微量液体粘度测量方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种微量液体粘度测量方法及其装置。本发明专利技术通过测量微米管道液体流动的流量－压力关系，间接测量液体的粘度，克服了已有液体粘度测量方法实验液体用量大不适于测量微流量液体的粘度、恒温槽造价昂贵的缺点；并提供了一种液体用量少、恒温装置简单、测量周期短的微量液体粘度测量仪。该测量仪是在低压微流动实验装置上增加温度控制器组成的，如图１所示，其主要构造有：储气瓶通过管道与储液罐连通，储液罐通过一三通分别与压力检测部件和微米管道连接；微米管道置于温度控制器内，微米管道的另一端连接透明位移管，该位移管的另一端口穿出温度控制器直通大气；光学显微镜设置在透明位移管上方。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种微量液体粘度测量方法，特别是涉及一种用于测量微量液体的粘度的仪器。
技术介绍
粘度是流体的重要物理特性，是粘性的程度，也称动力粘度。粘度测量与石油化工、冶金煤炭及国防等领域的关系非常密切。在这些领域中，粘度测量是控制生产流程，实现安全生产，提高产品质量，节约与开发能源的重要手段。在医学领域，测量血液及其它生理液体的粘度是最新发展起来的诊断手段，特别对心血管疾病及癌、瘤等疑难病症。在物理化学、流体力学等科学领域中，粘度测量对了解流体性质及研究流动状态起着重要的作用，如文献1陈惠钊编著，‘粘度测量’，中国计量出版社，1994年版第379页。液体的粘性是由分子引力所致。液体的动力黏性系数μ与该液体的物性、环境压力P和温度T有关。液体粘温关系的通用表达式是Andrade式μ＝Aexp(E/kT) (1)式中A--实验常数，在不同温度下实验求得；k--波耳茨曼常数，或称气体常数；T--绝对温度；E--粘流活化能，它表示分子由一个位置迁移到另一位置所须的能量。与分子结构、分子链的长短及温度有关。但由于实验使用的各种液体的密度、浓度不同，仅由公式(1)无法给出液体的实际黏度，必须对实验液体进行测量。现有的粘度测量方法主要有毛细管法、旋转法、落体法、振动法、平板法等。最简单的测量方法是毛细管法，即Pinkevitch粘度计。该测量方法用的毛细管的内径一般为mm量级，所需实验液体在10ml以上。实验温度则通过恒温槽控制。如果测定温度的范围比较宽，在5～50℃之间，恒温槽的造价将非常昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有液体粘度测量方法由于使用的毛细管粗而造成的实验液体用量大，不适于测量微流量液体的粘度缺陷；以及为了克服已有粘度计所用的恒温槽造价昂贵的缺点；从而提供一种液体用量少、恒温装置简单、便于携带、测量周期短的微量液体粘度测量仪。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术提供的一种测量微量液体粘度的测量的方法，其特征在于根据不同温度下微米管道液体流量与压力的关系，通过温度传感器设定目标温度，由压力检测部件测出的压力读数，用热电偶测出的实际温度，以及用光学显微镜测得的计量用的透明位移管中液体端面的移动距离，运用μ=πα128QlΔP]]>公式，其式中ΔP是管端压降、μ是被测液体的动力粘性系数、d是微米管道的直径、l是微米管道的长度、Q是被测微量液体的流量，间接测量出所设定目标温度下液体的粘度。上述微米管道中液体的温度Tl由温度传感器指示温度TW给出。微管道内径为20μm，直接测量Tl有困难。考虑到微米管道中液体流量小于22nl/s，同一温度下测量一个数据所需液体量仅为2.4μl，占储液罐中液体体积(≈4ml)的0.06％，可以假设微管道中液体的温度Tl与储液罐中液体的温度TH相等，即Tl＝TH，TH可直接测量。实验结果表明在静态条件下测量TW和TH之间的误差≤0.1℃。上述计算公式，由经典流体力学理论一圆管在压力驱动下的层流流动称为Hagen-Poiseuille流，其流动方程可推出圆管直径为d，测量段长度为l时，μ与流量Q、压力P的关系为μ=πα128QlΔP]]>其中ΔP是管端压降、μ是流动介质的动力粘性系数。已有实验证明，对20μm及以上的微米管道，在一定的压力范围内，简单液体的流动规律符合H-P流。微量液体粘度测量仪根据上述实验结果，利用20μm微米管道，测量压力和流量关系，由公式(2)计算出黏性系数μ。本专利技术提供的微量液体粘度测量仪是在低压微流动实验装置上增加温度控制器组成的，如图1所示，包括储液罐、三通、温度控制器和温度测量部件；其特征在于还包括储气瓶、透明位移管、光学显微镜、微米管道和压力检测部件。其中储气瓶通过管道与储液罐连通，储液罐通过带阀的管道连通一三通，该三通的两端口分别与压力检测部件和微米管道连接，微米管道置于温度控制器中的实验段流道内，微米管道的另一端连接一透明位移管，该位移管的另一端口穿出温度控制器直通大气，测量套筒腔内温度的温度传感器放在接近微米管道的套筒壁的位置处，光学显微镜设置在位移管上方。所述的温度控制器如图2所示，包括一金属本体，其金属本体上开有放置需调温控温的微米管道的实验段流道和一放置温度传感器的孔，半导体制冷器安装在金属本体的表面上，散热器安装在半导体制冷器之上，金属本体外侧除安装半导体制冷器件之外的部位均用保温隔热层包覆，散热器与温度控制电路电连接。所述的透明位移管为玻璃、石英或其它透明材料制作的管子。所述的压力检测部件包括压力传感器或其它检测部件。所述的半导体制冷器安装在金属本体的1-6个面的任一个面上或多个面的任一种组合；并由常规反馈电路控制；具有既可使金属本体冷却、电源反接后又能加热金属本体的特点。所述的安装温度传感器的孔开在金属本体上靠近实验段的流道部分处。还包括一计算机，该计算机与所述温度传感器、压力检测部件和光学显微镜电连接。还包括一过滤液体中颗粒杂质和气泡的过滤器，该过滤器通过管道安装在所述储液罐和微米管道之间。所述的在储气瓶通过管道与储液罐连通，或储液罐通过管道连通一三通的管道中还可以安装有阀门，以便控制气体或液体的流量。本专利技术的优点在于本专利技术的微量液体粘度测量仪通过测量微米管道液体流动的流量-压力关系，间接测量液体的粘度，其结构是在微流动实验系统中增加恒温装置。该测量仪的毛细管是微米管道，需要的液体用量少，相应的恒温装置简单，易于在较宽的范围内控制温度，且具有测量周期短的特点。实验结果表明微量液体粘度测量仪绝对粘度测量结果与理论值符合很好，各点测量误差范围在0.5％-2.7％。若采用相对测量法，可避免由于微管道几何尺寸的测量带来的误差，则测量误差仅为小于1.2％。若增加恒温装置功率或驱动压力，可以扩大测量温度的范围及较高粘度的液体。如果将此仪器系统微型化，可以制成简易便携式粘度测量仪。总之，本专利技术具有以下优点1)液体用量少；2)恒温装置简单，恒温槽造价低；3)测量周期短；4)宜于小型化，便于携带。附图说明图1.本专利技术的微量液体粘度测量仪装置组成示意2.本专利技术的微量液体粘度测量仪中的温度控制器剖面示意3.本专利技术的微量液体粘度测量仪的一种实施例的组成示意4.水的粘度测量结果曲线图，图中●表示加热档升温，表示制冷档降温，◆表示制冷档升温，▲表示加热档制冷图中标示1.储气瓶 2.储液罐 3.阀4.三通 5.温度控制器 6.位移管7.光学显微镜 8.管道 9.温度测量部件10.压力检测部件 11.半导体制冷器(片)12.热电偶13.微米管道套筒 14.微米管道15.金属本体16.计算机17.过滤器具体实施方式实施例1按图1制作微量液体粘度测量仪，储气瓶1采氮气瓶，它通过管道8与储液罐2连通，储液罐2内装有水，并通过阀3连接三通4，该三通4的两端口分别与市场买来的压力传感器10和微米管道14连接；微米管道14是直径为20μm的石英圆管，放置在温度控制器5的实验段流道内，石英圆管14的另一端连接一带有刻度的玻璃位移管5该位移管6的另一端口穿出温度控制器5，直通大气；市场购买的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微量液体粘度的测量方法，其特征在于：根据不同温度下微米管道液体流量与压力的关系，通过温度传感器设定目标温度，由压力检测部件测出的压力读数，用热电偶测出的实际温度，以及用光学显微镜测得的计量用的透明位移管中液体端面的移动距离，运用μ＝πα／１２８ＱｌΔＰ公式，间接测量出所设定目标温度下液体的粘度；其式中ΔＰ是管端压降、μ是被测液体的动力粘性系数、ｄ是微米管道的直径、ｌ是微米管道的长度、Ｑ是被测微量液体的流量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：李战华，覃裕平，刘宗源，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]