流体中电流变特性检测方案(流变仪)

ElectroRheology Accessory from TA InstrumentsTA 仪器电流变测试附件及技术 摘要 由导电性颗粒和非导电液体混合而成的电流变液的微观结构状态在有无外电场作用差异巨大，从而表现出显著不同的流变特性。这类体系有着广泛应用前景，对电流变液流变特性的系统表征有十分重要的意义和实用价值， TA 仪器最新研制的电流变附件是研究这类流变的理想工具。 引言 电流变液 (Electrorheological fluid， ER) 是一种超细导电性颗粒的悬浮液。无扰状态下，导电性颗粒在基相中无规悬浮；当存在外电场作用时，导电性颗粒会沿外电场方向取向，如图1所示 图1电流变液在无扰和外电场作用下的结构演变 由图1可以看出，在有无外电场作用下，电流变液的微观结构状态差异巨大；从而使得电流变液在两种状态下必然表现出显著不同的流变特性，如图2所示。 图2外电场对电流变流动黏度的影响 电流变液有着广泛的应用前景，因此，对电流变液流变特性进行的系统表征有十分重要的意义和实用价值。 Discovery HR 电流变件可使用平行板或者同心圆筒夹具表征高达4000伏特电压下电流变流体。该附件适用于所有的 Discovery HR流变仪机台，且兼容 Peltier 板(-40℃到200℃)以及 Peltier同心圆筒(-20℃到150℃)温控系统。 TA仪器电流变附件(平行板)的外观如图3所示。 图3TA仪器电流变附件(平行板)外观 此外， TA仪器的 ARES-G2 平台上也可加装点流变测试附件，同样可兼容高级 Peltier 平行板和同心圆筒温控系统。 TA仪器电流变附件能施加的电场演进模式 定制的波形和信号发生器可使用 TRIOS 软件直接控制。电压演进模式包括：恒定电压，步阶电压，斜坡电压，正弦波电压，三角波电压，和偏移波电压。 TA 仪器电流变附件能施加的电场演进模式列于图4. 图4TA仪器电流变附件所能施加的电场演进模式 电流变测试示例 10%的淀粉硅油溶液在施加高电压下表现出剧烈的且可逆的结构变化。图5展示的是在直流电压从500 到4000V 中剪切 100s 黏度对时间的依赖关系。流变测试的剪切速率设置为1 s-1，以尽可能减小对结构演进的影响。 施电场后，淀粉糊在不导电的硅油中极化使得淀粉微粒串接，从而在电极板间排成一列，显著的黏度增加正是这一定位导致的。排列时间依赖于悬浮液体黏度和电场强度。既然在施加的剪切速率下，结构演变并不能完全消除，因此，可以在均衡粒子形成的带状物的破坏与成形之间达到动态平衡时观测到最大黏度。 图5电场对电流变液瞬态流动行为特征的影响 图6淀粉-油悬浮液对交流电压的响应 电流变材料对直流电压演进表现出有趣的响应。图6展示的是淀粉-油悬浮液的黏度在恒定速率下对 4000V 最大峰值的直流电压且以0.01Hz 的频率振荡电场的响应。 在施加的电场演进模式下，黏度的改变的频率两倍于外加频率，即与电压的绝对值同相位。这种行为的发生是由于黏度并不依从于电压的符号造成的。当电压为零时，黏度为最低值。 TA 仪器电流变附件特色与优势 TA仪器电流变附件特色与优势主要表现在： 智能适配技术； 安装与卸载简便快捷； 兼容 Peltier 板和 Peltier 同心圆筒； 25mm 和 40mm直径板带陶瓷绝缘段； 直径28mm 德国标准同心圆筒转子； 宽电压范围4000VDC， 4000VAC (8000V 峰间值)； TRIOS 软件程序控制； 灵活的电压演进模式。 TA INSTRUMENTS USE ONLY