[發(fā)明專利]液體參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410785514.2
• 申請(qǐng)日: 2015-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN104502240A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜玉雁;郭朝紅;王濤;孫彥紅;唐大偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號(hào): G01N13/02
• 分類號(hào): G01N13/02;G01N11/06
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測(cè)量?jī)x器/儀表技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種液體參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

粘度、表面張力是液體的主要物性參數(shù)，是石油化工、醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域檢測(cè)的重要參數(shù)。粘度與表面張力的測(cè)量在科研、技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)品制造上具有重要的意義。測(cè)量液體粘度的方法有毛細(xì)管法、旋轉(zhuǎn)柱法等。測(cè)量表面張力的方法有最大氣泡壓力法、氣泡幅頻當(dāng)量法等。

毛細(xì)管法測(cè)定液體粘度的理論基礎(chǔ)是Poiseulle定律，即通過(guò)測(cè)量液體在一定壓差作用下流經(jīng)一定長(zhǎng)度的毛細(xì)管所用的時(shí)間，來(lái)計(jì)算粘度。毛細(xì)管法操作繁瑣，用秒表記錄時(shí)間會(huì)帶來(lái)主觀性誤差，大大降低測(cè)量精度，不適合在線快速測(cè)量。

2004年，Silber等研制了基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的微型毛細(xì)管粘度計(jì)(Silber?Z.H.，Tan?Y.P.，Wen?P.F.A?Microtube?Viscometer?with?a?Thermostat.Experiments?in?Fluids，2004，36(4)：586-592)，其裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。裝置通過(guò)裝有CCD的立體顯微鏡監(jiān)測(cè)液滴流經(jīng)毛細(xì)管的流速，通過(guò)壓力傳感器和溫度傳感器對(duì)液體壓力和溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，轉(zhuǎn)換后的三路信號(hào)均由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析，進(jìn)而計(jì)算液體的粘度值。根據(jù)Hagen-Poiseuille方程，液體粘度可由下式計(jì)算：

μ=πd4128QlΔp---(1)]]>

Q=πd4S4t---(2)]]>

式中，d為毛細(xì)管直徑，l為毛細(xì)管長(zhǎng)度，Q為毛細(xì)管內(nèi)液體的流量，Δp為毛細(xì)管兩端液體壓差，S為t時(shí)間內(nèi)流過(guò)的有效液體長(zhǎng)度，t為測(cè)量時(shí)間。

該測(cè)量方法與傳統(tǒng)的毛細(xì)管法相同，是基于流體單相流動(dòng)的流阻與粘性的關(guān)系來(lái)測(cè)量液體粘度的。然而，該測(cè)量方法是基于流體單相流動(dòng)的流阻與粘性的關(guān)系來(lái)測(cè)量液體粘度的，只能用于測(cè)量液體的粘度，無(wú)法測(cè)量其他物性參數(shù)。

請(qǐng)參照?qǐng)D2，采用旋轉(zhuǎn)柱體法測(cè)量液體粘度的基本原理為：內(nèi)外柱體之間充以待測(cè)液體，當(dāng)外圓柱體勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)柱體靜止不動(dòng)時(shí)，二柱體之間的液體內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)摩擦，對(duì)內(nèi)旋轉(zhuǎn)柱體施加一個(gè)切應(yīng)力，通過(guò)測(cè)量此切應(yīng)力即可計(jì)算液體粘度值。采用此方法測(cè)量液體粘度，要求液體與內(nèi)外柱體間無(wú)滑動(dòng)摩擦，因此被測(cè)液體必須與內(nèi)外筒材質(zhì)潤(rùn)濕性良好，需要針對(duì)不同的液體選擇不同的筒體材料；另外液體必須在測(cè)量過(guò)程中保證成分均勻且處于層流狀態(tài)，內(nèi)外柱體間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度不易過(guò)大，因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速有所限制。

最大氣泡壓力法測(cè)量液體的表面張力，是通過(guò)向插入液體的毛細(xì)管輕輕吹入惰性氣體，利用最大壓差與氣泡半徑的量化關(guān)系來(lái)計(jì)算表面張力。此方法需保證氣泡近球形，需選擇合適的毛細(xì)管內(nèi)徑。

請(qǐng)參照?qǐng)D3，采用氣泡幅頻當(dāng)量法測(cè)量表面張力的原理為：利用一個(gè)恒壓氣源，在限定時(shí)間內(nèi)通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管向被測(cè)液體吹氣，監(jiān)測(cè)氣泡不斷形成、長(zhǎng)大和破滅的過(guò)程，可獲得一條等幅振蕩曲線。曲線的振幅和頻率分別代表氣泡內(nèi)壓差變化幅值和氣泡形成速度，并且氣泡內(nèi)壓差變化幅值和氣泡形成速度與液體表面張力密切相關(guān)，因此，可根據(jù)曲線振幅和頻率求解出一個(gè)與真實(shí)表面張力相當(dāng)?shù)臄?shù)值，稱為當(dāng)量表面張力。計(jì)算當(dāng)量表面張力的公式為式(3)：