OS Rheometer (from MIT):FAST/zh
开源流变仪可用于定性比较各种材料的粘度。本页所述的修改允许对该设备进行定制，以适应 FAST 不同研究项目的局限性。
安全培训要求
- 皮尔斯博士安全实验室之旅
- 工人健康与安全意识
- WHMIS 2015 - 工作场所危险材料信息系统
- 实验室安全与危险废物管理
个人防护装备
PPE 是为了保证您的安全，以便您可以继续做您想做的事情。
- 安全眼镜——始终必需
- 处理被测试的物质、材料和混合物时，请佩戴经批准的手套。
SDS 和其他
当发生事故时，了解实验室中有哪些化学物质以及它们如何相互作用至关重要。
- 应在线查看适当的 SDS 表。
- 请注意实验室门上列出的危险物品。如果您引入任何新设备或材料，必须与实验室门上列出的负责人确认。如果负责人名单已过期，请联系部门管理员进行更新。
OS 流变仪
- FAST 实验室，TEB6
- OSF 存储库[1]
- 原始设计由麻省理工学院 (MIT) 机械工程系的 Makita Erni 和 Crystal E. Owens 完成。
- 对于定量粘度测量，该装置的容量为 0.1-10 Pa.s，变化率为 20-43%。
工作原理
- 杯子里装满了被测流体，每次测试时，杯子都会旋转并以不同大小的力推向称重传感器。
- 流变仪杯之所以能够旋转，是因为杯内安装了一个叶片，叶片固定在一根金属轴上，而金属轴又与一个旋转的电机相连。因此，当电机旋转时，旋转带动轴旋转，叶片混合杯内的物质。电机运转时，转速会使杯沿电机旋转方向（顺时针）轻微扭转。杯体设计有柔性弯曲结构，以允许这种运动。
- 称重传感器已校准，以克为单位读取质量，并将该值除以 1000，即 Excel 模板（OSF 上）中力的国际单位制单位 (kg⋅m/s^2)。将质量乘以重力加速度 (9.81m/s^2)，即可测量力。
- 扭矩是线性力的旋转当量，其计算公式为：扭矩 (N ⋅ m) = 𝑟 𝐹 sinθ，其中 𝑟 是流变仪测力计测力杯与称重传感器之间的杠杆半径，𝐹 是施加于称重传感器的力，sin θ 是 F 与称重传感器杠杆之间的夹角。称重传感器杠杆与施加于其上的力垂直，因此 sin90=1。由于该值为 1，因此未将其添加到扭矩计算中。
- Arduino 正在收集不同转速 (RPM) 的质量读数。在 Excel 中，将 RPM 读数乘以 2𝜋，再除以 60，即可得到以弧度/秒为单位的转速：转速= (2𝜋/60) × RPM
- 粘度是衡量流体抵抗力的指标（Pa⋅s），剪切应力是力，剪切速率是施加变形的速率：粘度=剪切应力/剪切速率 剪切应力=扭矩/ [ 2𝜋 × (叶片半径2 ) × (叶片长度) × ( 1 + ((2 × 叶片半径) / (3 × 叶片长度)) ) ] 剪切速率= [ 2 / ( 1 – (叶片半径 / 杯半径) 2 ) ] ×旋转速率
- 在评估非牛顿流体时，流动行为和粘度的变化取决于施加的力。该设备的 Arduino 测试代码会收集材料在 60 RPM、40 RPM、25 RPM、16 RPM、10 RPM、4 RPM、1 RPM、0.6 RPM、0.1 RPM、0.04 RPM 和 0.01 RPM 的剪切转速下的称重传感器数据。
- 按照示意图连接设备，然后按照校准和操作步骤准备使用设备。
校准
称重传感器校准
- 要校准称重传感器，请将四根称重传感器电线连接到称重传感器放大器，并将步进电机从电气组件上拔下。
- 然后，应使用两个非螺纹孔将称重传感器固定到称重传感器测试支架上，以便球头固定螺钉朝上并悬挂在测试支架上。
- 通过在称重传感器上悬挂不同的砝码并读取输出数据来校准称重传感器的质量读数。作为高灵敏度组件，称重传感器的读数在零点附近波动的倍数为1/3745（约合0.000267022）。
- 此校准系数已纳入 Arduino 代码中。校准后的称重传感器读取其上悬挂的每个砝码的质量。
将称重传感器与设备组装在一起
- 现在可以将校准后的称重传感器与流变仪组装在一起，并插入电机。流变仪杯固定在木质底座上，并与称重传感器支架齐平，以便在测试之间取出杯子，而无需接触或移动称重传感器（以保持其校准）。
- 将测力杯固定在木质底座上后，称重传感器杆上的镜面应与称重传感器上的球头固定螺钉接触。安装此固定螺钉时，首先将其松开，使球头与已校准的称重传感器齐平。然后将空的流变仪测力杯组件安装到木质底座上。
- 开始拧紧固定螺钉，直到球头接触到镜面。然后，再将固定螺钉拧紧半圈，以确保测力杯在整个测试过程中始终与称重传感器接触。
甘油校准
- 在 OSF 上访问该设备的 Arduino 测试代码和 Excel 模板。
- 打开 Arduino IDE，将“转速和质量读数代码”上传到 Arduino Uno。打开甘油校准的 Excel 电子表格模板。
- 使用经验公式，根据当前室温确定甘油的粘度。对于原始零件设计，需要40毫升材料。因此，输入室温，水的体积留空，并在甘油体积（以升为单位）中输入0.04。点击计算，然后将混合物的动态粘度值输入到甘油校准Excel模板中甘油粘度的框中。保存文件副本以继续测试。
- 将 40 毫升新鲜、未使用过的 100% 甘油加入流变仪，并按照以下标准操作程序校准设备。使用甘油测试整个设备，以确定称重传感器读数的校准系数。安装电机固定装置并确保所有电线连接良好。将 Arduino 连接到电源。
