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TW201300758A - 混合器感測器及其使用方法 - Google Patents

混合器感測器及其使用方法 Download PDF

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TW201300758A
TW201300758A TW101116094A TW101116094A TW201300758A TW 201300758 A TW201300758 A TW 201300758A TW 101116094 A TW101116094 A TW 101116094A TW 101116094 A TW101116094 A TW 101116094A TW 201300758 A TW201300758 A TW 201300758A
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blade
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TW101116094A
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TWI490466B (zh
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Ferhan Ozadali
Dharmendra Kumar Mishra
Rabiha Sulaiman
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Nestec Sa
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Publication date
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Abstract

本發明提供用於量測流體之流變性質之設備及其使用方法。在一般實施例中，本發明提供一混合器感測器，該混合器感測器經組態以附接至一流變計驅動頭且用以在一寬溫度及剪切率範圍內量測具有顆粒之一流體之流變性質。能夠在一寬溫度及剪切率範圍內獲得具有顆粒之一流體之流變資料之設備提供更精確之流變量測。該等溫度可係超過100℃之極高溫度，且該等剪切率可包含通常在一處理管線系統中找到之一剪切率範圍。

Description

混合器感測器及其使用方法
本發明一般而言係關於用於表徵材料之流變性質之設備及其使用方法。更特定而言，本發明係關於用於各種處理條件下具有顆粒之流體之流變表徵之混合器感測器。
已廣泛地利用不同類型之流變測試裝備來在實驗室、製造工廠等中測試材料之流變特性。儘管用於測試材料之流變性質之設備可容易地在此項技術中利用，但其可不始終與需要流變表徵之每一流體一起使用。舉例而言，已知設備可不適於在表徵曝露至高溫環境(諸如，無菌處理系統)之流體中使用。另外，習用設備可不適於與具有顆粒之流體一起使用。實際上，大部分市場上可購得之設備需要在流變表徵之前濾除或以其他方式移除一流體中之任何顆粒。以此方式，僅留下供表徵之樣本之部分係可給出樣本之一較不準確流變量測之流體部分，該較不準確流變量測可不反映樣本在處理管線系統內之實際處理條件。
本發明提供用於與量測一材料之流變性質一起使用之設備及其使用方法。在一般實施例中，提供一種用於量測一材料之流變性質之設備。該設備包含：一軸件，其包括配置成一間斷螺旋形狀之至少三個葉片；及一基底，經組態以接納該軸件之一端。
在一實施例中，該軸件具有自約2英吋至約6英吋之一長 度。該軸件亦可係約4英吋長。該軸件可由選自由以下各項組成之群組之一材料製造而成：鋼、鋼合金、不銹鋼、鉻、鈷-鉻或其組合。在一實施例中，該材料係鈷-鉻。
在一實施例中，該基底經組態以接納該軸件之一底部端。該基底可進一步包含經組態以接受一o型環密封件之至少一個o型環凹槽。在一實施例中，該基底由選自由以下各項組成之群組之一材料製造而成：鋼、鋼合金、不銹鋼、鉻、鈷-鉻或其組合。在一實施例中，該材料係鈷-鉻。
在一實施例中，該設備包含一驅動頭附接件。該驅動頭附接件經如此構造及配置以附接至一流變計及一黏度計中之一者。該驅動頭附接件可經組態以在其中接納該軸件之一頂部端。該驅動頭附接件由選自由以下各項組成之群組之一材料製造而成：鋼、鋼合金、不銹鋼、鉻、鈷-鉻或其組合。在一實施例中，該材料係鈷-鉻。
在一實施例中，該複數個葉片係圍繞該軸件之一軸徑向隔開。該複數個葉片可係彼此徑向隔開約45°至約135°。在一實施例中，該複數個葉片係圍繞該軸件之一軸且沿該軸件之一圓周彼此徑向隔開約90°。
在一實施例中，該複數個葉片係彼此垂直隔開約0.25英吋至約1.25英吋。該複數個葉片亦可係彼此垂直隔開約0.75英吋。在一實施例中，該複數個葉片係彼此徑向隔開約90°且彼此垂直隔開約0.75英吋。
在一實施例中，該複數個葉片中之每一者係自水平面旋 轉約20°至約80°。該複數個葉片中之每一者亦可係自水平面旋轉約45°。
在一實施例中，該複數個葉片中之每一者係實質上三角形。
在一實施例中，該基底進一步經組態以與一顆粒篩網配合。該顆粒篩網可包含經組態以接納該基底之一開放中心部分。該顆粒篩網之形狀可係實質上圓形且可包含介於該中心部分與該圓周之間的複數個孔。該顆粒篩網可具有自約1英吋至約3英吋之一直徑。在一實施例中，該顆粒篩網包括約1.5英吋之一直徑。該顆粒篩網亦可擱置在與顆粒篩網形成為整體或摩擦配合至顆粒篩網之該等孔中之複數個拴釘上。
在一實施例中，該設備包含一溫度探針。該溫度探針可經組態以延伸穿過該顆粒篩網之該等孔中之至少一者。
在另一實施例中，提供一種用於量測一材料之流變性質之設備。該設備包含：一軸件；至少兩個彎曲葉片，其附接至該軸件，每一彎曲葉片包括三個區段；及至少兩個線性葉片，其附接至該軸件。
在一實施例中，該軸件具有自約2英吋至約6英吋之一長度。該軸件亦可係約4英吋長。該軸件可由選自由以下各項組成之群組之一材料製造而成：鋼、鋼合金、不銹鋼、鉻、鈷-鉻或其組合。在一實施例中，該材料係鈷-鉻。
在一實施例中，該基底經組態以接納該軸件之一底部端。該基底可進一步包含經組態以接受一o型環密封件之 至少一個o型環凹槽。在一實施例中，該基底由選自由以下各項組成之群組之一材料製造而成：鋼、鋼合金、不銹鋼、鉻、鈷-鉻或其組合。在一實施例中，該材料係鈷-鉻。
在一實施例中，該設備包含一驅動頭附接件。該驅動頭附接件經如此構造及配置以附接至一流變計及一黏度計中之一者。該驅動頭附接件可經組態以在其中接納該軸件之一頂部端。該驅動頭附接件由選自由以下各項組成之群組之一材料製造而成：鋼、鋼合金、不銹鋼、鉻、鈷-鉻或其組合。在一實施例中，該材料係鈷-鉻。
在一實施例中，該基底進一步經組態以與一顆粒篩網配合。該顆粒篩網可包含經組態以接納該基底之一開放中心部分。該顆粒篩網之形狀可係實質上圓形且可包含介於該中心部分與該圓周之間的複數個孔。該顆粒篩網可具有自約1英吋至約3英吋之一直徑。在一實施例中，該顆粒篩網包括約1.5英吋之一直徑。該顆粒篩網亦可擱置在與顆粒篩網形成為整體或摩擦配合至顆粒篩網之該等孔中之複數個拴釘上。
在一實施例中，該設備包含一溫度探針。該溫度探針可經組態以延伸穿過該顆粒篩網之該等孔中之至少一者。在一實施例中，該等彎曲葉片中之每一者具有自約1英吋至約4英吋之一總長度。
在一實施例中，該等彎曲葉片中之每一者具有約2.7英吋之一總長度。該三個區段中之每一者亦可係藉由一空間 分離。該三個區段中之每一者之長度可係相等的。每一彎曲葉片可佔用自約30°至約80°之一角度空間。在一實施例中，每一彎曲葉片佔用約75°之一角度空間。該至少兩個彎曲葉片可係圍繞該軸件之一軸彼此徑向隔開約180°。
在一實施例中，該等線性葉片係表面刮刀葉片。該等線性葉片中之每一者可在該線性葉片之一頂部端及一底部端處附接至該軸件。該等線性葉片中之每一者具有自約1.5英吋至約3.5英吋之一長度。在一實施例中，該等線性葉片中之每一者具有約2.3英吋之一長度。該等線性葉片可具有形成該線性葉片之兩個不同平行部分之一階梯類形狀。該線性葉片之一第一平行部分可具有自約0.1英吋至約0.2英吋之一長度。在一實施例中，該線性葉片之該第一平行部分具有約0.15英吋之一長度。該線性葉片之該第二平行部分具有自約0.2英吋至約0.6英吋之一長度。在一實施例中，該線性葉片之該第二平行部分具有約0.4英吋之一長度。該至少兩個線性葉片可係圍繞該軸件之一軸彼此徑向隔開約180°。
在又一實施例中，提供一種用於量測一材料之流變性質之設備。該設備包含一軸件，其包括第一對葉片及第二對葉片以及一倒置錐體，其中該第一對葉片中之每一者係實質上垂直定向，且其中該第二對葉片中之每一者係相對於一水平面以一銳角定向。
在一實施例中，該軸件具有自約2英吋至約6英吋之一長度。該軸件亦可係約4英吋長。該軸件可由選自由以下各 項組成之群組之一材料製造而成：鋼、鋼合金、不銹鋼、鉻、鈷-鉻或其組合。在一實施例中，該材料係鈷-鉻。
在一實施例中，該基底經組態以接納該軸件之一底部端。該基底可進一步包含經組態以接受一o型環密封件之至少一個o型環凹槽。在一實施例中，該基底由選自由以下各項組成之群組之一材料製造而成：鋼、鋼合金、不銹鋼、鉻、鈷-鉻或其組合。在一實施例中，該材料係鈷-鉻。
在一實施例中，該設備包含一驅動頭附接件。該驅動頭附接件經如此構造及配置以附接至一流變計及一黏度計中之一者。該驅動頭附接件可經組態以在其中接納該軸件之一頂部端。該驅動頭附接件由選自由以下各項組成之群組之一材料製造而成：鋼、鋼合金、不銹鋼、鉻、鈷-鉻或其組合。在一實施例中，該材料係鈷-鉻。
在一實施例中，該基底進一步經組態以與一顆粒篩網配合。該顆粒篩網可包含經組態以接納該基底之一開放中心部分。該顆粒篩網之形狀可係實質上圓形且可包含介於該中心部分與該圓周之間的複數個孔。該顆粒篩網可具有自約1英吋至約3英吋之一直徑。在一實施例中，該顆粒篩網包括約1.5英吋之一直徑。該顆粒篩網亦可擱置在與顆粒篩網形成為整體或摩擦配合至顆粒篩網之該等孔中之複數個拴釘上。
在一實施例中，該設備包含一溫度探針。該溫度探針可經組態以延伸穿過該顆粒篩網之該等孔中之至少一者。在 一實施例中，該等彎曲葉片中之每一者具有自約1英吋至約4英吋之一總長度。
在一實施例中，該第一對葉片係圍繞軸件之一軸徑向隔開。該第一對葉片可係彼此徑向隔開約180°。該第一對葉片係彼此垂直隔開以使得一第一葉片之一底部側處於與一第二葉片之一頂部側相同之垂直高度處。該第一對葉片係彼此徑向隔開約180°且彼此垂直隔開以使得一第一葉片之一底部側處於與一第二葉片之一頂部側相同之垂直高度處。該第一對葉片包括選自由以下各項組成之群組之一形狀：矩形、正方形或其組合。該第一對葉片中之每一者可具有自約10 mm至15 mm之一寬度。在一實施例中，該第一對葉片中之每一者具有約13 mm之一寬度。該第一對葉片中之每一者可具有自約10 mm至20 mm之一高度。在一實施例中，該第一對葉片中之每一者具有約15 mm之一高度。在一實施例中，該第一對葉片位於該軸件之一底部部分處。
在一實施例中，該第二對葉片係圍繞該軸件之一軸徑向隔開。該第二對葉片可係彼此徑向隔開約180°。該第二對葉片可位於實質上同一水平面中。在一實施例中，該第二對葉片係彼此徑向隔開約180°且位於實質上同一水平面中。該第二對葉片中之每一者可係自垂直面旋轉約15°。在一實施例中，該第二對葉片中之每一者係自水平面旋轉約45°。該第二對葉片中之每一者包含選自由以下各項組成之群組之一形狀：矩形、正方形或其組合。該第二對葉 片中之每一者可具有自約10 mm至約20 mm之一高度。在一實施例中，該第二對葉片中之每一者具有約15 mm之一高度。該第二對葉片中之每一者可具有自約10 mm至約15 mm之一寬度。在一實施例中，該第二對葉片中之每一者具有約13.5 mm之一寬度。在一實施例中，該第二對葉片位於該軸件之一中間部分處。
在一實施例中，該第一對葉片沿該軸件與該第二對葉片分離自約5 mm至約15 mm之一距離。該第一對葉片亦可沿該軸件與該第二對葉片分離約10 mm之一距離。
該錐體之一基底具有自約20 mm至約40 mm之一直徑。
在一實施例中，該錐體之一基底可具有約30 mm之一直徑。在一實施例中，該錐體與該軸件形成自約15°至約45°之一角度。該錐體可與該軸件形成約30°或31°之一角度。在一實施例中，該倒置錐體位於該軸件之一頂部部分處。
在仍又一實施例中，提供一種用於量測一材料之流變性質之系統。該系統包含：一裝置，其包括一固定量測杯及一葉輪驅動頭；及一葉輪，其附接至該葉輪驅動頭。該葉輪包含：一軸件，其包括配置成一間斷螺旋形狀之至少三個葉片；及一基底，其經組態以接納該軸件之一端。
在一實施例中，該裝置係一流變計及一黏度計中之一者。
在一實施例中，該系統包含含納於該量測杯內之一流體。該流體可包含顆粒。
在一實施例中，該固定量測杯在該杯之一底部處包含一 固定顆粒篩網。該固定量測杯亦可包含一整體溫度探針。在一實施例中，該溫度探針經組態以與該顆粒篩網配合。
在另一實施例中，提供一種用於量測一材料之流變性質之系統。該系統包含：一裝置，其包括一固定量測杯及一葉輪驅動頭；及一葉輪，其附接至該葉輪驅動頭。該葉輪包含：一軸件；至少兩個彎曲葉片，其附接至該軸件，每一彎曲葉片包括三個區段；及至少兩個線性葉片，其附接至該軸件。
在一實施例中，該裝置係一流變計及一黏度計中之一者。
在一實施例中，該系統包含含納於該量測杯內之一流體。該流體可包含顆粒。
在一實施例中，該固定量測杯在該杯之一底部處包含一固定顆粒篩網。該固定量測杯亦可包含一整體溫度探針。在一實施例中，該溫度探針經組態以與該顆粒篩網配合。
在又一實施例中，提供一種用於量測一材料之流變性質之系統。該系統包含：一裝置，其包括一固定量測杯及一葉輪驅動頭；及一葉輪，其附接至該葉輪驅動頭。該葉輪包含一軸件，其包括第一對葉片及第二對葉片以及一倒置錐體，其中該第一對葉片中之每一者係實質上垂直定向，且其中該第二對葉片中之每一者係相對於一水平面以一銳角定向。
在一實施例中，該裝置係一流變計及一黏度計中之一者。
在一實施例中，該系統包含含納於該量測杯內之一流體。該流體可包含顆粒。
在一實施例中，該固定量測杯在該杯之一底部處包含一固定顆粒篩網。該固定量測杯亦可包含一整體溫度探針。在一實施例中，該溫度探針經組態以與該顆粒篩網配合。
在仍又一實施例中，提供一種用於量測一材料之流變性質之方法。該方法包含：提供包括填充有該材料之一固定圓筒及一可旋轉感測器驅動頭之一裝置；將一感測器附接至該可旋轉感測器驅動頭；將該感測器插入至該固定圓筒中；及旋轉該感測器。該感測器包含：一軸件，其包括配置成一間斷螺旋形狀之至少三個葉片；及一基底，其經組態以接納該軸件之一端。
在一實施例中，該裝置係一流變計及一黏度計中之一者。
在一實施例中，該材料係一流體。該流體可包含顆粒。
在一實施例中，該方法包含藉助一溫度探針感測該流體之一溫度。
在一實施例中，該方法包含將一固定顆粒篩網放置於該固定圓筒之一底部處。該方法可進一步包含配合該溫度探針與該顆粒篩網。
在一實施例中，該方法包含以不同角速度旋轉該感測器。
在另一實施例中，提供一種用於量測一材料之流變性質之方法。該方法包含：提供包括填充有該材料之一固定圓 筒及一可旋轉感測器驅動頭之一裝置；將一感測器附接至該可旋轉感測器驅動頭；將該感測器插入至該固定圓筒中；及旋轉該感測器。該感測器包含：一軸件；至少兩個彎曲葉片，其附接至該軸件，每一彎曲葉片包括三個區段；及至少兩個線性葉片，其附接至該軸件。
在一實施例中，該裝置係一流變計及一黏度計中之一者。
在一實施例中，該材料係一流體。該流體可包含顆粒。
在一實施例中，該方法包含藉助一溫度探針感測該流體之一溫度。
在一實施例中，該方法包含將一固定顆粒篩網放置於該固定圓筒之一底部處。該方法可進一步包含配合該溫度探針與該顆粒篩網。
在一實施例中，該方法包含以不同角速度旋轉該感測器。
在又一實施例中，提供一種用於量測一材料之流變性質之方法。該方法包含：提供包括填充有該材料之一固定圓筒及一可旋轉感測器驅動頭之一裝置；將一感測器附接至該可旋轉感測器驅動頭；將該感測器插入至該固定圓筒中；及旋轉該感測器。該感測器包含一軸件，其包括第一對刀片及第二對刀片以及一倒置錐體，其中該第一對刀片中之每一者係實質上垂直定向，且其中該第二對刀片中之每一者係相對於一水平面以一銳角定向。
在一實施例中，該裝置係一流變計及一黏度計中之一 者。
在一實施例中，該材料係一流體。該流體可包含顆粒。
在一實施例中，該方法包含藉助一溫度探針感測該流體之一溫度。
在一實施例中，該方法包含將一固定顆粒篩網放置於該固定圓筒之一底部處。該方法可進一步包含配合該溫度探針與該顆粒篩網。
在一實施例中，該方法包含以不同角速度旋轉該感測器。
本發明之一優點係提供經改良之混合器感測器。
本發明之另一優點係提供以下混合器感測器：提供密切模擬實際處理條件之流變量測。
本發明之又一優點係提供可準確表徵具有顆粒之流體之流變性質之混合器感測器：。
本發明之仍又一優點係提供有助於在流變表徵期間防止樣本流體中之顆粒之沈澱之混合器感測器。
本發明之另一優點係提供可附接至不同流變計驅動頭之可替換混合器感測器。
本發明之又一優點係提供可附接至同一流變計驅動封頭之不同混合器感測器。
本發明之仍又一優點係提供經組態以在跨越一寬溫度範圍及一寬剪切率範圍之條件下使用之混合器感測器。
本文中闡述額外特徵及優點且依據以下[實施方式]將明瞭該等特徵及優點。
除非上下文有明確指示，否則本發明及隨附申請專利範圍中所用單數形式「一(a)」、「一(an)」及「該(the)」包含複數個指示物。因此，舉例而言提及「一多肽」包含兩個或兩個以上及諸如此類之一混合物。
如本文中所使用，「約(about)」理解為指代一數值範圍中之若干數字。此外，本文中之所有數值範圍皆應理解為包含屬於該範圍內之所有整數、整體或分率。
流變學係對主要處於液體狀態中但亦作為軟固體或其中其以塑膠流動做出回應而非回應於一所施加力而彈性地變形之條件下之固體的物質之流動之研究。物質之流動通常可不由黏度之一單個值表徵，但特定溫度下之黏度量測可提供關於一材料之性質之有價值資訊。通常使用流變計執行流變研究，該流變計將一特定應力場或變形強加至流體且監視所得變形或應力。此等器具可在穩定流或振盪流以及剪切流及擴展流兩者中操作。
一材料之一通常量測之流變性質係其剪切黏度。剪切黏度(通常簡稱為黏度)闡述一材料對所施加剪切應力之反作用力。換言之，剪切應力係沿橫向或水平方向施加於一流體之表面上以於在流體中向下移動時改變流體之速度之「應力」(每單位面積之力)之間的比率(一「速度梯度」)。體積黏度或體黏度闡述對壓縮之反作用力且對表徵流體中之聲音而言係不可缺少的。
黏度及諸如(舉例而言)密度、固體含量等其他複雜流體 性質可不僅用作製造製程期間的化學或物理改變之指示符而且係處理裝備之設計及操作尤其不可缺少的。然而，在處理諸如包含顆粒、纖維、細菌等之水懸浮液等非均質系統時，不容易獲得黏度估計，此乃因其通常展現非牛頓(Newtonia)性質。如此項技術中已知，牛頓流體係展現獲得流體之移動所需之剪切應力(τ)與有效剪切率()之間的一直接線性關係之流體。此等流體之表觀黏度不受剪切率()影響且保持恆定。不根據此等原理表現之流體稱作非牛頓流體，其兩個實例包含剪切稠化性(shear-thickening)流體及剪切稀釋性(shear-thinning)流體。
剪切稠化性流體或剪切稀釋性流體可具有log(η)與(log(K)+(n-1)log())之間的一線性關係，其中係剪切率、η係表觀黏度、K係一致性指數且n係冪律指數。展現此一線性關係之彼等流體稱作冪律流體。雖然牛頓流體亦係冪流體，但非牛頓流體更加複雜，此乃因該等流體可在一項實施例中表現為一冪律流體，但在另一實施例中並非如此。
當採用量測時，非牛頓流體之表觀黏度(η)取決於有效剪切率()，且可使用方程式log(η)=log(K)+((n-1)*log())來計算表觀黏度(η)。牛頓流體具有1之一冪律指數(n)，且一致性指數(K)之值給出表觀黏度(η)，稱作此等流體之動態黏度(μ)。
如上文所提及，當嘗試表徵非均質或複雜系統之流體性質時可產生某些困難。舉例而言，此等困難通常係關於顆粒沈澱、相分離、材料結構之毀損等。具有經歷此等問題 之顆粒之流體之實例包含某些類型之食物。舉例而言，嬰兒食物之黏度在設想其必須足夠稠以留存於一湯匙上但非如此稠以致一幼兒將在吞嚥食物時經歷困難時特別重要。然而，由於大部分嬰兒食物係懸浮液(例如，果泥)，因此習用窄間隙黏度計可由於相分離及隨後在壁處之滑動或由間隙中之(多個顆粒或)顆粒聚集體造成之誤差而不適於嬰兒食物之流變表徵。
實際上，大部分市場上可購得之流變計及其相關感測器經設計用於均質流體樣本(例如，不具有顆粒之流體樣本)。然而，當處理具有顆粒之流體樣本時，該等顆粒不得不在其流變性質之量測之前濾除或以其他方式移除。藉由自流體樣本中濾除該等顆粒，僅留下用於量測之樣本之部分係流體部分。僅量測樣本之流體部分給出樣本之一較不準確流變量測且可能不模仿實際處理條件。
因此，i)具有離散顆粒、ii)在包含極低溫度至極高溫度之一溫度範圍下(例如，在無菌處理條件下、高於100℃之溫度下等)且iii)涵蓋典型處理管線中所找到之一剪切率範圍的食物樣本之流變量測資料需要流變資料量測之更精確工程計算。因此，本發明之混合器感測器經設計以預測密切模仿全規模生產條件之實驗室條件下之多相(例如，非均質)產品之流變特性。然而，熟習此項技術者將即刻瞭解，本發明混合器感測器亦可用以表徵不具有顆粒之流體之流變性質，此在其中發生相分離或沈澱問題之情形下尤其有用。
用於產品流變表徵之理想幾何形狀感測器係使用具有一同心圓筒系統(亦稱為一庫埃特(Couette))之一旋轉流變計而獲得。一庫埃特黏度計由在保持於一恆定溫度池中之一固定杯內側旋轉之一圓筒組成。固定杯與內部旋轉圓筒之間的空間填充有欲量測之流體。當內部圓筒以唯一角速度(Ω)旋轉時，圓筒與固定杯之間的流體由於流體上之拖曳力而以低於內部圓筒之一速率移動。可藉由黏度計量測此等拖曳力。另一選擇係，外部杯可旋轉而內部圓筒保持固定。一庫埃特顯示一定義明確之剪切率且允許獲得絕對流變資料。
相比而言，由於複雜流動型樣而可難以使用混合器流變測定獲得絕對流變資料。然而，混合器流變測定資料係一流體之不可藉由具有窄間隙之同心圓筒系統判定的一流體之流變特性之一良好表示。舉例而言，此等流體可包含具有顆粒之流體，其通常遭受沈澱問題、滑動、相分離及時間相依性，如上文所提及。混合器黏度計可通常係在此等類型之流體需要流變表徵且不可使用習用旋轉黏度計時使用。
如Steffe及Daubert之「Bioprocessing Pipelines：Rheology and Analysis」(2006)中所闡述，每一個別混合器黏度計必須在用於流變表徵之前表徵。通常使用無因次數及具有已知流變性質之標準流體來達成分析。用於表徵每一個別混合器黏度計之方法在此項技術中係已知的且揭示於「Bioprocessing Pipelines」中。此等方法設想，一牛 頓流體之黏度(μ)係： 其中k"係定義為混合器係數之一常數：k"=A-1d-3，A係一無因次數常數且d係葉輪直徑。具有一已知黏度之牛頓流體用以判定k"，其係系統之一函數、轉矩、葉輪之角速度及黏度。
為估計一混合器黏度計中之冪律流體，將表觀黏度(η)定義為平均剪切率之一函數：
平均剪切率()係混合器黏度計常數(k')與角速度(Ω)之一積。為判定此值，匹配黏度假定，牛頓黏度及表觀黏度在必須施加之同一剪切率下係相等的。使用此假定，找到平均剪切率係：
然後，可藉由以下處理程序找到混合器係數(k")及黏度計常數(k')。首先，使用一習用旋轉黏度計來獲得選定溫度下之選定牛頓流體之黏度資料。樣本牛頓流體之實例可包含蜂蜜、玉米糖漿、聚矽氧油等。接下來，使用相同樣本牛頓流體來獲得混合器黏度計中之轉矩對角速度之實驗性資料。使用方程式μΩ=k"M，標繪黏度與角速度之積(y軸)對轉矩(x軸)之關係曲線。然後，判定k"作為方程式之斜率。
接下來，獲得可在一習用黏度計中測試之冪律(例如， 非牛頓)流體，且判定適當溫度下之此等材料之一致性係數(K)及流動行為指數(n)。冪律流體之實例包含瓜爾膠與甲基纖維素之水溶液。
使用冪律流體，收集混合器黏度計中之轉矩對角速度之實驗性資料。使用此資料、先前找到之k"及上文陳述之平均剪切率公式判定每一角速度下之平均剪切率。
採用先前產生之平均剪切率對角速度之資料集，判定混合器黏度計常數(k')作為以下方程式之斜率：
上文所闡述之處理程序將提供唯一於所測試之每一特定幾何形狀組合(例如，一葉輪(例如，混合器感測器)與其各別杯之每一組合)之係數常數(k")及混合器黏度計常數(k')之值。因此，使用此方法，與一已知杯組態一起利用之任一新葉輪將需要表徵以判定其自身的係數常數(k")及混合器黏度計常數(k')之唯一值。
因此，本發明之葉輪/混合器感測器可經設計用於與一混合器型流變計一起使用，該混合器型流變計包含具有在一固定圓柱形杯中旋轉之具有一複雜幾何形狀之一混合器感測器。雖然相對於一混合器型流變計之使用論述本發明混合器感測器，但熟習此項技術者將瞭解，該等混合器感測器不限於此一組態且可與能夠使用本發明之混合器感測器之任何黏度計或流變計一起使用。舉例而言，本發明之混合器感測器可與任何哈克(Haake)流變計或類似類型流變計一起使用。如同上文所闡述之庫埃特黏度計，混合器 感測器與固定杯之間的空間填充有欲量測之一流體。
已知混合器感測器包含葉輪驅動之混合器，諸如一槳式摻合器及一帶式摻合器。一槳式摻合器通常具有一U形水平槽，其中葉輪軸件延續該槽之長度及所附接之一槳或犁式葉片。槳式摻合器之葉片通常以快於一帶式摻合器之葉片之一速度操作且可提供極短混合時間。一槳式摻合器通常在混合不同大小、形狀及密度之材料時係一良好選項，且可用於分批或連續製程。另外，其可用於低剪切混合應用，諸如摻合易碎或大小過大之材料。
類似於槳式摻合器，一帶式摻合器具有一U形水平槽，其中一葉輪軸件延續該槽之長度及安裝於該軸件上之一長帶式葉片。當軸件旋轉時，帶式葉片使混合物充氣，從而形成一經流體化床。帶式葉片通常經組態以使得接近容器外側之粉末沿一個方向移動且容器中間的粉末沿相反方向移動。通常在摻合類似形狀、大小及體密度之材料(如同粉末或粒狀成份)時，使用帶式摻合器。
然而，此項技術中已知之槳式及帶式摻合器遭受某些缺點。舉例而言，摻合器可不適於與無菌處理條件一起使用之高溫且可不經構造用於與一寬剪切率範圍一起使用或用於與具有顆粒之流體一起使用。因此，本發明之混合器感測器經設計以與混合器黏度測定一起使用以在一寬溫度範圍內且以一寬剪切率範圍判定具有顆粒之流體之流變特性。混合器感測器可與一黏度計驅動頭製造為一個整體件或可經構造以附接至一黏度計驅動頭。
本發明之混合器感測器包含允許一材料之流變性質的更準確且精確量測之定製幾何形狀。舉例而言，本發明之混合器感測器能夠精確地判定具有顆粒且流經一處理管線系統之一流體之特性。藉由量測具有顆粒之一流體之流變特性，該等量測更密切模仿實際處理條件，其係所量測流體之顆粒沈澱之後量測之流體之典型。另外，本發明之混合器感測器能夠跨越一大得多之溫度範圍自極低溫度至極高溫度判定此等精確流變量測。本發明混合器感測器能夠在無菌溫度及高於100℃之溫度下判定精確流變特性。此外，本發明之混合器感測器能夠跨越一寬得多剪切率範圍判定流變量測。
相對於高溫量測，在與先前技術混合器感測器比較時，本發明之混合器感測器能夠跨越一大得多溫度範圍判定精確流變量測。舉例而言，且在一實施例中，本發明之混合器感測器可用於無菌溫度下之流變量測。另外，該等混合器感測器可用於大於100℃之溫度下之流變量測。在一實施例中，使用至少部分地允許在高溫下使用該等混合器感測器之不銹鋼來製造該等混合器感測器。在另一實施例中，該等混合器感測器經設計以特定而言與諸如(舉例而言)一哈克RS-600之一高溫流變計一起使用。
可執行實驗以表徵每一混合器感測器以根據上文所闡述之方法判定其k'及k"之恆定值。k'及k"之值係幾何形狀特定的且僅需要使用諸如上文所闡述之彼等之所建立混合器感測器黏度測定程序針對每一混合器計算一次。一旦判定 k'及k"值，即可將該等值程式化至流變計軟體中，此將允許對在流變計上測試之任何樣本之黏度之直接計算。以此方式，舉例而言，將混合器感測器及驅動頭附接至流變計中之一控制器且該控制器可執行包含上文所闡述之公式之對應子常式中之所有計算。
如圖1中所展示，本發明之一混合器感測器10包含一軸件12，其附接至一驅動頭附接件14及一基底部分16。軸件12包含複數個面板或葉片18，其係沿軸件12徑向且垂直隔開。葉片18係圍繞實質上圓柱形軸件12之軸且沿其一圓周徑向隔開。螺旋形混合器感測器10經設計以與一黏度計或流變計一起使用以判定流體之流變性質，如上文所闡述。
軸件12可具有自約2英吋至約6英吋之一長度。在一實施例中，軸件12具有約4英吋之一長度。然而，軸件12之整個長度可不係可見的，此乃因軸件12之一部分可延伸至驅動頭附接件14及/或基底部分16中。軸件12之一可見部分可係自約1英吋至約5英吋長。在一實施例中，軸件12之一可見部分係約3.5英吋長。當混合器感測器10經完全組裝(如由圖1所展示)時肉眼不可見之軸件12之一部分包含：一第一螺絲孔，其毗鄰一驅動頭附接件14中之一螺絲孔(未展示)；及一第二螺絲孔，其毗鄰基底部分16中之一螺絲孔(未展示)。此等螺絲孔允許軸件12可移除地擰緊至驅動頭附接件14及基底部分16中，此允許諸多混合器感測器與同一流變計/黏度計一起使用。以此方式，驅動頭附接件14可適於與一特定流變計一起使用。
軸件12可由足夠堅固以在使用時耐受高轉矩及高剪切率之任何材料製造而成。舉例而言，此等材料可包含鋼、鋼合金、不銹鋼、鉻、鈷-鉻及其他類似金屬。類似地，驅動頭附接件14及基底部分16亦可由此等或類似材料製造而成。然而，熟習此項技術者將瞭解，混合器感測器10不限於僅使用此等材料且諸多材料將具有供用於此類型之應用中之所要性質。
軸件12包含沿軸件12彼此間隔開之複數個葉片18。複數個葉片18可以特定間隔彼此徑向及/或垂直間隔開以確保正測試之樣本流體中之任何顆粒保持懸浮。在允許樣本流體之顆粒降落於混合器感測器10正在其中旋轉之圓筒之圓筒壁上之前，葉片18在軸件12之旋轉期間同時旋轉且升起樣本流體之顆粒。以此方式，混合器感測器10促進任何大小顆粒之移動，但特定而言促進大顆粒(例如，玉米、豌豆、調味汁、番茄沙司、肉羹等)之移動。
如圖1中所展示，在一實施例中，毗鄰之葉片18可彼此徑向隔開約90°。毗鄰之葉片18亦可彼此徑向隔開約45°至約135°。毗鄰之葉片18亦可彼此垂直隔開，如在軸件12之中心與一第一葉片18之一交叉點與軸件12之中心與一第二葉片18之一交叉點之間所量測。舉例而言，毗鄰之葉片18可沿軸件12間隔開自約0.25英吋至約1.25英吋。在一實施例中，毗鄰之葉片18間隔開約0.75英吋。
複數個葉片18中之每一者可係相對於與軸件12上之任一其他葉片18相同或不同之水平面以一角度定向。舉例而 言，複數個葉片18中之每一者可係相對於橫穿每一各別葉片18之一中心之一水平面以自約20°至約80°之一角度定向。在一實施例中，複數個葉片18中之每一者可係相對於橫穿每一各別葉片18之中心之一水平面以約45°之一角度定向，如圖1中所展示。以此方式，圖1之複數個葉片18形成捲繞於軸件12之一部分上之一間斷螺旋螺絲。
另一選擇係，熟習此項技術者將瞭解，複數個葉片18中之每一者可係相對於橫穿每一各別葉片18之一中心之一水平面以不同角度定向。熟習此項技術者亦應瞭解，無需形成該等角度以使得葉片18形成一前開叉(front-slash)形狀，但可沿一相反方向傾斜以形成一後開叉(back-slash)形狀。如此，熟習此項技術者將瞭解，對於複數個葉片18相對於其中複數個葉片18自水平面偏移之角度而言，若干不同組態係可能的。
如圖1中所展示，葉片18通常係三角形，其中移除三角形之一頂點。葉片18經成形以保形於其中移除頂點之大體圓柱形軸件12之形狀，且葉片18可焊接或以其他方式附接至軸件12。在其中葉片18係實質上三角形之一實施例中，如圖1中所展示，葉片18之與軸件12相反之一扁平端可具有自約0.3英吋至約1英吋之一長度。在一實施例中，葉片18之與軸件12相反之一扁平端具有約0.6英吋之一長度。熟習此項技術者將瞭解，葉片18可具有適於在軸件12之旋轉期間混合/懸浮一流體中之顆粒之任何形狀及大小。
如本申請案中所闡述，驅動頭附接件14可經組態以與一 特定流變計配合。如此，在一實施例中，驅動頭附接件14可具有與流變計之一磁性部分配合之一磁性部分。在一實施例中，流變計係一哈克RS 600。驅動頭附接件14可具有與流變計適當地配合所需之任何尺寸。驅動頭附接件14可具有自約0.5英吋至約2英吋之一長度。在一實施例中，驅動頭附接件14具有約1英吋之一長度。然而，熟習此項技術者將瞭解，驅動頭附接件14可經重新設計以使得本發明之混合器感測器與任何其他流變計及/或黏度計相容。如先前所提及，可藉助螺絲將軸件12附接至驅動頭附接件14。
類似地，且亦如先前所提及，可藉助螺絲將軸件12附接至基底部分16。基底部分16可係一實質上圓柱形基底，該實質上圓柱形基底在其中接受軸件12之一部分且有助於在旋轉期間使軸件12穩定。基底部分16可具有任何高度，只要基底部分16之一頂部不接觸最下部葉片18之一底部即可。以此方式，在基底部分16之一頂部表面與最下部葉片18之一底部之間應存在一空間。類似地，基底部分16可具有允許混合器感測器10記錄適度流變資料之任何直徑。以此方式，基底部分16應具有小於混合器感測器10在其中旋轉之圓筒之一直徑。在一實施例中，基底部分16可具有自約0.25英吋至約0.75英吋之一直徑。在一實施例中，基底部分16具有約0.5英吋之一直徑。
基底部分16可經組態以與一顆粒篩網20配合，如圖2中所展示。提供顆粒篩網20以幫助防止樣本流體中之顆粒在 其中採用流變量測之時間期間沈澱以及在採用流變量測之後提供裝置之方便清潔。以此方式，顆粒篩網20可收集在完成測試之後沈澱出的來自樣本流體之顆粒。藉由自混合器感測器10在其中旋轉之圓筒移除顆粒篩網20，可經由顆粒篩網20自圓筒中容易地提出來自樣本流體之大部分污物以進行清潔。
顆粒篩網20包含：一中心切口部分22，其經組態以與基底部分16配合；及複數個內部同心圓圈24及複數個外部同心圓圈26，其係自顆粒篩網20中切出以允許相同流體穿過其，但顆粒流體中懸浮之顆粒除外。顆粒篩網20可具有自約1英吋至約3英吋之一直徑。在一實施例中，顆粒篩網20具有約1.5英吋之一直徑。顆粒篩網20之中心切口部分22可具有稍微大於基底部分16之一直徑的一直徑。顆粒篩網20之中心切口部分22可具有自約0.3英吋至約0.8英吋之一直徑。在一實施例中，中心切口部分22具有約0.55或0.6英吋之一直徑。內部同心圓圈24及外部同心圓圈26可具有自約0.1英吋至約0.2英吋之一直徑。在一實施例中，內部同心圓圈24及外部同心圓圈26具有約0.15英吋之一直徑。
內部同心圓圈24可係圍繞顆粒篩網20之中心軸彼此均勻地徑向隔開。另外，內部同心圓圈24可經徑向間隔開以在其間形成任何角度θ。舉例而言，如圖2中所展示，自顆粒篩網20之中心軸至一內部同心圓圈24之中心繪製之一線與自顆粒篩網20之中心軸至一毗鄰之內部同心圓圈24之中心繪製之一線形成一角度θ1。類似地，外部同心圓圈26可係 圍繞顆粒篩網20之中心軸彼此均勻地徑向隔開。另外，外部同心圓圈26可經徑向間隔開以在其間形成任何角度θ。舉例而言，如圖2中所展示，自顆粒篩網20之中心軸至一外部同心圓圈26之中心繪製之一線與自顆粒篩網20之中心軸至一毗鄰之外部同心圓圈26之中心繪製之一線形成一角度θ2。
顆粒篩網20之中心切口部分22經組態以接受基底部分16以使得中心切口部分22之一直徑稍微大於基底部分16之一直徑。以此方式，顆粒篩網20可放置於混合器感測器10在其中旋轉之流變計之圓筒內側，但顆粒篩網20不隨混合器感測器10旋轉。換言之，顆粒篩網20靜態坐落於混合器感測器10在其中旋轉之圓筒之底部處，而基底部分16隨軸件12旋轉。
顆粒篩網20可坐落於混合器感測器10在其中旋轉之一圓筒28之底部處具有相等高度之複數個拴釘30上，如圖3中所展示。顆粒篩網20可包含任何數目個拴釘30。在一實施例中，顆粒篩網20包含自約2個至約4個拴釘30。在一實施例中，顆粒篩網20包含3個拴釘30。
拴釘30可與顆粒篩網20形成為整體或可摩擦配合至複數個內部切口同心圓圈24中之任一者或複數個外部切口同心圓圈26中之任一者中。如圖2中所展示，拴釘30可摩擦配合至外部切口同心圓圈26中。
拴釘30不應延伸穿過顆粒篩網20之一頂部表面以便在旋轉之前或期間接觸葉片18之任何部分。此類型之接觸可造 成混合器感測器10及/或其在混合器感測器10開始旋轉時附接至之流變計之嚴重損壞。另外，拴釘30不應具有將顆粒篩網20升高至高於基底部分16之一高度的一高度。此外，若顆粒篩網20之任何部分欲在混合器感測器10正旋轉時接觸葉片18之任何部分，則此接觸可造成混合器感測器10及其所附接之流變計中之任一者或兩者之嚴重損壞。
為防止顆粒篩網20與葉片18之間的任何類型之損毀性接觸，基底部分16可包含任何數目個o型環凹槽32，其經構造及配置以與接觸顆粒篩網20之一頂部表面36之一o型環34配接。舉例而言，在圖3中，基底部分16包含遍曆基底部分16之圓周之一個o型環凹槽32且包含坐落於o型環凹槽32中之一個o型環34。由於o型環34在經構造供使用時坐落於顆粒篩網20之頂部表面36上，因此o型環34防止顆粒篩網20在混合器感測器10之旋轉期間由於高剪切率而向上上升。熟習此項技術者將瞭解，o型環凹槽32可位於基底部分16之任何地方處，此取決於顆粒篩網20之所要高度。類似地，顆粒篩網20之所要高度可取決於欲量測之流體中之顆粒之大小。如此，可製造基底部分16，其中o型環凹槽32及o型環34之至少兩個不同高度經放置以允許使用具有兩個不同高度之至少兩個不同顆粒篩網20。
如上文已闡述，熟習此項技術者應清楚，顆粒篩網20提供避免顆粒沈降且提供在不改變混合器感測器之頂部及底部轉子之情況下改變混合器感測器以適應具有不同顆粒大小之不同產品樣本之能力之優點。
圖3亦圖解說明可用以監視正測試之一樣本流體之溫度之一溫度探針38。在一實施例中，溫度探針38與混合器感測器10在其中旋轉之圓筒28形成為整體。因此，顆粒篩網20可經特定設計以提供一切口部分以在其中接受溫度探針38。此外，溫度探針38不應足夠高以接觸一最下部葉片18之一底部部分以便在其旋轉時造成混合器感測器10之損壞。
圖4圖解說明一圓筒50中之本發明另一類型之混合器感測器40，圓筒50包含一軸件42，其連接至至少一個彎曲葉片44及至少一個線性葉片46。線性葉片46可係一平面刮刀葉片。混合器感測器40經設計以與一黏度計或流變計一起使用以判定流體之流變性質，如上文所闡述。混合器感測器40可用以促進任何大小顆粒之移動，但特定而言亦促進長顆粒(例如，胡蘿蔔條、四季豆等)之移動。
軸件42可具有自約2英吋至約6英吋之一長度。在一實施例中，軸件42具有約4英吋之一長度。然而，軸件42之整個長度可不係可見的，此乃因軸件42之一部分可延伸至一驅動頭附接件(未展示)及/或基底部分(未展示)中，如同混合器感測器10。亦類似於混合器感測器10，軸件42可包含：一第一螺絲孔，其毗鄰一驅動頭附接件中之一螺絲孔(未展示)；及一第二螺絲孔，其毗鄰一基底部分中之一螺絲孔(未展示)。此等螺絲孔允許軸件42可移除地擰緊至一驅動頭附接件及基底部分中，此允許諸多混合器感測器與同一流變計/黏度計一起使用。儘管圖4中未圖解說明一驅 動頭附接件及一基底部分，但熟習此項技術者將瞭解，此兩者可與混合器感測器40一起使用。
軸件42可由足夠堅固以在使用時耐受高轉矩及高剪切率之任何材料製造而成。舉例而言，此等材料可包含鋼、鋼合金、不銹鋼、鉻、鈷-鉻及其他類似金屬。類似地，一驅動頭附接件及一基底部分亦可由此等材料製造而成。然而，熟習此項技術者將瞭解，混合器感測器40不限於僅使用此等材料且諸多材料將具有供用於此類型之應用中之所要性質。
圖4及圖5圖解說明包含兩個彎曲葉片44及兩個線性葉片46之混合器感測器40。然而，熟習此項技術者將瞭解，混合器感測器40可具有更多或更少每一類型之葉片。如由圖4所展示，彎曲葉片44垂直劃分為三個區段44a、44b、44c，其中在每一區段之間具有一小空間。藉由至少一個實質上水平桿48將彎曲葉片44之每一區段44a、44b、44c附接至軸件42。水平桿48應經組態以耐受高轉矩值、高剪切率、高應力等且自軸件42至彎曲葉片44之長度可係約0.25英吋至約0.75英吋。在一實施例中，水平桿48自軸件42至彎曲葉片44之長度係約0.5英吋。
彎曲葉片44可具有約1英吋至約4英吋之一總長度。在一實施例中，彎曲葉片44具有約2.7英吋之一總長度。彎曲葉片44之每一區段44a、44b、44c可具有同一長度或一不同長度。舉例而言，在一實施例中，區段44a、44b、44c中之每一者可具有約0.76英吋之一長度，其中在區段 44a、44b、44c之間具有約0.2英吋之一空間。提供斷成數個個別區段之彎曲葉片44提供經改良之流變表徵且有助於將顆粒保持於樣本流體內以防沈澱至混合器感測器40在其中旋轉之圓筒50之底部。
如由圖4至圖5所展示，彎曲葉片44圍繞軸件42之一部分彎曲以形成一帶類形狀。每一彎曲葉片44可佔用自約30°至約80°之一角度空間θ3，如由圖5所展示。在一實施例中，每一彎曲葉片44佔用約75°之一角度空間θ3。
與彎曲葉片44不同，線性葉片46不圍繞軸件42之一部分彎曲且係沿葉片之長度具有一恆定寬度之實質上垂直葉片。線性葉片46應沿葉片之長度具有一恆定形狀，此乃因線性葉片46不僅用以幫助混合及流變表徵而且可用以防止來自樣本流體之顆粒積累於圓筒50之一內部壁52上。以此方式，實質上線性葉片46之整個長度及寬度位於實質上毗鄰圓筒50之內部壁52處以在混合器感測器40在圓筒50中旋轉時自內部壁52刮除任何物質。
由於線性葉片46係如此靠近於內部壁52且可經曝露以將物質積累於該內部壁上，因此應藉由至少一個剛性且堅固水平桿54將線性葉片46連接至軸件42。在一實施例中，藉由線性葉片46之一頂部部分處之一第一水平桿54及線性葉片46之一底部部分處之一第二水平桿54將線性葉片46連接至軸件42。水平桿54可具有自約0.05英吋至約0.2英吋之一寬度。在一實施例中，水平桿54具有約0.1英吋之一寬度。為進一步加強水平桿54，桿54之寬度可以自水平桿54 之一外部部分移動至水平桿54之其中其附接至軸件42之一內部部分之方式逐漸增加。此所增加之寬度可總共自約0.1英吋至約0.3英吋。在一實施例中，所增加之寬度係約0.2英吋。
為足夠靠近以刮除圓筒50之內部壁52之表面，水平桿54必須沿與軸件42相反之方向延伸達一長度，該長度稍微短於混合器感測器40在其中旋轉之圓筒50之一半徑。另一選擇係，水平桿54可係實質上延伸跨越圓筒50之整個直徑之一個整體桿。在此組態中，水平桿54可在水平桿54之每一端上具有一線性葉片46。此外，由於圓筒50可具有自約1.0英吋至約2.0英吋之一直徑，因此水平桿54應具有稍微小於圓筒50之直徑之總長度。在一實施例中，圓筒50具有約1.5英吋之一直徑。因此，在一實施例中，水平桿54包含自約1.45英吋至約1.49英吋之一直徑。當然，在其中將線性葉片46附接至個別水平桿54(其各自附接至軸件42)之一實施例中，水平桿54具有稍微小於圓筒50之一半徑之一長度，如上文所提及。
線性葉片46可具有短於彎曲葉片44之一長度。舉例而言，線性葉片46可具有自約1.5英吋至約3.5英吋之一長度。在一實施例中，線性葉片46具有約2.3英吋之一長度。圖5進一步圖解說明線性葉片46可經設計以包含附接至水平桿54之一第一部分46a及附接至第一部分46a或與其形成為整體之一第二部分46b。以此方式，線性葉片46可具有一階梯類形狀，其允許線性葉片46之一較大區域毗鄰 於圓筒50之內部壁52旋轉以用於改良表面刮除。第一部分46a可具有自約0.1英吋至約0.2英吋之一長度。在一實施例中，第一部分46a具有約0.15英吋之一長度。第二部分46b可具有自約0.2英吋至約約0.6英吋之一長度。在一實施例中，第二部分46b具有約0.4英吋之一長度。
如圖5中所展示，彎曲葉片44可係實質上彼此相對以使得一第一彎曲葉片44與一第二彎曲葉片44分離約180°。另外，彎曲葉片44可係兩者沿同一方向沿旋轉方向定向。換言之，一第一彎曲葉片44之一頂部區段44a可在第一彎曲葉片44之一底部區段44c之前經過一組參考點。類似地，一第二彎曲葉片44之一頂部區段44a(其與第一彎曲葉片44相對)可在第二彎曲葉片44之一底部區段44c之前經過一組參考點。以此方式，第一及第二彎曲葉片44可具有類似形狀且可沿類似方向定向。
類似地，線性葉片46可係實質上彼此相對以使得一第一線性葉片46與一第二線性葉片46分離約180°。另外，線性葉片46可係兩者沿同一方向沿旋轉方向旋轉。換言之，且如圖5中所展示，線性葉片46可沿相對方向附接至水平桿54以使得第一部分46a領先於第二部分46b旋轉。以此方式，第一及第二線性葉片46可具有類似形狀且可沿類似方向定向。
如圖6中所展示，類似於混合器感測器10，本發明之另一混合器感測器60包含一軸件62，其附接至一驅動頭附接件64及一基底部分66。軸件62包含一第一組葉片68、一第 二組葉片70及一實心錐體72。每一組葉片68、70可沿軸件62徑向且垂直隔開。如同先前所闡述之混合器感測器，混合器感測器60經設計以與一黏度計或流變計一起使用以判定流體之流變性質，如上文所闡述。
軸件62可具有自約2英吋至約6英吋之一長度。在一實施例中，軸件62具有約4英吋之一長度。然而，軸件62之整個長度可不係可見的，此乃因軸件62之一部分可延伸至驅動頭附接件64及/或基底部分66中。軸件62之一可見部分可係自約1英吋至約5英吋長。在一實施例中，軸件62之一可見部分係約3.5英吋長。當混合器感測器60經完全組裝(如由圖6所展示)時肉眼不可見之軸件62之一部分包含：一第一螺絲孔，其毗鄰一驅動頭附接件64中之一螺絲孔(未展示)；及一第二螺絲孔，其毗鄰基底部分66中之一螺絲孔(未展示)。此等螺絲孔允許軸件62可移除地擰緊至驅動頭附接件64及基底部分66中，此允許諸多混合器感測器與同一流變計/黏度計一起使用。以此方式，由於驅動頭附接件64經製造以與(舉例而言)一特定流變計配合，因此驅動頭附接件64可附接至數個不同類型之混合器感測器以提供流變計之量測之靈活性。
軸件62可由足夠堅固以在使用時耐受高轉矩及高剪切率之任何材料製造而成。舉例而言，此等材料可包含鋼、鋼合金、不銹鋼、鉻、鈷-鉻及其他類似金屬。類似地，驅動頭附接件64及基底部分66亦可由此等材料製造而成。然而，熟習此項技術者將瞭解，混合器感測器60不限於僅使 用此等材料且諸多材料將具有供用於此類型之應用中之所要性質。
軸件62包含沿軸件62彼此間隔開之複數個葉片68、70。複數個葉片68、70可以特定間隔彼此徑向及/或垂直間隔開以確保正測試之樣本流體中之任何顆粒在其中保持懸浮。在允許樣本流體之顆粒降落於混合器感測器60正其中旋轉之圓筒(未展示)之圓筒壁上之前，葉片68、70在軸件62之旋轉期間同時旋轉且升起樣本流體之顆粒。以此方式，混合器感測器60促進任何大小顆粒之移動，但特定而言有益於表徵基於澱粉之樣本流體。
如圖6中所展示，一第一對葉片68可位於朝向軸件62之底部處，從而允許底部部分66之一頂部表面與最下部葉片68之一最底部部分之間的一小空間。該空間可係自約1 mm至2 mm或係約1.5 mm。第一對葉片68可圍繞軸件62之一中心軸且沿軸件62之圓周彼此分離約180°，且可處於同一水平高度處或可處於不同水平高度處。如圖6中所展示，軸件62左側上之葉片68低於軸件62右側上之葉片68。在一實施例中，軸件62右側上之葉片68之一底部處於與軸件62左側上之葉片68之一頂部相同之高度處。
第一對葉片68中之每一者可具有相同或不同尺寸。舉例而言，第一對葉片68中之每一者可具有自約10 mm至15 mm之一寬度及自約10 mm至20 mm之一高度。在一實施例中，第一對葉片68中之每一者具有約13 mm之一寬度及約15 mm之一高度。第一對葉片68中之每一者之寬度應在葉 片68與混合器感測器60在其中旋轉之圓筒之一內部壁之間留下一空間。葉片68與圓筒之間的空間應係至少約4 mm至5 mm或係約4.5 mm。
如圖6中亦展示，一第二對葉片70可位於朝向軸件62之一中間處及第一對葉片68上方。軸件62應在第一組葉片68與第二組葉片70之間具有一區域或空間，不使任何葉片位於該區域或空間上。第一組葉片68與第二組葉片70之間的空間之長度可係自約5 mm至約15 mm。在一實施例中，第一組葉片68與第二組葉片70之間的空間之長度係約10 mm。
第二對葉片70可圍繞軸件62之一中心軸且沿軸件62之圓周彼此分離約180°，且可處於同一高度處或可處於不同高度處。如圖6中所展示，軸件62前側上之葉片70處於與軸件62後側上之葉片70相同之高度處。換言之，雖然葉片68圖解說明為在與紙張相同之平面中，但葉片70正延伸至與紙張垂直之一平面中且自紙張延伸出。如圖6亦清楚地圖解說明，第二對葉片70中之每一者係沿一逆時針方向自垂直面稍微旋轉。舉例而言，第二對葉片70中之每一者可係沿一逆時針方向自垂直面旋轉自約5°至約45°。在一實施例中，第二對葉片70中之每一者可係沿一逆時針方向自垂直面旋轉自約10°至約30°。在一實施例中，第二對葉片70中之每一者可係沿一逆時針方向自垂直面旋轉約15°。葉片70亦可係沿一順時針方向自垂直面旋轉。
然而，在第二對葉片70中之每一者之旋轉之前，葉片70 可具有自約10 mm至約20 mm之一高度。在一實施例中，第二對葉片70中之每一者具有約15 mm之自一底部側至一頂部側之一高度。第二對葉片70中之每一者亦可具有自約10 mm至約15 mm之一寬度。在一實施例中，第二對葉片70中之每一者可具有約13.5 mm之一寬度。
在軸件62之一頂部部分處，混合器感測器60包含一倒置錐體72。錐體72經設計以幫助使存在於樣本流體中之任何顆粒保持懸浮於樣本流體中，且防止該等顆粒沈澱於與混合器感測器60一起使用之一顆粒篩網(未展示)或混合器感測器60在其中旋轉之圓筒(未展示)之底面上。由於錐體72係倒置的，因此錐體72之基底位於軸件62上之高於錐體72之頂點(其已經消減)之一位置處，從而使得錐體72之形狀為截頭圓錐形。然而，為便於說明，軸件62上之圓錐形平截頭體將闡述為錐體72。
錐體72之基底可具有配合於混合器感測器60在其中旋轉之圓筒內之任何直徑。舉例而言，錐體72之基底可具有自約20 mm至約40 mm之一直徑。在一實施例中，錐體72之基底可具有約30 mm之一直徑。另外，若自頂點量測，則錐體72與軸件62及錐體72之橫向表面形成角度θ4，如由圖6所展示。且θ4可係自約15°至約45°。在一實施例中，θ4可係約30°或31°。類似於軸件62上介於葉片68與葉片70之間的空間，可在葉片70之一最頂部部分與倒置錐體72之一最底部部分之間存在軸件62上之一空間。此空間沿軸件62之長度可係自約5 mm至約15 mm。在一實施例中，此空間沿 軸件62之長度可係約10 mm。儘管圖6中未圖解說明，但混合器感測器60可連同類似於上文所闡述之顆粒篩網20之一顆粒篩網一起用於一圓筒中。
方法
亦提供用於使用本發明之混合器感測器之系統及方法。舉例而言，本發明提供用於量測一材料之流變性質之系統。該系統包含：一裝置，其包括一固定量測杯及一葉輪驅動頭；及一葉輪，其附接至該葉輪驅動頭。該葉輪包含：一軸件，其包括配置成一間斷螺旋形狀之至少三個葉片；及一基底，其經組態以接納該軸件之一端。
亦提供用於量測一材料之流變性質之另一系統。該系統包含：一裝置，其包括一固定量測杯及一葉輪驅動頭；及一葉輪，其附接至該葉輪驅動頭。該葉輪包含：一軸件；至少兩個彎曲葉片，其附接至該軸件，每一彎曲葉片包括三個區段；及至少兩個線性葉片，其附接至該軸件。
用於量測一材料之流變性質之又一系統包含：一裝置，其包括一固定量測杯及一葉輪驅動頭；及一葉輪，其附接至該葉輪驅動頭。該葉輪包含一軸件，其包括第一對葉片及第二對葉片以及一倒置錐體，其中該第一對葉片中之每一者係實質上垂直定向，且其中該第二對葉片中之每一者係相對於一水平面以一銳角定向。
亦提供用於量測一材料之流變性質之方法。一方法之一個實例包含：提供包括填充有該材料之一固定圓筒及一可旋轉感測器驅動頭之一裝置；將一感測器附接至該可旋轉 感測器驅動頭；將該感測器插入至該固定圓筒中；及旋轉該感測器。該感測器包含：一軸件，其包括配置成一間斷螺旋形狀之至少三個葉片；及一基底，其經組態以接納該軸件之一端。
用於量測一材料之流變性質之一方法之另一實例包含：提供包括填充有該材料之一固定圓筒及一可旋轉感測器驅動頭之一裝置；將一感測器附接至該可旋轉感測器驅動頭；將該感測器插入至該固定圓筒中；及旋轉該感測器。該感測器包含：一軸件；至少兩個彎曲葉片，其附接至該軸件，每一彎曲葉片包括三個區段；及至少兩個線性葉片，其附接至該軸件。
用於量測一材料之流變性質之又一方法包含：提供包括填充有該材料之一固定圓筒及一可旋轉感測器驅動頭之一裝置；將一感測器附接至該可旋轉感測器驅動頭；將該感測器插入至該固定圓筒中；及旋轉該感測器。該感測器包含一軸件，其包括第一對刀片及第二對刀片以及一倒置錐體，其中該第一對刀片中之每一者係實質上垂直定向，且其中該第二對刀片中之每一者係相對於一水平面以一銳角定向。
應理解，熟習此項技術者將明瞭本文中所闡述之當前較佳實施例之各種改動及修改。可不背離本發明之精神及範疇之情況下且在不減損其既定優點之情況下做出此等改變及修改。因此，隨附申請專利範圍意欲涵蓋此等改變及修改。
10‧‧‧混合器感測器
12‧‧‧軸件
14‧‧‧驅動頭附接件
16‧‧‧基底部分
18‧‧‧面板或葉片
20‧‧‧顆粒篩網
22‧‧‧中心切口部分
24‧‧‧內部同心圓圈/內部切口同心圓圈
26‧‧‧外部同心圓圈/外部切口同心圓圈
28‧‧‧圓筒
30‧‧‧拴釘
32‧‧‧o型環凹槽
34‧‧‧o型環
36‧‧‧頂部表面
38‧‧‧溫度探針
40‧‧‧混合器感測器
42‧‧‧軸件
44‧‧‧彎曲葉片/第一彎曲葉片/第二彎曲葉片
44a‧‧‧頂部區段/區段
44b‧‧‧區段
44c‧‧‧底部區段/區段
46‧‧‧線性葉片/第一線性葉片/第二線性葉片
46a‧‧‧第一部分
46b‧‧‧第二部分
48‧‧‧實質上水平桿
50‧‧‧圓筒
52‧‧‧內部壁
54‧‧‧剛性且堅固水平桿/第一水平桿/第二水平桿/水平桿/桿
60‧‧‧混合器感測器
62‧‧‧軸件
64‧‧‧驅動頭附接件
66‧‧‧基底部分
68‧‧‧第一組葉片
70‧‧‧第二組葉片
72‧‧‧實心錐體/倒置錐體/錐體
θ‧‧‧角度
θ1‧‧‧角度
θ2‧‧‧角度
θ3‧‧‧角度空間
θ4‧‧‧角度
圖1係根據本發明之一實施例之一混合器感測器之一透視圖。
圖2係根據本發明之一實施例之一顆粒篩網之一俯視圖。
圖3係根據本發明之一實施例之一混合器感測器及一顆粒篩網之一透視圖。
圖4係根據本發明之一實施例之一混合器感測器之一透視圖。
圖5係根據本發明之一實施例之圖4混合器感測器之一俯視圖。
圖6係根據本發明之一實施例之一混合器感測器之一透視圖。
10‧‧‧混合器感測器
12‧‧‧軸件
14‧‧‧驅動頭附接件
16‧‧‧基底部分
18‧‧‧面板或葉片
32‧‧‧o型環凹槽
34‧‧‧o型環

Claims (40)

  1. 一種用於量測一材料之流變性質之設備，該設備包括：一驅動頭附接件，其經構造及配置以附接至一流變計及一黏度計中之一者；一軸件，其包括至少三個葉片，其中該複數個葉片係圍繞該軸件之一軸徑向隔開，其中該驅動頭附接件經組態以在其中接納該軸件之一頂部端，其中該複數個葉片中之每一者係自水平面旋轉約20°至約80°，且其中該複數個葉片係彼此垂直隔開約0.25英吋至約1.25英吋；及一基底，其經組態以接納該軸件之一端，且其中該基底進一步包括經組態以接受一o型環密封件之至少一個o型環凹槽且其中該基底經組態以接納該軸件之一底部端。
  2. 如請求項1之設備，其中該軸件、該基底、該驅動頭附接件中之至少一者由選自由以下各項組成之群組之一材料製造而成：鋼、鋼合金、不銹鋼、鉻、鈷-鉻及其組合。
  3. 如請求項2之設備，其中該材料係鈷-鉻。
  4. 如請求項1之設備，其中該複數個葉片配置成一間斷螺旋形狀且彼此徑向隔開約45°至約135°。
  5. 如請求項1之設備，其中該複數個葉片中之每一者係實質上三角形。
  6. 如請求項1之設備，其中該基底進一步經組態以與一顆粒篩網配合，其中該顆粒篩網包括經組態以接納該基底 之一開放中心部分，且其中該顆粒篩網包括自約1英吋至約3英吋之一直徑。
  7. 如請求項6之設備，其中該顆粒篩網之形狀係實質上圓形且進一步包括介於該中心部分與圓周之間的複數個孔。
  8. 如請求項6之設備，其中該顆粒篩網擱置在與顆粒篩網形成為整體或摩擦配合至顆粒篩網之該等孔中之複數個拴釘上。
  9. 如請求項6之設備，其進一步包括一溫度探針，其中該溫度探針經組態以延伸穿過該顆粒篩網之該等孔中之至少一者。
  10. 如請求項1之設備，其中至少三個葉片係：至少兩個彎曲葉片，其附接至該軸件，每一彎曲葉片包括三個區段；及至少兩個線性葉片，其附接至該軸件。
  11. 如請求項10之設備，其中該三個區段中之每一者係藉由一空間分離。
  12. 如請求項10之設備，其中該三個區段中之每一者之長度係相等的。
  13. 如請求項10之設備，其中該等線性葉片係表面刮刀葉片。
  14. 如請求項10之設備，其中該等線性葉片中之每一者在該線性葉片之一頂部端及一底部端處附接至該軸件。
  15. 如請求項10之設備，其中該等線性葉片中之每一者具有 自約1.5英吋至約3.5英吋之一長度。
  16. 如請求項10之設備，其中該等線性葉片中之每一者包括形成該線性葉片之兩個不同平行部分之一階梯形狀，其中該線性葉片之該第一平行部分具有自約0.1英吋至約0.2英吋之一長度且其中該線性葉片之該第二平行部分具有自約0.2英吋至約0.6英吋之一長度。
  17. 如請求項1之設備，其中：該軸件包括至少三個葉片，該至少三個葉片包括一第一對葉片及一第二對葉片以及一倒置錐體，其中該第一對葉片中之每一者係實質上垂直定向，其中該第二對葉片中之每一者係相對於一水平面以一銳角定向，其中該第一對葉片中之每一者具有自約10 mm至15 mm之一寬度，且其中該錐體與該軸件形成自約15°至約45°之一角度。
  18. 如請求項17之設備，其中該第一對葉片及該第二對葉片係各自圍繞該軸件之一軸徑向隔開。
  19. 如請求項17之設備，其中該第一對葉片及該第二對葉片係各自彼此徑向隔開約180°。
  20. 如請求項17之設備，其中該第一對葉片係彼此垂直隔開以使得一第一葉片之一底部側處於與一第二葉片之一頂部側相同之垂直高度處。
  21. 如請求項17之設備，其中該第一對葉片及該第二對葉片個別地包括選自由以下各項組成之群組之一形狀：矩形、正方形及其組合。
  22. 如請求項17之設備，其中該第一對葉片位於該軸件之一底部部分處。
  23. 如請求項17之設備，其中該第二對葉片位於實質上同一水平面中。
  24. 如請求項17之設備，其中該倒置錐體位於該軸件之一頂部部分處。
  25. 一種用於量測一材料之流變性質之系統，該系統包括：一裝置，其包括一固定量測杯及一葉輪驅動頭；及一葉輪，其附接至該葉輪驅動頭，該葉輪包括一軸件，其包括配置成一間斷螺旋形狀之至少三個葉片；及一基底，其經組態以接納該軸件之一端，其中該裝置係一流變計及一黏度計中之一者。
  26. 如請求項25之系統，其進一步包括含納於該量測杯內之一流體。
  27. 如請求項26之系統，其中該流體包括顆粒。
  28. 如請求項25之系統，其中該固定量測杯在該杯之一底部處包括一固定顆粒篩網。
  29. 如請求項25之系統，其中該固定量測杯包括一整體溫度探針。
  30. 如請求項25之系統，其中該至少三個葉片係：至少兩個彎曲葉片，其附接至該軸件，每一彎曲葉片包括三個區段；及至少兩個線性葉片，其附接至該軸件。
  31. 如請求項25之系統，其中包括至少三個葉片之該軸件係 包括第一對葉片及第二對葉片以及一倒置錐體之一軸件，其中該第一對葉片中之每一者係實質上垂直定向，且其中該第二對葉片中之每一者係相對於一水平面以一銳角定向。
  32. 一種用於量測一材料之流變性質之方法，該方法包括以下步驟：提供包括填充有該材料之一固定圓筒及一可旋轉感測器驅動頭之一裝置；將一感測器附接至該可旋轉感測器驅動頭，該感測器包括一軸件，該軸件包括配置成一間斷螺旋形狀之至少三個葉片，及一基底，其經組態以接納該軸件之一端；將該感測器插入至該固定圓筒中；及旋轉該感測器，其中該裝置係一流變計及一黏度計中之一者。
  33. 如請求項32之方法，其中該材料係一流體。
  34. 如請求項32之方法，其中該流體包括顆粒。
  35. 如請求項32之方法，其進一步包括藉助一溫度探針感測該流體之一溫度。
  36. 如請求項32之方法，其進一步包括將一固定顆粒篩網放置於該固定圓筒之一底部處。
  37. 如請求項32之方法，其中該至少三個葉片係：至少兩個彎曲葉片，其附接至該軸件，每一彎曲葉片包括三個區段，及 至少兩個線性葉片，其附接至該軸件；將該感測器插入至該固定圓筒中；及旋轉該感測器。
  38. 如請求項37之方法，其進一步包括以不同角速度旋轉該感測器。
  39. 如請求項32之方法，其中包括至少三個葉片之該軸件係包括第一對葉片及第二對葉片以及一倒置錐體之一軸件，其中實質上垂直定向該第一對葉片中之每一者，且其中相對於一水平面以一銳角定向該第二對葉片中之每一者；將該感測器插入至該固定圓筒中；及旋轉該感測器。
  40. 如請求項32之方法，其進一步包括以不同角速度旋轉該感測器。
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