專利名稱：一種毛細微管管徑的測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于毛細微管管徑的測量裝置。
背景技術(shù)：
毛細微管是指管內(nèi)徑小于200 μ m毛細管道，該管道在生醫(yī)檢測、制冷裝置、電子產(chǎn)品散熱、高效換熱器、建筑材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。獲知毛細微管管徑是毛細微管在這些領(lǐng)域應(yīng)用中所涉及的設(shè)計、性能優(yōu)化需要考慮的一個重要前提。例如，在制冷裝置中，毛細微管管徑不同對制冷裝置能效有著重要的的影響。因此，迫切需要掌握毛細微管管徑的測量方法。然而，傳統(tǒng)的測量手段難以實現(xiàn)對毛細微管管徑的測量。例如，一般游標卡尺的精度為O. 02_，無法精確測量毛細微管管徑。掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡等原子級別顯微測量工具由于成本太高無法在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。為此，本發(fā)明提供了一種毛細微管管徑的測量裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用于毛細微管管徑的測量裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是
一種毛細微管管徑的測量裝置，包括儲液容器、液體流量控制和壓力驅(qū)動裝置、測量段、流動壓降測試裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和液體回收裝置，所述的儲液容器通過管路與所述的液體流量控制和壓力驅(qū)動裝置連接，所述的液體流量控制和壓力驅(qū)動裝置通過恒溫流體循環(huán)器和過濾器與所述的測量段入口連接，所述的測量段出口與所述的液體回收裝置連接，所述的流動壓降測試裝置連接在所述的測量段入口和測量段出口之間，所述的流動壓降測試裝置與所述的數(shù)據(jù)采集裝置連接。所述的儲液容器內(nèi)裝有如甲醇、水、乙醇等液體工質(zhì)。所述的液體流量控制和壓力驅(qū)動裝置由壓力驅(qū)動裝置以及連接管路組成。所述的壓力驅(qū)動裝置可采用注射泵和注射器、高壓氮氣罐和儲液罐等。液體流量通過調(diào)節(jié)壓力驅(qū)動裝置推送液體速度來精確控制。測量中，只有一臺所述的壓力驅(qū)動裝置處于工作之中，當一臺壓力驅(qū)動裝置工作時，另一臺壓力驅(qū)動裝置可及時從所述的儲液容器中抽取液體工質(zhì)。采用兩臺并連的同種規(guī)格型號的壓力驅(qū)動裝置并各自配置有調(diào)節(jié)閥以保證壓力驅(qū)動裝置及時切換，進而達到液體流動工況的持續(xù)和穩(wěn)定。由于毛細微管中的流動阻力非常大，因而選用高壓壓力驅(qū)動裝置，以保證具有足夠的流體輸運能力。所述的測量段為毛細微管，毛細微管前連接有恒溫流體循環(huán)器和過濾器?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)所述的恒溫流體循環(huán)器流入換熱模塊與液體工質(zhì)間壁換熱的流體溫度和流量來控制進入所述的毛細微管的液體工質(zhì)的溫度。由于所述的毛細微管的內(nèi)徑很小(如ΙΟΟμπι)，所述的毛細微管前連接有所述的過濾器，防止雜質(zhì)進入所述的毛細微管，使所述的毛細微
管堵塞。所述的流動壓降測試裝置由壓差傳感器及其連接管道組成。所述的壓差傳感器連接于所述的毛細微管的前后并和所述的數(shù)據(jù)采集裝置。所述的數(shù)據(jù)采集裝置由數(shù)據(jù)采集儀、數(shù)據(jù)采集模塊和計算機組成。將溫度傳感器、壓力傳感器信號線連接至所述的數(shù)據(jù)采集模塊，并將數(shù)據(jù)采集模塊插入數(shù)據(jù)采集儀的模塊槽中。所述的數(shù)據(jù)采集儀自帶有數(shù)據(jù)采集軟件，可在計算機中對測量數(shù)據(jù)進行實時記錄、采集、顯不和保存。所述的液體回收裝置由液體回收器皿(如玻璃器皿燒杯)和稱量裝置(如電子天平)組成。進出所述的毛細微管的液體溫度由熱電偶測得，所述的毛細微管內(nèi)的液體流動壓降通過壓差傳感器測得，所述的毛細微管內(nèi)的液體流量可由壓力驅(qū)動裝置顯示得到也可由測量單位時間內(nèi)液體回收器皿中液體工質(zhì)的質(zhì)量增量而得到。所述的毛細圓形微管內(nèi)層流充分發(fā)展流動沿徑向r的常微分方程為 du AP —=--r(I )
dr
式中，為所述的液體工質(zhì)流過所述的毛細微管的壓降，L為所述的毛細微管的長度，Ih為所述的液體工質(zhì)動力粘度。對r積分，得
u = --^r2+C(2)
AP ,
在管壁處 ， P，得C =,帶入式(2)得
r =R U = O4.叫
A^ulL'}
式(3)即為所述的毛細微管內(nèi)層流流動的速度分布式，將速度分布表達式(3)沿所述的毛細微管的有效截面積分，可得計算所述的毛細微管內(nèi)體積流量β的表達式
_ I* , . rR LP ,γΛ. MPi 4 TiiPdi 、
Ql=IudA = I—r )2m￡r = —— = 7^-7- (4)
根據(jù)式(4)，可通過測量液體工質(zhì)流過所述的毛細微管的壓降Δρ和流量β ,求得所述的毛細微管的直徑i/
d = *^(5)
V -ιΑΡ
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明毛細微管管徑的測量裝置，有效地解決了解決了使用一般測量工具無法測得毛細微管管徑和使用原子級別顯微測量工具成本高的問題。采用測量液體工質(zhì)流過所述的毛細微管的壓降△ P和流量0來測得所述的毛細微管直徑V的方法具有易操作、測量精度高和成本花費低等優(yōu)點。


圖I毛細微管管徑測量系統(tǒng) 圖2壓差傳感器與毛細微管的連接。圖中I.儲液容器；2.液體流量控制和壓力驅(qū)動裝置；3.調(diào)節(jié)閥；4.管路；5.恒溫流體循環(huán)器；6.過濾器；7.熱電偶；8.流動壓降測試裝置；9.測量段；10.數(shù)據(jù)采集裝置；11.計算機；12.液體回收裝置；13.壓差傳感器；14.毛細微管；15.液體。
具體實施例方式 下面結(jié)合附圖進行更進一步的詳細說明
圖I給出了本測量方法的測量裝置圖，一種毛細微管管徑的測量裝置，由儲液容器I、液體流量控制和壓力驅(qū)動裝置2、測量段9、流動壓降測試裝置8、數(shù)據(jù)采集裝置10和液體回收裝置12組成。儲液容器I通過管路4與液體流量控制和壓力驅(qū)動裝置2連接，液體流量控制和壓力驅(qū)動裝置2通過恒溫流體循環(huán)器5和過濾器6與測量段9連接，測量段9前后 與流動壓降測試裝置8連接，流動壓降測試裝置8與數(shù)據(jù)采集裝置10連接，測量段9與液體回收裝置12連接。儲液容器I內(nèi)裝有液體工質(zhì)(如甲醇等)。液體流量控制和壓力驅(qū)動裝置2由壓力驅(qū)動裝置(如注射泵和注射器等)以及連接管路組成。液體流量通過調(diào)節(jié)壓力驅(qū)動裝置推送液體速度來精確控制。測量中，只有一臺所述的壓力驅(qū)動裝置處于工作之中，當一臺壓力驅(qū)動裝置工作時，另一臺壓力驅(qū)動裝置可及時從儲液容器I中抽取液體工質(zhì)。采用兩臺并連的同種規(guī)格型號的壓力驅(qū)動裝置并各自配置有調(diào)節(jié)閥3以保證壓力驅(qū)動裝置及時切換，進而達到液體流動工況的持續(xù)和穩(wěn)定。由于毛細微管中的流動阻力非常大，因而選用高壓壓力驅(qū)動裝置，以保證具有足夠的流體輸運能力。測量段9由毛細微管和連接管路組成。毛細微管前連接有恒溫流體循環(huán)器5和過濾器6?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)恒溫流體循環(huán)器5流入換熱模塊與液體工質(zhì)間壁換熱的流體溫度和流量來控制進入毛細微管的液體工質(zhì)的溫度。由于所述的毛細微管的內(nèi)徑很小(如100// ),毛細微管前連接有過濾器6，防止雜質(zhì)進入毛細微管，使毛細微管堵塞。數(shù)據(jù)采集裝置由數(shù)據(jù)采集儀(如Agilent公司生產(chǎn)的Agilent 34970A數(shù)據(jù)采集儀)、數(shù)據(jù)采集模塊(如Agilent公司生產(chǎn)Agilent 34901A數(shù)據(jù)采集模塊)和計算機組成。將溫度傳感器、壓力傳感器信號線連接至數(shù)據(jù)采集模塊，并將數(shù)據(jù)采集模塊插入數(shù)據(jù)采集儀的模塊槽中。數(shù)據(jù)采集儀自帶有數(shù)據(jù)采集軟件，可在計算機中對測量數(shù)據(jù)進行實時記錄、米集、顯不和保存。液體回收裝置由液體回收器皿(如玻璃器皿燒杯)和稱量裝置(如電子天平)組成。進出毛細微管的液體溫度由熱電偶測得，毛細微管內(nèi)的液體流動壓降通過壓差傳感器測得，毛細微管內(nèi)的液體流量可由壓力驅(qū)動裝置顯示得到也可由測量單位時間內(nèi)液體回收器皿中液體工質(zhì)的質(zhì)量增量而得到。圖2給出了壓差傳感器與毛細微管的連接方式，流動壓降測試裝置8由壓差傳感器及其連接管道組成。壓差傳感器連接于毛細微管的前后并和數(shù)據(jù)采集裝置。由毛細微管內(nèi)層流流動的常微分方程(I)可得計算毛細微管內(nèi)體積流量A的表達式(4)，根據(jù)式(4)，可通過測量液體工質(zhì)流過毛細微管的壓降和流量4，求得毛細微管的直徑d
權(quán)利要求
1.一種毛細微管管徑的測量裝置，其特征在于包括儲液容器、液體流量控制和壓力驅(qū)動裝置、測量段、流動壓降測試裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和液體回收裝置，所述的儲液容器通過管路與所述的液體流量控制和壓力驅(qū)動裝置連接，所述的液體流量控制和壓力驅(qū)動裝置通過恒溫流體循環(huán)器和過濾器與所述的測量段入口連接，所述的測量段出口與所述的液體回收裝置連接，所述的流動壓降測試裝置連接在所述的測量段入口和測量段出口之間，所述的流動壓降測試裝置與所述的數(shù)據(jù)采集裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的毛細微管管徑的測量裝置，其特征在于所述的儲液容器內(nèi)裝有液體工質(zhì)，所述的液體流量控制和壓力驅(qū)動裝置由壓力驅(qū)動裝置以及連接管路組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的毛細微管管徑的測量裝置，其特征在于所述的測量段為毛細微管，在毛細微管前連接所述的恒溫流體循環(huán)器和過濾器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的毛細微管管徑的測量裝置，其特征在于所述的流動壓降測試裝置包括壓差傳感器，所述的壓差傳感器連接于所述的毛細微管的前后并連接所述的數(shù)據(jù)采集裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的毛細微管管徑的測量裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集裝置由數(shù)據(jù)采集儀、數(shù)據(jù)采集模塊和計算機組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的毛細微管管徑的測量裝置，其特征在于所述的液體回收裝置由液體回收器皿和稱量裝置組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種毛細微管管徑的測量裝置，包括儲液容器、液體流量控制和壓力驅(qū)動裝置、測量段、流動壓降測試裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和液體回收裝置，儲液容器通過管路與所述的液體流量控制和壓力驅(qū)動裝置連接，液體流量控制和壓力驅(qū)動裝置通過恒溫流體循環(huán)器和過濾器與=測量段入口連接，測量段出口與所述的液體回收裝置連接，流動壓降測試裝置連接在=測量段入口和測量段出口之間，流動壓降測試裝置與所述的數(shù)據(jù)采集裝置連接。本發(fā)明解決了使用一般測量工具無法測得毛細微管管徑和使用原子級別顯微測量工具成本高的問題。采用測量液體工質(zhì)流過所述的毛細微管的壓降和流量來測得所述的毛細微管直徑的方法具有易操作、測量精度高和成本花費低等優(yōu)點。
文檔編號G01B13/08GK102901470SQ201210395018
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者陳永平, 張程賓, 姚洋陽, 施明恒 申請人:東南大學(xué)