本發(fā)明涉及粘度測量方法。尤其涉及一種粘度測量方法，包括：(i)在沒有振動的靜態(tài)狀態(tài)下獲取液滴的影像的步驟；(ii)利用振動器振動上述液滴并獲取上述液滴沿水平方向擴展最多或沿垂直方向擴展最多的動態(tài)狀態(tài)的影像的步驟；(iii)從在上述(i)步驟和(ii)步驟獲得的影像獲得上述液滴界面的靜態(tài)曲率變化率和動態(tài)曲率變化率的步驟；及(iv)將上述液滴界面的靜態(tài)曲率變化率和動態(tài)曲率變化率之比代入相對于上述振動器進行補正的交互方程式中以求得上述液滴的粘度的步驟。

背景技術：

流體的粘度(viscosity)是指對于流動的流體的抵抗尺度。即粘度是指移動的流體的內(nèi)部摩擦。在數(shù)學上粘度用對垂直于流體的流動方向的速度傾斜度的單位面積的切線方向的摩擦力的比率表示。

粘度計(viscometer)是用于測量流體的粘度的儀器，現(xiàn)在使用較多的粘度計是毛細管粘度計、旋轉(zhuǎn)式粘度計等。對上述粘度計的測量原理及功能簡單說明如下：

旋轉(zhuǎn)式粘度計是通過測量運動中的液體對圓筒或圓盤產(chǎn)生的抵抗力來測量液體的粘度的儀器。旋轉(zhuǎn)式粘度計適合于測量中間剪切率區(qū)域的粘度，但不適合于測量零剪切率粘度。

毛細管粘度計是通過測量正常流動狀態(tài)的液體的質(zhì)量流量和壓力下降量并利用泊肅葉(POISEUILLE)定律測量粘度的儀器。但是，在使用毛細管粘度計測量粘度時，因粘度與毛細管的直徑的四次方成長比，因此需要對毛細管進行非常精密的校準(calibration)。

尤其是，在需要使用一次性毛細管的血液粘度測量的情況下，難以對所有一次性毛細管進行精密的校準，而且還存在對校準之后的毛細管進行徹底清洗的問題。若不對毛細管進行校準，則事實上無法確保血液粘度測量值的準確性。

上述現(xiàn)有技術的機械方式的粘度測量方法因使用過多的液體和污染問題，尤其不適合于診斷和檢查裝置。

基于影像的粘度測量方法，液體的使用量少，花費少，可進行快速測量，但難以準確測量。其原因是當利用液滴的固有頻率測量粘度時，上述液滴的固有頻率幾乎不受粘度的影響。另外，當利用液體的振幅測量粘度時，上述液滴的振幅不僅受粘度的影響，還受液滴的體積、表面張力、密度、振動器的振幅等的影響，因此無法準確補正上述變量，因此準確的粘度測量非常難。

本發(fā)明人著眼于振動狀態(tài)的液滴的動態(tài)曲率變化率和靜態(tài)曲率變化率之比只受液體粘度影響的特點完成了本發(fā)明。

技術實現(xiàn)要素：

技術課題

本發(fā)明的目的在于提供一種粘度測量方法，包括：(i)在沒有振動的靜態(tài)狀態(tài)下獲取液滴的影像的步驟；(ii)利用振動器振動上述液滴并獲取上述液滴沿水平方向擴展最多或沿垂直方向擴展最多的動態(tài)狀態(tài)的影像的步驟；(iii)從在上述(i)步驟和(ii)步驟獲得的影像獲得上述液滴界面的靜態(tài)曲率變化率和動態(tài)曲率變化率的步驟；及(iv)將利用下述數(shù)學式(3)求得的上述液滴界面的靜態(tài)曲率變化率和動態(tài)曲率變化率之比代入下述數(shù)學式(4)的相對于上述振動器進行補正的交互方程式中以求得上述液滴的粘度的步驟。

解決技術問題的方法

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：提供一種粘度測量方法，包括：(i)在沒有振動的靜態(tài)狀態(tài)下獲取液滴的影像的步驟；(ii)利用振動器振動上述液滴并獲取上述液滴沿水平方向擴展最多或沿垂直方向擴展最多的動態(tài)狀態(tài)的影像的步驟；(iii)從在上述(i)步驟和(ii)步驟獲得的影像獲得上述液滴界面的靜態(tài)曲率變化率和動態(tài)曲率變化率的步驟；及(iv)將利用下述數(shù)學式(3)求得的上述液滴界面的靜態(tài)曲率變化率和動態(tài)曲率變化率之比代入下述數(shù)學式(4)的相對于上述振動器進行補正的交互方程式中以求得上述液滴的粘度的步驟。

在本發(fā)明的方法中，上述液滴掛在振動器機構(gòu)或放在振動盤上。拍攝通過上述振動機構(gòu)或振動盤振動的液滴，以獲得上述液滴沿水平方向擴展最多或沿垂直方向擴展最多的狀態(tài)的影像。沒有振動的靜態(tài)狀態(tài)的液滴影像可在獲得上述動態(tài)狀態(tài)的影響之前或之后獲得。

之后，在靜態(tài)狀態(tài)的液滴影像獲得靜態(tài)狀態(tài)的液滴界面的曲率變化率，使用所有動態(tài)狀態(tài)的液滴影像或使用其中的一個影像獲得上述液滴的動態(tài)狀態(tài)的曲率變化率。

利用這樣獲得的曲率變化率，向相對于上述振動器進行補正的交互方程式中代入上述液滴的靜態(tài)狀態(tài)及動態(tài)狀態(tài)的曲率變化率求得上述液滴的粘度。

本發(fā)明的方法可適用于各種液體，尤其是體液。具體而言，上述體液可以是血液、小便等體液。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的方法，可非常容易、準確、快速地測量液體的粘度。尤其是，本發(fā)明的方法可用于如血液的粘度測量等診斷及檢查領域。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個方面測量粘度的振動的液滴示意圖；

圖2在根據(jù)液體的體積的固有頻率中的液滴的振幅變化示意圖；

圖3在根據(jù)液體的體積的固有頻率中的液滴的動態(tài)曲率變化率示意圖；

圖4為在根據(jù)液體的表面張力的固有頻率中的液滴的動態(tài)曲率變化率變化示意圖；

圖5在根據(jù)液體的表面張力的固有頻率中的液滴的動態(tài)曲率變化率和靜態(tài)曲率變化率之比的變化示意圖。

最佳實施方式

下面，結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。但是，對如下附圖的說明，只是對具體的實施方式進行的特定的說明，而非利用所記載的內(nèi)容限定或重新解釋本發(fā)明的權(quán)利范圍。

本發(fā)明的利用液滴的動態(tài)曲率變化率和靜態(tài)曲率變化李之比的粘度測量方法通過分析液滴的界面形狀獲得粘度測量所需的信息。

靜態(tài)狀態(tài)的液滴的界面形狀為表面張力(σ)和界面的曲率(κ)產(chǎn)生毛細管力(σκ)和由液滴和外部空氣的密度差(Δρ)產(chǎn)生的高度(z)成比例產(chǎn)生的水頭壓力(Δρgz)達到平衡時的形狀。這可用如下數(shù)學式(1)的靜態(tài)力學拉普拉斯方程表示。

在上述數(shù)學式(1)中，為高度方向的界面的曲率變化率，而下標s表示靜態(tài)狀態(tài)。從拍攝靜態(tài)狀態(tài)的液滴所獲得的界面的形狀計算曲率變化率并將其代入數(shù)學式(1)求得表面張力和密度差之比。從界面形狀獲得曲率變化率的方法有數(shù)值解釋法、微擾法或利用液滴的寬度和高度的方法等各種方法。

根據(jù)本發(fā)明的粘度測量方法，在固有頻率下振動液滴并瞬間拍攝振動的液滴分析液滴的界面形狀。液滴可以是掛在振動的機構(gòu)的形式(pendent drop)，也可以是放在振動的盤上的形式(sessile drop)。在振動的過程中，液滴重復垂直擴展(prolate)之后水平擴展(oblate)的過程，此時，拍攝變形的液滴分析界面形狀，即可獲得動態(tài)狀態(tài)的液滴界面的曲率變化率。將上述動態(tài)狀態(tài)的液滴曲率變化率打入下述數(shù)學式(2)，則可求得具有與表面張力相同單位的新的參數(shù)(σd)。

在上述數(shù)學式(2)中，下表d表示動態(tài)(dynamic)狀態(tài)。這樣求得新的參數(shù)不是表示現(xiàn)有的物理性質(zhì)，在本說明書中將其定義為動態(tài)曲率張力(dynamic curvature tension)。

動態(tài)曲率張力隨液滴的粘度靈敏變化之外，不對所使用的液滴的體積變化幾乎不產(chǎn)生影響。另外，在所使用的液滴的表面張力發(fā)生變化時，動態(tài)曲率張力也發(fā)生變化，但下述數(shù)學式(3)中所定義的動態(tài)曲率張力和靜態(tài)狀態(tài)下的實際表面張力之比(σ_d/σ)幾乎不發(fā)生變化，只對粘度產(chǎn)生影響。如下述數(shù)學式(3)所示，其值將與動態(tài)曲率變化率和靜態(tài)曲率變化率之比相同，從而成為與液體的粘度、表面張力及重力無關的無因次數(shù)。

因此，利用本發(fā)明的粘度測量方法時，對測量時使用的振動器的振幅通過補正測量根據(jù)粘度的曲率變化率之比

之后，將其保存為下述數(shù)學式(4)的預先補正的交互方程式。

另外，測量新的流體的粘度時，在靜態(tài)狀態(tài)下通過分析液滴的界面形狀獲得在振動狀態(tài)下通過分析液滴的界面形狀獲得并通過對振動器預先補正的交互方程式，即數(shù)學式(4)，不受所使用的液滴的體積變化和表面張力變化的影響而測得準確的粘度。

在本發(fā)明的方法中，為了驗證曲率變化率之比和粘度的關系是否不受所使用的液體的體積變化和表面張力變化的影響，對各參數(shù)進行了參數(shù)研究(parametric study)。

但是，因事實上通過實驗各自改變作為對液滴的振動產(chǎn)生影響的因素的粘度、表面張力、體積等，因此利用數(shù)值解釋模擬液滴的振動并獨立改變各因素觀察期影響。

首先，為了考察體積的影響，將表面張力為0.06N/m的流體的體積改變?yōu)?μL、10μL、11μL的同時，比較振動結(jié)果。

如圖1所示，觀察液滴的振幅可知，液滴的振幅隨粘度變化，而對所使用的液滴的體積也敏感地發(fā)生變化。與此相反，如圖2所示，動態(tài)曲率張力雖然對粘度敏感地發(fā)生變化，但幾乎不受所使用的液滴的體積的影響。

接著，為了考察表面張力的影響，將10μL的液滴表面張力改變?yōu)?.054N/m、0.06N/m、0.066N/m的同時，比較振動結(jié)果。

如圖3所示，動態(tài)曲率變化隨表面張力敏感地發(fā)生變化。與此相反，如圖4所示，動態(tài)曲率張力和表面張力之比雖然對粘度敏感地發(fā)生變化，但幾乎不受表面張力的影響。