流变仪的制作方法

本发明涉及一种根据专利权利要求1的前序部分的流变仪。

背景技术：

这种流变仪由现有技术已知。根据本发明可采用的这种流变仪例如在atps510042b1中有记载。这种流变仪—如同根据本发明可以使用的一样—的原理结构将在图1中进一步描述。如同通过分别在另外的测量部分上的单独的测量马达而分开地安排驱动和扭矩测量一样，带有组合的驱动马达和测量马达的旋转流变仪的不同设计同样是已知的。测量马达的电流消耗与扭矩之间的函数关系是已知的，然后借助所连接的分析单元进行分析。使用者可以通过流变仪的操作单元来选出和/或输入试验的类型、试验参数和试验条件，用显示单元来发布结果。除了计算机单元和通常的键盘与屏幕外，也可使用带手势识别的组合的触摸屏和/或多触控板，但也可使用无接触的输入辅助件，所述输入辅助件例如带有光学的或电容性的手势识别。

存在：一些布置，在这些布置中，两个测量部分可移动或可旋转；一些带有单独的伺服马达（drehmotor）和测量马达的布置，在这些布置中，可旋转地驱动或可旋转振动地驱动一测量部分，并且第二测量部分配有测量轴线，并且获取作用到该第二测量部分上的扭矩；以及一测量马达与第二测量马达（at508706b1）或线性马达（at515219b1）的一些组合。

测量传感器在带有固定不动的测量部分的流变仪中能简单地安置在该测量部分中，并且能简单地进行与控制和分析单元的连接，然而却很难能通过在通常情况下支撑在空中的移动的测量轴线对测量导线引线。

对传感器而言所需的能量的感应式传输和测量值的感应式传输影响流变仪马达的敏感的传感机构。

技术实现要素：

因此，本发明的主要目的是，在流变仪的移动的测量部分中集成测量传感器，所述测量传感器能获取尤其关于在测量部分之间穿过的样本的状态的测量数据，并且能够无接触地传输给分析单元，而不影响流变的测量。

流变仪的固定不动的部分在下面称为承载单元2；带测量传感器的旋转部分在下面称为测量轴单元1。根据本发明的流变仪也可以具有两个测量轴单元1、30，这些测量轴单元可相对于承载单元2旋转，且可相对于彼此旋转。在这种情况下，可以把测量传感器布置在上面的测量部分上和/或在下面的测量部分上。上面的测量轴单元包括上面的测量部分，该上面的测量部分能随着其上面的测量轴旋转。下面的测量轴单元包括下面的测量部分，该下面的测量部分能随着其下面的测量轴旋转。由相应的测量轴单元1、30的测量传感器提供的测量值被输送给分析单元。

属于承载单元2的有：壳体18、座架15和基础支架11，其中，壳体18可调高度地在基础支架11上利用主轴驱动件25可移动地受到引导。在壳体18内部有马达10、特别是测量马达，该马达使得测量轴单元1的测量轴8a旋转。测量轴8a利用空气轴承6a可旋转地安置在壳体18中。测量轴8a在其下面的端部区域中带有上面的测量部分3a。该测量部分3a与下面的测量部分3b配合作用，所述下面的测量部分固定在基础支架11上或者利用第二测量马达10b可旋转地安置。下面的第二测量轴单元30原则上可以具有与上面的测量轴单元相同的结构和与其相同的结构元件。相应地，可以存在另一空气轴承6b、另一马达10b和另一测量轴8b。针对测量轴单元1的全部设计也适用于另一测量轴单元30。该另一测量轴单元30基本上可以扩展，直至其变得与测量轴单元1完全相同。为此，于是安装另一处理器单元21b和至少一个其他的测量传感器14b和相应的led、光控传感器（fotosensor）、电路板等。

待检查的样本12位于上面的测量部分3a与下面的测量部分3b之间。上面的和/或下面的测量部分3a、3b带有至少一个测量传感器14，用于测量样本12的和/或相应的测量部分3a、3b的温度和/或样本12中的压力，并且用于可能的其他测量参数。一种示意性地示出的控制和分析单元22用于分析测量值，该控制和分析单元也调节或感测相应的测量马达10a、10b。除了所绘出的板-板-造型外，测量部分还可以具有不同的造型；例如已知的有：同心的圆柱测量系统、锥-板-测量系统以及用于不同应用领域的特殊布置，比如用于测量分散物或建筑材料的固定特性，电-流变的测量等。带有这些测量部分或测量部分组合的流变仪也可以配备有根据本发明设置的测量传感器，并通过耦接件24与测量轴连接。

本发明的目的是，简单地设计在承载单元2与测量轴单元1或另一测量轴单元30之间的数据传输，其中，尤其关注工作可靠性。此外，应保证对位于相应的测量轴单元1、30上的一个或多个测量传感器14a、14b和位于那里的处理器单元21a、21b进行充足的能量供应，同时数据传输可靠并且在构造方面简单。

处理器单元21a或21b含有用于使测量部分中的至少一个传感器工作的电子器件、例如用于测量数据的ad-转换器，以及必要时含有能量存储器（电容器），该能量存储器确保用于测量轴单元的发送工作的供电。数据-存储单元可以含有涉及测量本体的数据，比如所使用的测量部分的造型数据和/或校准数据，并且因此简化了测量部分的更换。

根据本发明，这些目的利用权利要求1的特征部分的特征来实现。

光学传送器和光学接收器的布置和构造可以迅速且经济地进行，且可以更加工作可靠地设计，并且同时利用在测量轴单元上所需要的数据也可以传输能量，所述能量需要用于对在处理器单元中的测量数据进行处理并且用于使在测量轴上的或在测量轴单元上的测量传感器工作。为此所使用的构件是光学传送器、优选是led或激光二极管或发光二极管。

光学传送器因而有双重功能，并且相应地由处理器单元或控制和分析单元操控所述光学传送器。有利地可以规定：处理器单元给测量传感器和至少一个光学传送器供应传输到光学接收器、优选光控传感器上的能量，以用于发出探测到的测量值，并且分析到达的数据信号，且必要时存储多余的能量。

如果在测量轴单元上设置处理器单元，则简化了结构和工作，该处理器单元控制从测量轴单元向承载单元输出数据并且控制由承载单元接收数据和/或能量，和/或处理由测量传感器获取的测量值并将其输送给至少一个被设置用来把数据传输到承载单元上的光学传送器，并且/或者在承载单元上设置控制和分析单元，利用该控制和分析单元可控制把数据和/或能量输出给位于测量轴单元上的一个或多个光学接收器，且可控制对由置于测量轴单元上的光学传送器得到的数据进行的接收和分析。

有利的是：处理器单元和/或控制和分析单元调控由光学传送器待输出的能量和/或光量。

为了简单地且精确地传输数据，有益的是：在承载单元上和/或在测量轴单元上或者在处理器单元中和在控制和分析单元中分别设置至少一个开关单元，利用该至少一个开关单元能对光学传送器的光辐射和/或能量辐射定时，其中，所述定时（taktung）表现为由开关单元规定的且在处理器单元和/或控制和分析单元中可解码的用于待传输的数据的代码。

一种构造简单的结构以下述方式得到：在测量轴上设置光学传送器用于发出数据，并且在承载单元上设置指配的光学接收器用于接收这些数据，其中，所述光学传送器在测量轴上居中地位于旋转轴线的区域中，必要时位于端侧或测量轴的周缘面上，并且在承载单元上的所指配的光学接收器面向（zugekehrt）测量轴地布置在测量轴的周缘区域或周围区域中，或者与测量轴的端侧对置地布置；或者，为了数据输出而布置在测量轴单元上的光学传送器在端侧布置在测量轴的远离测量部分的端部区域中，其中，指配给该光学传送器的光学接收器对置地在承载单元上布置在马达的内部区域中。

鉴于重量平衡或者避免质量的不均匀分布，可以规定：在测量轴单元上布置多个被设计用于接收能量的光学接收器，和/或在承载单元上布置多个输出能量的光学传送器，它们优选分别在电路板上沿着圆—该圆具有位于所述测量轴的旋转轴线上的中点—的周缘优选关于所述旋转轴线中心对称地分布。

附图说明

下面借助附图示范性地进一步描述本发明。

图1示出了流变仪的示意性的剖面。图2和3示出了流变仪的上部区域的详细剖面。图4示出了光学传送器和光学接收器在电路板上的布置。

下面参照光学传送器和光学接收器进一步描述本发明。光学传送器可理解为所有发光的和发出光能的电子构件，比如led、激光二极管、发光二极管等。光学接收器可理解为接收光和光能的电子构件、比如光控传感器等。

具体实施方式

如由图1至3可见的那样，测量轴8a带有接纳部分或电路板20，该接纳部分或该电路板与测量轴8a固定地连接或者可随之旋转。在该接纳部分或该电路板20上有接收单元4，所述接收单元形式为光学接收器4、优选光控传感器，设置在壳体2上或马达10a上的光学传送器5、优选led和/或激光二极管和/或发光二极管的光辐射到所述接收单元上。

光学传送器5同样可以如同光学接收器4那样分别在环形的接纳部分—其例如由电路板20或电路板13构成—上围绕测量轴8a的轴线a布置。在电路板13、20相互平行地布置的情况下，光学接收器4和光学传送器5彼此相对置，并且在电路板20相对于电路板13扭转的情况下，规定：光学传送器5的光总是射到指配的光学接收器4上。为此，如此设计或选取光学传送器5的辐射或反射角（abstrahlwinkel），从而覆盖在电路板20上形成的光斑，并且因此在任何时间都对全部的光学接收器4予以照射或照明。由此在任何时间都确保数据传输和能量供应。待传输的数据主要是测量传感器14的测量数据，但也是在测量部分3a的区域内的环境参数或者是测量部分3a本身的参数。

下述导线未被示出，所述导线从光学接收器4引导至在上面的测量部分3a的区域中置于测量轴8a上的处理器单元21a。这些导线可以在测量轴8a的内部被引导。处理器单元21a通过未示出的导线与直接位于上面的测量部分3a上的测量传感器14a连接。

位于壳体2上和/或马达10a上的光学传送器5通过导线与控制和分析单元22连接，利用该控制和分析单元可对由光学传送器5辐射出的能量和/或光量进行设定或控制或定时。

在测量轴单元1上的至少一个光学传送器7和在承载单元2上的至少一个光学接收器9用于将数据从测量轴单元1传输到承载单元2上。光学传送器7可以如图1和3中所示的那样位于测量轴8a的周缘区域上，或者如图2中所示的那样位于测量轴8a的端侧端部上，并且因此在优选的实施方式中位于测量轴线a上。

原则上，流变仪的测量轴单元1包括用于测量轴8a的驱动器或马达10a、轴承6a—该轴承例如可以是空气轴承—和用于法向力测量nf的单元，必要时包括根据构造方式与控制或分析单元22连接的角度测量单元。在所示的情况下，用于法向力测量的单元19集成在空气轴承中。扭矩通常由马达电流确定。马达的类型是任意的。对旋转的测量可以光学地利用安置在测量轴8a上的或者感测该测量轴的测量传感器进行。这种实施方式的例子可以由所提到的文献得到。能量和数据的根据本发明的传输与流变仪的实际的实施方式无关。

图4示出了将光学传送器5、7和光学接收器4、9预安装在电路板13、20上。有利的是，部件13和/或20设计成环形电路板的形式，这些电路板相应地预制地承载着光学传送器5以及光学接收器4，并且可更换地安置在测量轴8a上或壳体2中。电路板20可以如在图2中所示的那样安装在测量轴8a的背离测量部分的一侧上，而电路板13固定在马达的壳体上并且位于电路板20对面。两个电路板13、20在此优选关于轴线a旋转对称地设计，这主要对于随着测量轴一同移动的电路板是有利的。原则上可行的是，光学接收器4和/或光学传送器5独立地或者彼此无关地安装在壳体18上或者安装在电路板20上，或者光学传送器5和光学接收器4在预制的电路板上布置和布线在所希望的位置中，并且然后安装在壳体2上或马达10a上或测量轴8a上，或者安装在接纳部分20上。

也可行的是，承载着光学传送器5的部件或电路板13如此安装在马达10或壳体2上，从而一个或多个光控传感器9直接与由测量轴8a承载的用于进行传输的光学传送器7对置。

原则上也可行的是，如在图2中所示的那样，测量轴8a穿过空气轴承6和马达10地引导超出马达10，并且将接纳部分20和电路板13布置在马达10的上方或者在壳体18或承载单元2的上端区域中。在此适宜将光学传送器7在端侧与居中地布置在电路板13上的光控传感器9相对置地布置在测量轴8a上。

利用位于承载单元2上的控制单元22可以调控光学传送器的光强、主要是光学传送器5的光强，以便调整测量轴单元1的光学接收器4的允许的电压。

在测量轴单元1上的构件中的电压由于能量引入而不许变得太高。这对于正确的数据传输和数据识别来说尤其重要。为此在处理器单元21中获知在光学接收器4上的通过射入的能量所致的电压有多大。通过把相应的数据传输给控制和分析单元22或开关单元23，且通过调整光学传送器5的工作电压，可以将能量传输或能量供应保持在最佳的值上。

在测量轴8a上设置了耦接件24，利用该耦接件可一起更换上面的测量部分3a以及测量传感器14和处理器21，以使得它们能够适应于不同的样本12。

利用光学传送器5，可以保证对必要时在测量过程中相对于光学传送器5扭转的光学接收器4进行均匀或连续的照明。优选均匀地围绕测量轴线a或测量轴8a分布地布置的光学传送器5的数量根据光学传送器的尺寸而具有最佳值，该最佳值由电路板13或承载部分20的周长（kreisumfang）和光学传送器的反射角得到。光学传送器、特别是led具有定义的反射角，该反射角可由其相应的数据页得到。优选使用具有60°的反射角的光学传送器。如此选取光学传送器沿着电路板13周缘的相互间的距离，使得发出的光锥在承载部分20上如此地重叠，从而即使在接纳部分20相对于电路板13相对旋转期间也使全部的光学接收器4的照明保持尽可能恒定。由此可以确保能量传输和数据传输与测量部分3a或测量轴8a相对于壳体2或马达10的角度位置相独立地进行。

针对测量轴单元1所做的涉及光学传送器、光学接收器和数据传输与能量传输的论述，以相同的方式适用于其他的测量轴单元30。

“光”系指从ir范围到uv范围的电磁辐射。

在本发明的一种优选的实施方式中规定：处理器单元21a、21b和/或控制和分析单元22具有调节单元，在该调节单元中布置了用于目标值的目标值存储器，该目标值用于由光学传送器5、7射入到光控传感器4中的能量和在光学接收器4、特别是光控传感器上形成的电压。在该目标值存储器上连接着比较电路，利用该比较电路可比较目标值与实际值，该实际值相应于所射入的能量和由此形成的电压，其中，可根据比较结果来调控由光学传送器5、7辐射出的能量。由此避免电子构件、特别是光控传感器的过载。此外，尤其在接纳部分20相对于电路板13旋转时，可以使得能量馈入均匀化。