專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于測(cè)量液體粘度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種液體粘度測(cè)量?jī)x，特別是涉及一種用于測(cè)量微量液體的粘度的裝置。
液體的粘性是由分子引力所致。液體的動(dòng)力黏性系數(shù)μ與該液體的物性、環(huán)境壓力P和溫度T有關(guān)。液體粘溫關(guān)系的通用表達(dá)式是Andrade式μ＝Aexp(E/kT)(1)式中A--實(shí)驗(yàn)常數(shù)，在不同溫度下實(shí)驗(yàn)求得；k--波耳茨曼常數(shù)，或稱(chēng)氣體常數(shù)；T--絕對(duì)溫度；E--粘流活化能，它表示分子由一個(gè)位置遷移到另一位置所須的能量。與分子結(jié)構(gòu)、分子鏈的長(zhǎng)短及溫度有關(guān)。
但由于實(shí)驗(yàn)使用的各種液體的密度、濃度不同，僅由公式(1)無(wú)法給出液體的實(shí)際黏度，必須對(duì)實(shí)驗(yàn)液體進(jìn)行測(cè)量。
現(xiàn)有的粘度測(cè)量方法主要有毛細(xì)管法、旋轉(zhuǎn)法、落體法、振動(dòng)法、平板法等。最簡(jiǎn)單的測(cè)量方法是毛細(xì)管法，即Pinkevitch粘度計(jì)。該測(cè)量方法用的毛細(xì)管的內(nèi)徑一般為mm量級(jí)，所需實(shí)驗(yàn)液體在10ml以上。實(shí)驗(yàn)溫度則通過(guò)恒溫槽控制。如果測(cè)定溫度的范圍比較寬，在5～50℃之間，恒溫槽的造價(jià)將非常昂貴。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型提供的一種用于測(cè)量液體粘度的裝置，包括儲(chǔ)液罐、三通、溫度控制器和溫度測(cè)量部件；其特征在于還包括儲(chǔ)氣瓶、透明位移管、光學(xué)顯微鏡、微米管道和壓力檢測(cè)部件。其中儲(chǔ)氣瓶通過(guò)管道與儲(chǔ)液罐連通，儲(chǔ)液罐通過(guò)帶閥的管道連通一三通，該三通的兩端口分別與壓力檢測(cè)部件和微米管道連接，微米管道置于溫度控制器中的實(shí)驗(yàn)段流道內(nèi)，微米管道的另一端連接一透明位移管，該位移管的另一端口穿出溫度控制器直通大氣，測(cè)量套筒腔內(nèi)溫度的溫度傳感器放在接近微米管道的套筒壁的位置處，光學(xué)顯微鏡設(shè)置在位移管上方。如

圖1所示。
所述的溫度控制器如圖2所示，包括一金屬本體，其金屬本體上開(kāi)有放置需調(diào)溫控溫的微米管道的實(shí)驗(yàn)段流道和一放置溫度傳感器的孔，半導(dǎo)體制冷器安裝在金屬本體的表面上，散熱器安裝在半導(dǎo)體制冷器之上，金屬本體外側(cè)除安裝半導(dǎo)體制冷器件之外的部位均用保溫隔熱層包覆，散熱器與溫度控制電路電連接。
所述的透明位移管為玻璃、石英或其它透明材料制作的管子。
所述的壓力檢測(cè)部件包括壓力傳感器或其它檢測(cè)部件。
所述的半導(dǎo)體制冷器安裝在金屬本體的1-6個(gè)面的任一個(gè)面上或多個(gè)面的任一種組合；并由常規(guī)反饋電路控制；具有既可使金屬本體冷卻、電源反接后又能加熱金屬本體的特點(diǎn)。
還包括一計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)與所述溫度傳感器、壓力檢測(cè)部件和光學(xué)顯微鏡電連接。
還包括一過(guò)濾液體中顆粒雜質(zhì)和氣泡的過(guò)濾器，該過(guò)濾器通過(guò)管道安裝在所述儲(chǔ)液罐和微米管道之間。
所述的在儲(chǔ)氣瓶通過(guò)管道與儲(chǔ)液罐連通，或儲(chǔ)液罐通過(guò)管道連通一三通的管道中還可以安裝有閥門(mén)，以便控制氣體或液體的流量。
應(yīng)用本實(shí)用新型提供的測(cè)量液體粘度裝置進(jìn)行測(cè)量的方法是根據(jù)不同溫度下微米管道液體流量與壓力的關(guān)系，通過(guò)溫度傳感器設(shè)定目標(biāo)溫度，由壓力檢測(cè)部件測(cè)出的壓力讀數(shù)，用熱電偶測(cè)出的實(shí)際溫度，以及用光學(xué)顯微鏡測(cè)得的計(jì)量用的透明位移管中液體端面的移動(dòng)距離，運(yùn)用μ=πd4128QlΔP]]>公式，其式中ΔP是管端壓降、μ是被測(cè)液體的動(dòng)力粘性系數(shù)、d是微米管道的直徑、l是微米管道的長(zhǎng)度、Q是被測(cè)微量液體的流量，間接測(cè)量出所設(shè)定目標(biāo)溫度下液體的粘度。
已有實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)20μm及以上的微米管道，在一定的壓力范圍內(nèi)，簡(jiǎn)單液體的流動(dòng)規(guī)律符合H-P流。微量液體粘度測(cè)量?jī)x根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用20μm微米管道，測(cè)量壓力和流量關(guān)系，由公式(2)計(jì)算出黏性系數(shù)μ。
所述的安裝溫度傳感器的孔開(kāi)在金屬本體上靠近實(shí)驗(yàn)段的流道部位處。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型的用于測(cè)量液體粘度的裝置通過(guò)測(cè)量微米管道液體流動(dòng)的流量-壓力關(guān)系，間接測(cè)量液體的粘度，其結(jié)構(gòu)是在微流動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中增加恒溫裝置。該測(cè)量?jī)x的毛細(xì)管是微米管道，需要的液體用量少，相應(yīng)的恒溫裝置簡(jiǎn)單，易于在較寬的范圍內(nèi)控制溫度，且具有測(cè)量周期短的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微量液體粘度測(cè)量?jī)x絕對(duì)粘度測(cè)量結(jié)果與理論值符合很好，各點(diǎn)測(cè)量誤差范圍在0.5％-2.7％。若采用相對(duì)測(cè)量法，可避免由于微管道幾何尺寸的測(cè)量帶來(lái)的誤差，則測(cè)量誤差僅為小于1.2％。若增加恒溫裝置功率或驅(qū)動(dòng)壓力，可以擴(kuò)大測(cè)量溫度的范圍及較高粘度的液體。如果將此儀器系統(tǒng)微型化，可以制成簡(jiǎn)易便攜式粘度測(cè)量?jī)x。
總之，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1)液體用量少；2)恒溫裝置簡(jiǎn)單，恒溫槽造價(jià)低；3)測(cè)量周期短；4)宜于小型化，便于攜帶。
圖4.水的粘度測(cè)量結(jié)果曲線(xiàn)圖，圖中●表示加熱檔升溫，表示制冷檔降溫，◆表示制冷檔升溫，▲表示加熱檔制冷圖中標(biāo)示1.儲(chǔ)氣瓶2.儲(chǔ)液罐 3.閥4.三通 5.溫度控制器 6.位移管7.光學(xué)顯微鏡8.管道 9.溫度測(cè)量部件10.壓力檢測(cè)部件 11.半導(dǎo)體制冷器(片) 12.熱電偶13.微米管道套筒 14.微米管道 15.金屬本體16.計(jì)算機(jī) 17.過(guò)濾器按圖2制作一種用于粘度測(cè)量的微型可調(diào)節(jié)恒溫裝置，采用一塊長(zhǎng)180mm的矩形銅板作為金屬本體15，其截面積為50mm×50mm；在其中部沿長(zhǎng)邊方向打一道孔，放置石英圓管14，另外，在實(shí)驗(yàn)段流道相鄰部位再開(kāi)一能插熱電偶9的直徑為4mm大小的孔道；在金屬本體15的上部與散熱器之間安裝一半導(dǎo)體制冷器11；金屬本體除頂面安裝半導(dǎo)體制冷器部分外的部位均用保溫材料隔熱包覆；微米管道14后端連接一根玻璃位移管6，熱電偶9固定在金屬本體15內(nèi)靠近實(shí)驗(yàn)段流道附近的部位，該熱電偶9與溫度控制儀表電連接；散熱器與溫度控制電路電連接；該溫度控制電路分別與直流電源和溫度控制儀表電連接。其中控制電路是通常的溫控電路，半導(dǎo)體制冷片11是市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的一長(zhǎng)40mm×厚4mm的；其余熱電偶9、直流電源、溫度控制儀表均是市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的。
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，還增加計(jì)算機(jī)16，它與溫度控制器的溫度傳感器9、壓力傳感器10以及光學(xué)顯微鏡7電連接；在儲(chǔ)液罐2和石英圓管14之間增加過(guò)濾器17，其濾膜孔徑為0.2μm，儲(chǔ)氣瓶11、儲(chǔ)液罐2、過(guò)濾器17之間用耐高壓的塑料軟管連接，接頭采用硬密封。
權(quán)利要求1.一種用于測(cè)量液體粘度的裝置，包括儲(chǔ)液罐、三通、溫度控制器和溫度測(cè)量部件；其特征在于還包括儲(chǔ)氣瓶、透明位移管、光學(xué)顯微鏡、微米管道和壓力檢測(cè)部件；其中儲(chǔ)氣瓶通過(guò)管道與儲(chǔ)液罐連通，儲(chǔ)液罐通過(guò)管道連通一三通，該三通的兩端口分別與壓力檢測(cè)部件和微米管道連接，微米管道置于溫度控制器中的實(shí)驗(yàn)段流道內(nèi)，微米管道的另一端連接一透明位移管，該位移管的另一端口穿出溫度控制器直通大氣，測(cè)量實(shí)驗(yàn)段流道內(nèi)溫度的溫度傳感器放在溫度控制器中的接近微米管道處，光學(xué)顯微鏡設(shè)置在透明位移管上方。
2.按權(quán)利要求1所述的用于測(cè)量液體粘度的裝置，其特征在于所述的透明位移管為玻璃、石英或其它透明材料制作的管子。
3.按權(quán)利要求1所述的用于測(cè)量液體粘度的裝置，其特征在于所述的壓力檢測(cè)部件包括壓力傳感器或其它檢測(cè)部件。
4.按權(quán)利要求1所述的用于測(cè)量液體粘度的裝置，其特征在于所述的溫度控制器包括一金屬本體，其金屬本體上開(kāi)有放置需調(diào)溫控溫的微米管道的實(shí)驗(yàn)段流道和一放置溫度傳感器的孔，半導(dǎo)體制冷器安裝在金屬本體的表面上，金屬本體外側(cè)除安裝半導(dǎo)體制冷器件之外的部位均用保溫隔熱層包覆，所述的溫度傳感器與溫度控制儀表電連接。
5.按權(quán)利要求4所述用于測(cè)量液體粘度的裝置，其特征在于所述的半導(dǎo)體制冷器安裝在金屬本體的1-6個(gè)面的任一個(gè)面上或多個(gè)面的任一種組合；并由常規(guī)反饋電路控制。
6.按權(quán)利要求4所述用于測(cè)量液體粘度的裝置，其特征在于安裝溫度傳感器的孔開(kāi)在金屬本體上靠近實(shí)驗(yàn)段的流道部位處。
7.按權(quán)利要求1或4所述的用于測(cè)量液體粘度的裝置，其特征在于還包括一計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)與所述溫度傳感器、壓力檢測(cè)部件和光學(xué)顯微鏡電連接。
8.按權(quán)利要求1或4所述的用于測(cè)量液體粘度的裝置，其特征在于還包括一過(guò)濾液體中顆粒雜質(zhì)和氣泡的過(guò)濾器，該過(guò)濾器通過(guò)管道安裝在所述儲(chǔ)液罐和微米管道之間。
9.按權(quán)利要求1、4或8所述的用于測(cè)量液體粘度的裝置，其特征在于所述的管道中安裝有閥門(mén)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于測(cè)量液體粘度的裝置。該裝置包括儲(chǔ)氣瓶通過(guò)管道與儲(chǔ)液罐連通，儲(chǔ)液罐通過(guò)管道連通一三通，該三通的兩端口分別與壓力檢測(cè)部件和微米管道連接，微米管道置于溫度控制器中的實(shí)驗(yàn)段流道內(nèi)，微米管道的另一端連接一透明位移管，該位移管的另一端口穿出溫度控制器直通大氣，測(cè)量實(shí)驗(yàn)段流道內(nèi)溫度的溫度傳感器放在溫度控制器中的接近微米管道處，光學(xué)顯微鏡設(shè)置在透明位移管上方。它通過(guò)測(cè)量微米管道液體流動(dòng)的流量－壓力關(guān)系，間接測(cè)量液體的粘度，提供了一種液體用量少、恒溫裝置簡(jiǎn)單和攜帶方便的液體粘度測(cè)量?jī)x。
文檔編號(hào)G01N11/08GK2578817SQ02285488
公開(kāi)日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2002年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月20日
發(fā)明者李戰(zhàn)華, 覃裕平, 劉彬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所