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流变仪中的系统惯量之马达惯量

发布时间:2023-02-17
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每个品牌,都有自己的技术专长,每个技术,各有利弊。或者换句话说,每一个先进的设备,都是一个妥协的产物。因为,你不可能在一个复杂的系统中,做到每一个维度上的极致。结果就是,总要折中,平衡,取得整体系统的最优解。流变仪更不例外。


轴承和马达的优缺点在前面有了论述,这里不再重复。这里只强调系统惯量,也就是整体系统最优解的结果到底如何。先从惯量的概念入手。


惯量[inertia] ∶物质(物体)运动的惯性量值,表示惯性大小的物理量,其惯性大小与物质质量相应惯量:


其中r为转动半径,m为刚体质量。SI 单位为 kg·m²。


流变仪中的惯量包含以下几部分:马达惯量,这是马达本身的转动惯量。还有轴承惯量,转子惯量和样品惯量,这一部分合计为负载惯量。转动惯量和负载惯量的集合,称之为系统惯量。


这一概念仅仅是考虑测量头、转子和样品的角度,不考虑结构上的差异以及应力分布。


这一指标的意义在哪里呢?


可以表征马达电机的加减速。需要快速的停止和加速的应用场景,惯量越小越好。特别适合轻负载,高速度的场合。这恰恰就是流变仪测试需要的场景。


所以,为了降低系统惯量,需要采取低转动惯量的马达,比如托杯马达,主要的流变仪厂家用的都是这个技术。这是一类单相感应电机技术,定子通过切割磁力线产生转动转矩带动转子转动,因此产生和旋转方向相反的转矩。想要刹车改变方向,应在电机*停止以后,再转换其旋转方向。所以,这就需要低系统惯量的集成技术来配合这一个马达,包括低转动惯量的自身,以及空气轴承和轻质的夹具,以及低惯量的流体。


所以,如果你测试的样品粘度很低,测试之前一定要校正惯量,一个是轴承的,一个是转子的。这个时候测试的结果才更稳定,更接近真值。


再来看永磁同步电机,也就是EC(Electrical Commutation)同步马达,包含永磁无刷直流电机和永磁无刷交流电机。定子的永磁体直接和转子产生的磁通势产生驱动转矩,同步旋转做相对静止的运动。这类马达响应灵敏,加速度好,适合高负载高扭矩的场景。启动快,加速快,带来的另一方便就是刹车变得困难,转动惯量大,导致在做瞬态测试或者高频率测试的时候,数据反馈失真。另外一个优点,结构简单,体积小,造价相对较低。兼顾了马达的性能和经济性,是高性价比的马达技术。在上海保圣RH20流变仪系列用的这一技术。