旋轉流變儀

旋轉流變儀根據其等級大致可以劃分為兩種，一種是以機械軸承馬達為核心測量結構的低等級旋轉流變儀，基本要求是可以進行連續的轉速控制，一般只具有穩態測量功能，可以測量黏度η、流動曲線、屈服應力、觸變性等流變學特性，但測量範圍比較小。

另一種是以空氣軸承馬達為核心測量結構的高等級旋轉流變儀，基本要求是可以進行連續的轉速控制、可以產生正弦波應變或應力，具有穩態測量、動態測量、瞬態測量功能，可以測量黏度、流動曲線、屈服應力、觸變性、複數模量G*、儲能模量G'、損耗模量G″、Tanδ、應力鬆弛、蠕變等流變學特性，測量範圍比較寬。

（1）旋轉流變儀測量系統與樣品接觸，並施加載荷，並在穩態或動態模式下測量扭矩，用夾具係數將物理量（扭矩、轉速）轉化為流變學的參數（剪切速率、剪切應力、儲能模量、損耗模量、Tanδ），常用測量系統有：

a. 平行板

b. 同心圓筒

c. 錐/平板

d.固體扭擺夾具

e.熔體拉伸夾具

（2）旋轉流變儀的控温系統

旋轉流變儀具有多種控温系統可選，等級越高的流變儀可選的控温系統越多，温度範圍越寬；低等級旋轉流變儀一般使用液體循環器作為控温設備，高等級旋轉流變儀一般可選半導體控温、電加熱控温、對流輻射爐控温等，一般適用範圍大致如下：

半導體控温（Peltier）：一般在200℃以下，是使用最廣泛、最方便的控温方式；

電加熱控温：一般在400℃以下，應用於聚合物熔體等材料的測試；

對流輻射控温爐：一般可達到600℃，低温可達-150℃左右，特殊的可達1000℃，主要應用於高温熔體、固體、玻璃熔體、低温合金熔體等材料；

（3）流變儀測量的邊界條件有以下幾個方面

1.流動必須是層流

2.測試過程必須是穩態流動

3.樣品與轉子之間沒有滑移

4. 樣品是均勻的

在選擇和使用旋轉流變儀時，要考慮的重要技術參數包括馬達類型、扭矩範圍、馬達慣量，轉子材質以及應力應變控制能力、轉速範圍、頻率範圍、温度範圍、使用方便性等。

馬達類型：馬達類型常用的分別為直流馬達及拖杯馬達。

拖杯馬達也成為拖曳馬達，具有質量輕，是慣量最小的馬達，在應力階躍測試及變頻等測試中具有快速響應並且信噪比高的優點；而拖杯馬達可以實現快速地應力控制，但其線圈質量大導致轉動慣量大，在高頻振盪實驗及應力階躍等變速變頻應用中的特性不如拖杯馬達。

扭矩範圍：常見有效的扭矩範圍在1uNm-200mNm，市場各種廠家的最低扭矩參數都宣稱達到nNm，但測試真實可靠的數據建議扭矩不低於1uNm. 過低的扭矩並不能代表儀器的真實測試能力，還需要結合設備的慣量以及信噪比的大小。低於1uNm的數據受儀器自身的狀態及樣品慣量等多種因素影響，數據僅供參考，不具有特徵代表性。

馬達慣量：旋轉流變儀的轉動單元由馬達及連接的轉子構成，兩者的慣量大小對於應力階躍測試及變頻測試都至關重要，並且能夠從本質上提高低扭矩條件下的信噪比，提高樣品的測試有效性。拖杯馬達在這一方面具有極大優勢，在上述測試條件下，具有更好的數據準確性和精度。當前研究級設備採用拖杯馬達，慣量都可以控制在25一下，最低慣量甚至可達到10，而採用直流馬達一般都在100及以上。

轉子慣量及材質：轉子的材質一般為鋁合金，不鏽鋼及鈦合金等材質，從測試精度及耐腐蝕，清潔角度來選擇的話，鈦合金轉子最佳，但成本最高。不鏽鋼轉子耐磨，但耐腐蝕性及易清潔性不如鈦合金，並且轉動慣量最大。鋁合金轉子慣量小，價格最便宜，不耐磨，並且高温（300℃以上）下易變形，常用做一次性轉子使用。

旋轉流變儀由主機、測量系統、控温系統、計算機和其他輔助設備（如空氣壓縮機、水浴等）組成。

（a）對較粘稠的流體、膏體、霜劑、溶液等樣品，選擇平行板或錐板：常見平行板和錐半直徑範圍在8mm到60mm之間，常用直徑為25mm、50mm等，一般各配置2個左右，樣品黏度越小使用的平行板直徑越大；錐板的錐度一般在0.5°到4°之間，常用的是1°錐板，需要的剪切速率越大黏度越小，則錐度越小。

（b）同心圓筒：適用於測量低粘度流體，以及易揮發的樣品，或者含有固體顆粒的樣品；圓筒直徑10mm到40mm，樣品黏度越小使用的圓筒直徑越大。

（c）其他測量系統：固體扭擺、拉伸夾具、攪拌槳轉子等。