在外光固化模塊，高溫高壓密閉單元，粉體流變配件，電流變和磁流變模塊等。

聯(lián)用技術(shù)專(zhuān)用模塊：紅外光譜模塊，拉曼光譜模塊等。

另外一個(gè)重要的選擇：測量夾具，或者叫轉子。這在下面的論述中會(huì )有詳細的描述。

（1）測量頭硬件差異

在這里面，最核心的就是測量頭的集成技術(shù)，也就是馬達和軸承技術(shù)，優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)明如下：

（2）溫度控制模塊

很多人都認為旋轉流變儀和有一些簡(jiǎn)單的分析儀器一樣有標準的配置, 包括了所有需要的部件和配件，只要買(mǎi)回去用就可以了。其實(shí)不然，旋轉流變儀現在發(fā)展到了一個(gè)比較成熟，同時(shí)也是很復雜的分析儀器系統了。由于旋轉流變儀的應用領(lǐng)域越來(lái)越廣，下面我先簡(jiǎn)要說(shuō)明一下目前可選的常用四種溫控系統，然后再就一些典型的應用推薦相關(guān)的配置：
     首先是廣受歡迎的半導體（Peltier）溫控單元。它是利用了半導體的一種特殊效應，通過(guò)本身溫度的升高或降低就能對平行板、錐板或同心圓筒的樣品控溫，原理簡(jiǎn)單，控制方便，已成為研究精細化工、食品、化妝品、涂料、油墨等流變性能的溫控系統。Peltier半導體溫控方式的溫度上限可以到200°C，基本滿(mǎn)足了上述領(lǐng)域對高溫測試范圍的需要。其溫度的下限極限可以到達-60°C，也能滿(mǎn)足很多低溫測試的要求了。而且它最大的優(yōu)點(diǎn)是升降溫速度超快，最快可以實(shí)現60°C/分鐘的變溫速度，溫控的精度也能達到0.1~0.2°C。不過(guò)半導體溫控系統一定要接一個(gè)循環(huán)裝置，不管是水冷還是風(fēng)冷，用于保護溫控系統不要過(guò)熱燒毀。另外要實(shí)現零度以下的溫度測試，外接循環(huán)裝置也要具有降溫能力，這樣才能輔助Peltier系統降到更低的溫度。比如說(shuō)要Peltier系統降到-40°C，那么外接循環(huán)器也要能降到-20°C。
      第二種溫控方式就是電加熱溫控系統。說(shuō)簡(jiǎn)單些，就是電熱毯的加熱方式，可以實(shí)現平行板、錐板或同心圓筒的控溫。與第一種Peltier方式相比，電加熱方式的溫度上限可以提高到400°C（平行板、錐板）或者是300°C（同心圓筒），滿(mǎn)足相關(guān)高分子熔體和其它高溫測試的需要。由于加熱體本身的熱慣量較大，所以一旦到達設定溫度后，溫度波動(dòng)小。特別是平行板、錐板測試樣品時(shí)，不會(huì )出現在裝樣過(guò)程中溫度大幅波動(dòng)的問(wèn)題。但同時(shí)帶來(lái)的不足就是電加熱系統升溫速度慢，視溫度范圍的不同，升溫速度在3~5°C/分鐘不等。好在可以在電加熱溫控系統中接入一套液體控溫的循環(huán)器，加速降溫，同時(shí)還能實(shí)現一些低于室溫的實(shí)驗。
     第三種溫控方式是直接接入液體控溫循環(huán)器的方法，俗稱(chēng)水浴控溫。當然循環(huán)液既可以是水，也可以是溫度范圍更寬的硅油或水/乙二醇的混合液。這種控溫系統的溫度范圍就依賴(lài)與所接循環(huán)器的能力了，有溫度范圍窄的，也有從-40°C ~ 150°C的，不一而足。
   最后一種溫控方式是輻射對流爐。從名字上看就是相對較新的溫控方式，你猜的沒(méi)錯，溫控范圍從-150°C 到 600°C，是溫控范圍最寬的方式。簡(jiǎn)單說(shuō)就是電吹風(fēng)+電熱毯雙系統，配合液氮低溫系統，是最無(wú)/敵的方式，也是最昂貴的溫控方式。適用于平行板、錐板、固體扭轉（DMA功能）、熔體拉伸、紫外固化等等，也是聚合物流變學(xué)通常選的方式。
   旋轉流變儀鼓勵客戶(hù)根據自己的需要選配一種或幾種適合于研究?jì)热莺头较虻臏乜叵到y，沒(méi)有最/好的溫控，只有最合適的溫控。
   所以下面推薦不同行業(yè)的溫控選擇：
   石油化工：電加熱 >Peltier > 輻射對流爐CTC > 液體控溫；
   易燃易爆樣品：液體控溫(安全性第一); 
   高分子：電加熱 > CTC> Peltier;
     油墨、涂料、食品、化妝品、藥物流變性能研究：Peltier >液體控溫。

（3）轉子的差異

在這一點(diǎn)上，也讓很多不熟悉流變儀的用戶(hù)頭疼不已。其實(shí)只要抓住一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就行了，按和樣品接觸面積的大小來(lái)排序，同心圓筒轉子的面積大于平行板和錐板的面積，直徑大的轉子比直徑小的轉子能夠有更多與樣品接觸的面積。所以在同一臺流變儀相同的測量扭矩范圍之內，面積越大的，可以測量的粘度越低；而如果要測量高粘度、高剪切應力的樣品，就要選擇小直徑的轉子。目前商用流變儀中可以選擇的最小直徑的轉子是8mm，而最大直徑是60mm，各種形式的平行板、錐板和同心圓筒都有。
   如果是要測量比水粘度還低的樣品的話(huà)，還可以選用新型的雙狹縫同心圓筒轉子。
    不過(guò)還有幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題要解釋一下：
1.      很多人不清楚同樣直徑的平行板和錐板有什么用途？不同錐度的錐板又如何區別使用？簡(jiǎn)單的說(shuō)，平行板測試時(shí)樣品內部有剪切速率（剪切應變）的梯度變化，樣品變化是不均勻的。但這種方法簡(jiǎn)單，操作方便，還可以做變溫實(shí)驗。而錐板測試可以接近于均勻變化的剪切場(chǎng)，錐角越小越好。但帶來(lái)的問(wèn)題就是有大顆粒的樣品不宜用錐板測試，變溫實(shí)驗也不推薦用錐板。
2.      同心圓筒測試的一個(gè)理論前提是狹縫要足夠的小，這樣才能近似于等剪切流場(chǎng)。但由于不同粘度測試的需求，有很多設計上就逐漸偏離了這樣的原則了。
3.      同心圓筒樣品量相對比平行板、錐板測試樣品量要大，樣品溫度均勻所需要花費的時(shí)間更長(cháng)。
    還有幾個(gè)特殊的場(chǎng)合：
1.      對于固化交聯(lián)的樣品，可以提供鋁制的可拋棄式的轉子；
2.      對于需要進(jìn)行光學(xué)測量的樣品，可以選用石英玻璃制的平行板轉子；
3.      如果是電流變的樣品，可以選絕緣式的轉子；
4.   高溫高壓條件下的轉子，可以最高耐受600大氣壓，300°C的條件；

弄明白了以上三個(gè)重要的模塊之間的差異，接下來(lái)對于如何選擇流變儀，就變得相對容易且水到渠成了。

二、如何選擇適合的流變儀

寫(xiě)到這里，發(fā)現越來(lái)越難寫(xiě)。什么叫合適，仁者見(jiàn)仁，智者見(jiàn)智。我的標準是：既可以剛好滿(mǎn)足目前的需求，也可以為未來(lái)的發(fā)展留下余量。這只是單一的維度，其實(shí)在實(shí)際操作過(guò)程中，所要考慮的因素有很多，很難用統一的標準來(lái)定義或者闡述。因此，以下的觀(guān)點(diǎn)純屬一孔之見(jiàn)，僅供參考。

2.1 旋轉粘度計

談到流變儀，粘度計是一個(gè)繞不過(guò)去的設備。我在這里把旋轉粘度計分為 兩類(lèi)：

相對粘度測量用黏度計：這一類(lèi)是僅滿(mǎn)足IS02555,可以做單點(diǎn)測試或者簡(jiǎn)單的粘度曲線(xiàn)的，黏度是相對粘度，轉速用RPM來(lái)表示的。

這類(lèi)設備適用于簡(jiǎn)單流體的粘度測試，非常適合用于QC部門(mén)。這類(lèi)設備的供應商很多，國產(chǎn)的進(jìn)口的，都滿(mǎn)足測試要求。如果預算充足，還是建議選用進(jìn)口的。在這個(gè)領(lǐng)域，Brookfield是典型的代表。另外還有FUNGILAB，Lamy等品牌。

絕對黏度測量用黏度計：這一類(lèi)是可以測試物料的流動(dòng)特性，表征應力曲線(xiàn)，屈服應力和觸變性的，黏度是絕對黏度，剪切速率用S-1表示的，不可以測試形變的。

這類(lèi)設備適用于簡(jiǎn)單流體和復雜流體的流動(dòng)測試，除了QC質(zhì)量控制之外，還可以解決工程工藝和產(chǎn)品應用的問(wèn)題，可以表征流動(dòng)曲線(xiàn)，觸變性、結構恢復和屈服應力。這個(gè)設備，推薦多采用同心圓筒轉子。哈克的ISO粘度計/VTIQ或者安東帕的Rheolab QC/MCR72就屬于這一類(lèi)。

這一類(lèi)設備是一個(gè)相對經(jīng)濟的選擇，可以很好的解決QC和工程工藝問(wèn)題，與客戶(hù)所處的行業(yè)密切相關(guān)。鋰電池行業(yè)，陶瓷漿料，水泥砂漿，建筑采礦，金屬粉末，食品谷物，水果果醬，油漆涂料，污泥處理等行業(yè)，這類(lèi)設備是個(gè)不錯的選擇。如果需要做進(jìn)一步的研究和探討，功能受限，需要產(chǎn)品升級了。

由于單點(diǎn)黏度計天然的缺點(diǎn)，我的建議是如果預算允許，還是買(mǎi)一臺可以解決流動(dòng)性的粘度計，在面對更多的分析需求時(shí)，更加游刃有余。

2.2 應力控制性流變儀

這是一類(lèi)在市場(chǎng)上占有率和被使用廣泛的設備，兼顧了性能和價(jià)格，是最有性?xún)r(jià)比的一類(lèi)。這一類(lèi)的設備，該如何選擇呢？或者從幾個(gè)維度去做評估呢？

（1）系統慣量之馬達慣量

每個(gè)品牌，都有自己的技術(shù)專(zhuān)長(cháng)，每個(gè)技術(shù)，各有利弊?；蛘邠Q句話(huà)說(shuō)，每一個(gè)先進(jìn)的設備，都是一個(gè)妥協(xié)的產(chǎn)物。因為，你不可能在一個(gè)復雜的系統中，做到每一個(gè)維度上的極/致。結果就是，總要折中，平衡，取得整體系統的最/優(yōu)解。流變儀更不例外。

軸承和馬達的優(yōu)缺點(diǎn)在前面有了論述，這里不再重復。這里只強調系統慣量，也就是整體系統最/優(yōu)解的結果到底如何。先從慣量的概念入手。

慣量[inertia] ∶物質(zhì)（物體）運動(dòng)的慣性量值，表示慣性大小的物理量，其慣性大小與物質(zhì)質(zhì)量相應慣量：

其中r為轉動(dòng)半徑，m為剛體質(zhì)量。SI 單位為 kg·m²。

流變儀中的慣量包含以下幾部分：馬達慣量，這是馬達本身的轉動(dòng)慣量。還有軸承慣量，轉子慣量和樣品慣量，這一部分合計為負載慣量。轉動(dòng)慣量和負載慣量的集合，稱(chēng)之為系統慣量。

這一概念僅僅是考慮測量頭、轉子和樣品的角度，不考慮結構上的差異以及應力分布。

這一指標的意義在哪里呢？

可以表征馬達電機的加減速。需要快速的停止和加速的應用場(chǎng)景，慣量越小越好。特別適合輕負載，高速度的場(chǎng)合。這恰恰就是流變儀測試需要的場(chǎng)景。

所以，為了降低系統慣量，需要采取低轉動(dòng)慣量的馬達，比如托杯馬達，主要的流變儀廠(chǎng)家用的都是這個(gè)技術(shù)。這是一類(lèi)單相感應電機技術(shù)，定子通過(guò)切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生轉動(dòng)轉矩帶動(dòng)轉子轉動(dòng)，因此產(chǎn)生和旋轉方向相反的轉矩。想要剎車(chē)改變方向，應在電機*停止以后，再轉換其旋轉方向。所以，這就需要低系統慣量的集成技術(shù)來(lái)配合這一個(gè)馬達，包括低轉動(dòng)慣量的自身，以及空氣軸承和輕質(zhì)的夾具，以及低慣量的流體。

所以，如果你測試的樣品粘度很低，測試之前一定要校正慣量，一個(gè)是軸承的，一個(gè)是轉子的。這個(gè)時(shí)候測試的結果才更穩定，更接近真值。

再來(lái)看永磁同步電機，也就是EC（Electrical Commutation）同步馬達，包含永磁無(wú)刷直流電機和永磁無(wú)刷交流電機。定子的永磁體直接和轉子產(chǎn)生的磁通勢產(chǎn)生驅動(dòng)轉矩，同步旋轉做相對靜止的運動(dòng)。這類(lèi)馬達響應靈敏，加速度好，適合高負載高扭矩的場(chǎng)景。啟動(dòng)快，加速快，帶來(lái)的另一方便就是剎車(chē)變得困難，轉動(dòng)慣量大，導致在做瞬態(tài)測試或者高頻率測試的時(shí)候，數據反饋失真。另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，結構簡(jiǎn)單，體積小，造價(jià)相對較低。兼顧了馬達的性能和經(jīng)濟性，是高性?xún)r(jià)比的馬達技術(shù)。在哈克的中高/端產(chǎn)品VTIQ系列和MARS IQ系列用的這一技術(shù)。

【馬達技術(shù)聊到這里，基本理順清楚了。一家之言，萬(wàn)勿拍磚。技術(shù)各有利弊，選擇對錯全靠運氣。我瀏覽了各家公司的產(chǎn)品參數，除了哈克MARS系列設備標注馬達慣量這一指標之外，其他各家均無(wú)說(shuō)明。那就接著(zhù)聊下一個(gè)，軸承慣量。】

（2）系統慣量之軸承慣量

軸承的區別，相對簡(jiǎn)單。滾軸軸承，空氣軸承和磁懸浮軸承。一起學(xué)習下概念。

磁懸浮軸承(Magnetic Bearing) 是利用磁力作用將轉子懸浮于空中，使轉子與定子之間沒(méi)有機械接觸。其原理是磁感應線(xiàn)與磁浮線(xiàn)成垂直，軸芯與磁浮線(xiàn)是平行的，所以轉子的重量就固定在運轉的軌道上，利用幾乎是無(wú)負載的軸芯往反磁浮線(xiàn)方向頂撐，形成整個(gè)轉子懸空，在固定運轉軌道上。

優(yōu)點(diǎn)很明顯：轉子可以運行到很高的轉速，具有機械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長(cháng)、無(wú)需潤滑、無(wú)油污染等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高速、真空、超凈等特殊環(huán)境中。但是，磁懸浮事實(shí)上只是一種輔助功能，并非是獨立的軸承形式，具體應用還得配合其它的軸承形式。體現到流變儀上，最直接的就是造價(jià)成本高。這是一項非常好的技術(shù)，獲得了更好的靈敏度，背景摩擦小，沒(méi)有油污污染的風(fēng)險，但缺點(diǎn)也有。操作復雜，維護成本高，需要熟練且豐富的操作經(jīng)驗。

空氣軸承（又稱(chēng)為氣浮軸承）指的是用氣體（通常是空氣，但也有可能是其它氣體）作為潤滑劑的滑動(dòng)軸承，利用空氣彈性勢能來(lái)起支承作用的一種新型軸承。如下圖，這是哈克MARS系列流變儀的測量頭中的軸承，一個(gè)軸向，兩個(gè)徑向。這個(gè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，精度高，速度耐受高，負載大。所以，在主要流變儀品牌中得到廣泛應用。對于流變儀來(lái)說(shuō)，背景摩擦小，穩定，精度高。關(guān)鍵是，皮實(shí)耐操，維護成本低。風(fēng)險也有，需要無(wú)油，無(wú)水，潔凈的空氣或者其他氣體提供彈性支撐，有污染的風(fēng)險。

滾珠軸承是滾動(dòng)軸承的一種，將球形合金鋼珠或者陶瓷珠安裝在內鋼圈和外鋼圈的中間，以滾動(dòng)方式來(lái)降低動(dòng)力傳遞過(guò)程中的摩擦力和提高機械動(dòng)力的傳遞效率。這技術(shù)在粘度計或者中低端的流變儀中應用廣泛，摩擦適中，經(jīng)濟實(shí)惠，但是缺點(diǎn)明顯，噪音大，靈敏度不夠，面對低粘度樣品或者復雜苛刻的粘彈性測試不推薦，這里強調下，不是說(shuō)粘彈性不能做，可以測試，但是對于物料有所選擇。比如哈克的VTIQ測試粘彈性的時(shí)候要求黏度大于5000mpa.s就是這個(gè)道理。

總結一句話(huà)。站在軸承的角度來(lái)看，空氣軸承是兼顧了精度、靈敏度、成本、維護操作、耐用等各個(gè)因素之后的最/優(yōu)選擇。當然，如果您預算充足且具有豐富的流變學(xué)測試經(jīng)驗，磁懸浮軸承也是不錯的選擇。如果你買(mǎi)設備為了解決流動(dòng)性的問(wèn)題，一臺滾軸軸承的設備已經(jīng)是綽綽有余了。

（3）系統慣量之轉子慣量

在轉子的硬件差異中，討論了轉子的不同的使用場(chǎng)景。這里只討論一個(gè)問(wèn)題，轉子的慣量。

你任意打開(kāi)一家公司的流變儀的轉子，都有一個(gè)*的轉子參數，慣量值，也就是這個(gè)轉子的負載慣量。以哈克為例子,隨著(zhù)平行板直徑的增加，慣量顯著(zhù)增加。

就意味著(zhù)，如果扭矩在合理范圍內，或者流變儀的靈敏度足夠出色，選擇小的夾具對于測試來(lái)說(shuō)是有利的。這一點(diǎn)對于瞬態(tài)測試或者震蕩測試尤為重要。

降低轉子慣量，簡(jiǎn)單有效的方法就是降低轉子的質(zhì)量，讓它變更輕。但是轉子的選擇是一個(gè)綜合考量的結果，質(zhì)量之外，還要考慮耐化學(xué)腐蝕性能，以及隔熱性能。所以，這又是一個(gè)妥協(xié)的產(chǎn)物。對于哈克流變儀來(lái)說(shuō)，全部的轉子都是鈦合金的材質(zhì)，既具有好的耐化學(xué)性能，又比不銹鋼的質(zhì)量輕，同時(shí)又兼顧了陶瓷桿的絕熱性。也正因為如此，哈克的測試轉子在所有品牌的流變儀中是最昂貴的。

（4）系統慣量之流體慣量

這個(gè)是我們往往忽略，但是在流變測試中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。流體慣量的因素包含比重，密度，重度等。一句話(huà)，測試流體或者樣品的質(zhì)量，密度，體積等。不管是瞬態(tài)測試、動(dòng)態(tài)測試還是穩態(tài)測試，流體慣量一直存在，一直影響著(zhù)測試的結果。

根據牛頓第一定律，物質(zhì)有維持原有運動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)。那么哪些流體容易產(chǎn)生大的流體慣量呢？

比如高速剪切的水溶液，等速度迅速停止馬達剎車(chē)，水溶液還在以較高的速度做渦流或者拖曳流動(dòng)，此時(shí)的傳感器就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)負的扭矩信號。這是測試需要避免的。意味著(zhù)高轉速對于低粘度測試的數據產(chǎn)生較大誤差。

另外一個(gè)，同心圓筒轉子需要15ml甚至更多的裝載量，和高速剪切水溶液類(lèi)似，當馬達在控制減速的時(shí)候，由于流體慣量的存在，測試數據總會(huì )偏低。

因此，為了避免流體慣量的影響，建議如下：

1、面對低粘度樣品，選擇靈敏度高的流變儀設備，確保在低轉速可以獲取穩定的數據信號。

2、測試條件匹配的情況下，盡可能減少樣品裝載量；

3、避免做極/端測試，比如超出1000S-1的穩態(tài)剪切，甚至100HZ的高頻掃描，甚至100%的大振幅形變。

總之一句話(huà)，流變學(xué)學(xué)習好，測試好，是一個(gè)不斷進(jìn)步的過(guò)程。每一個(gè)因素的考慮和取舍，都要因事因地制宜，綜合考察。

（5）其他的考慮因素

根據軸承和馬達，選定了測量頭之后，這一步最燒腦的工作完成后，需要考察的因素相對就簡(jiǎn)單了。

溫控模塊，根據自己的行業(yè)特性和材料的溫度適用范圍來(lái)選擇就可以了，比較單一。

聯(lián)用模塊，紫外固化，高溫高壓，紅外光譜，小角散射，粉末測試，電流變，磁流變。根據需要，對癥下藥就可以。

還有一個(gè)因素，貿易壁壘和禁運。這個(gè)問(wèn)題在近幾年非常突出。美帝國主義亡我之心不死，對我國的個(gè)別企業(yè)和研究機構圍追堵截。鑒于中德良好的雙邊關(guān)系，，貿易雖然受到了波及，但是通道還是暢通的，歐盟的許可使得尖/端的流變儀設備可以如常進(jìn)入中國市場(chǎng)。

還有一個(gè)因素，法規的要求。這一點(diǎn)在制藥行業(yè)特別明顯。依據法規的要求，依葫蘆畫(huà)瓢就可以了，不會(huì )出錯。

其他的蘿卜白菜各有所愛(ài)了。一句話(huà)，客觀(guān)的講，買(mǎi)任何一家的設備，都是可以進(jìn)行測試并且解決問(wèn)題的，差別沒(méi)有大到一個(gè)天上，一個(gè)地下。

2.3 應變控制型設備

這個(gè)設備，是一個(gè)真實(shí)的應變控制流變儀，全球就TA一家。除了做流變學(xué)的理論研究，喜歡大形變測試測試之外，或者高校研究所使用之外，其余的行業(yè)，采買(mǎi)的意義值得商榷。當然了，您特別有錢(qián)，那就另當別論。

三、 小結

聊到這里，大致上如何選流變儀，聊得七七八八了。我做個(gè)選擇篩選流變儀的步驟，簡(jiǎn)明如下：

（1）為什么要買(mǎi)流變儀？流變儀需要解決什么樣的問(wèn)題？

（2）測試的材料有哪些特性？需要借助什么樣水平的設備來(lái)進(jìn)行測試。

（3）有多少預算？根據預算匹配一套性?xún)r(jià)比的設備。

（4）設備除了硬件和軟件，更重要的是售前和售后支持團隊如何？（敲黑板，這個(gè)異常重要。不展開(kāi)論述，自己體會(huì )或者向同行做下調研）

（5）硬件、軟件和售后服務(wù)，綜合考慮后，你會(huì )發(fā)現，你不斷的糾結、猶豫，哈克可能是一個(gè)最/優(yōu)的的選擇。

聊到這里，旋轉流變儀暫告一個(gè)段落，接下來(lái)我要不斷的閱讀和學(xué)習了。你閱讀了關(guān)于流變學(xué)的書(shū)籍，掌握了基本的概念，對于流變儀的廠(chǎng)家，技術(shù)流派有了初步的了解。如果您正需要了解流變儀或者近期、甚至未來(lái)需要在工作中用到流變儀，給我電話(huà)吧。我在電話(huà)這端真誠歡迎您的到來(lái)。