一種用毛細(xì)管測量液體粘度的方法以及用于該方法的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用毛細(xì)管測量液體粘度的方法，屬于分析化學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 毛細(xì)管是儀器分析、滲流力學(xué)實驗中必需的一種部件。毛細(xì)管作為分析部件的核 屯、部分，在物化分析、藥物分析、環(huán)境分析W及生命科學(xué)分析等領(lǐng)域中有著重要作用。目前 分析領(lǐng)域向微觀尺度的發(fā)展是對微觀世界的探索W及對樣品的低耗W至無損分析等方面 的延伸和進(jìn)步。另外，很多情況下，同一種物質(zhì)在宏觀尺度和微觀尺度下，可能表現(xiàn)出不相 同的物化性質(zhì)，樣品在微觀尺度下的毛細(xì)管中的流動性質(zhì)用宏觀尺度下的測量工具進(jìn)行測 量的時候，與實際情況不相符。
[0003] 目前，在儀器分析和工業(yè)上廣泛使用毛細(xì)管粘度計（奧氏粘度計、烏氏粘度計等） 對液體的粘度進(jìn)行測定。該些測量方法是有其局限性的；第一，現(xiàn)有的毛細(xì)管粘度計通過 測量一定體積的液體在重力作用下通過垂直毛細(xì)管的時間計算出其流速，并通過相關(guān)理論 計算出目標(biāo)液體的粘度，并且測試時必須要有參比標(biāo)準(zhǔn)樣品，通過測定已知粘度的標(biāo)準(zhǔn)液 體和未知粘度的待測樣品兩者的流速，兩者相比得出待測樣品的粘度；第二在此測試過程 中，液體落下的流速只受重力影響，而不能改變測試的壓強(qiáng)，該對某些在不同壓強(qiáng)或剪切作 用下粘度有所改變的樣品來說，是有較大的局限性的；第=，現(xiàn)有的毛細(xì)管粘度計其核屯、部 件毛細(xì)管的內(nèi)徑一般在0. 1mm~10mm，然而，若需考察在微米級別W下的液體的粘度，是無 法通過確定液體的體積來計算液體的流速的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用毛細(xì)管測量液體粘度的方法 W及用于該方法的裝置。本發(fā)明方法簡單、數(shù)據(jù)可靠，測定范圍在微米級，突破了W往方法 的測量極限，在測量過程中不需要標(biāo)準(zhǔn)樣品作為參比，并且可W自由調(diào)節(jié)所需要的壓強(qiáng)，還 能夠測量兩種液體相互作用下的實時流動粘度；所用裝置結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，相關(guān)參數(shù)方 便控制，數(shù)值易讀，處理數(shù)據(jù)方便、簡單。
[0005] 本發(fā)明提供一種用毛細(xì)管測量單一液體的粘度的方法，該方法包括如下步驟：
[0006] (la)在兩個儲液罐之一中注入待測液體，并使毛細(xì)管的一端與注入了待測液體的 儲液罐連接，使端口被液封，另一端與未注入待測液體的儲液罐氣密連接；
[0007](化）調(diào)節(jié)毛細(xì)管兩端的壓強(qiáng)差A(yù)P，該壓強(qiáng)差由毛細(xì)管兩端的壓強(qiáng)測量設(shè)備的讀 數(shù)差值得出，即AP=IP1-P2I，P1和P2分別為毛細(xì)管兩側(cè)儲液罐的壓強(qiáng)；
[000引 （Ic)測量出固定液柱長度L下，不同壓強(qiáng)差A(yù)P時液體的流動速率V;
[0009] (Id)作v(A巧關(guān)系直線，其中V為縱坐標(biāo)，AP為橫坐標(biāo)，求出直線的斜率k，計 算待測液體的粘度?7 = ^ ,其中r為毛細(xì)管的半徑，L為待測液體在毛細(xì)管中的液柱長度。
[0010] 根據(jù)一種優(yōu)選實施方案，本發(fā)明的用毛細(xì)管測量單一液體的粘度的方法還包括W 下步驟：
[0011] (le)在不同的液柱長度L下重復(fù)步驟（Ic)至（Id),針對不同的L分別計算待測 液體的粘度n，并對得到的多個粘度n取平均值。
[0012] 本發(fā)明還提供在兩種不相溶液體在毛細(xì)管中流動時測量其中一種液體的實時粘 度的方法，其中一種液體的粘度為已知，所述方法包括如下步驟：
[0013] (2a)在兩個儲液罐之一中注入粘度未知的液體A，并使毛細(xì)管一端與注入了液體 A的儲液罐連接，使端口被液封后，令液體A充滿毛細(xì)管；
[0014] (2b)在另一個儲液罐中注入粘度已知的液體B，把上述毛細(xì)管的另一側(cè)與儲液罐 B連接，使端口被液封；
[0015] (2c)調(diào)節(jié)毛細(xì)管兩端的壓強(qiáng)差A(yù)P，使得液體A和液體B共存于毛細(xì)管中，該壓強(qiáng) 差由毛細(xì)管兩端的壓強(qiáng)測量設(shè)備上的讀數(shù)差值得出，即AP=IP1-P2I，P1和P2分別為 毛細(xì)管兩側(cè)儲液罐的壓強(qiáng)；
[0016] (2d)測量出固定液柱長度La、Le下，不同壓強(qiáng)差A(yù) P時液體的流動速率V;
[0017] (2e)作v( A巧關(guān)系直線，其中V為縱坐標(biāo)，AP為橫坐標(biāo)，求出直線的斜率k，則 待測液體的粘度
【主權(quán)項】
1. 一種用毛細(xì)管測量單一液體的粘度的方法，該方法包括如下步驟： (la) 在兩個儲液罐之一中注入待測液體，并使毛細(xì)管的一端與注入了待測液體的儲液 罐連接，使端口被液封，另一端與未注入待測液體的儲液罐氣密連接； (lb) 調(diào)節(jié)毛細(xì)管兩端的壓強(qiáng)差ΛΡ，該壓強(qiáng)差由毛細(xì)管兩端的壓強(qiáng)測量設(shè)備的讀數(shù)差 值得出，即ΛΡ= I P1-P2 I，P1和P2分別為毛細(xì)管兩側(cè)儲液罐的壓強(qiáng)； (lc) 測量出固定液柱長度L下，不同壓強(qiáng)差△ P時液體的流動速率V ; (ld) 作ν(ΔΡ)關(guān)系直線，其中V為縱坐標(biāo)，ΔΡ為橫坐標(biāo)，求出直線的斜率k，計算待 測液體的粘度
> 其中r為毛細(xì)管的半徑，L為待測液體在毛細(xì)管中的液柱長度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟： (le) 在不同的液柱長度L下重復(fù)步驟（Ic)至（Id)，針對不同的L分別計算待測液體 的粘度η，并對得到的多個粘度η取平均值。
3. 在兩種不相溶液體在毛細(xì)管中流動時測量其中一種液體的實時粘度的方法，其中一 種液體的粘度為已知，所述方法包括如下步驟： (2a)在兩個儲液罐之一中注入粘度未知的液體Α，并使毛細(xì)管一端與注入了液體A的 儲液罐連接，使端口被液封后，令液體A充滿毛細(xì)管； (2b)在另一個儲液罐中注入粘度已知的液體B，把上述毛細(xì)管的另一側(cè)與儲液罐B連 接，使端口被液封； (2c)調(diào)節(jié)毛細(xì)管兩端的壓強(qiáng)差ΛΡ，使得液體A和液體B共存于毛細(xì)管中，該壓強(qiáng)差由 毛細(xì)管兩端的壓強(qiáng)測量設(shè)備上的讀數(shù)差值得出，即ΔΡ= I P1-P2 I，P1和P2分別為毛細(xì) 管兩側(cè)儲液罐的壓強(qiáng)； (2d)測量出固定液柱長度LA、LbT，不同壓強(qiáng)差△ P時液體的流動速率V; (2e)作ν(ΛΡ)關(guān)系直線，其中V為縱坐標(biāo)，ΛΡ為橫坐標(biāo)，求出直線的斜率k，則待測 液體的粘度
，其中r為毛細(xì)管的半徑，LA、LB分別為毛細(xì)管中液體A、B的 液柱長度，n A、n B分別為液體A、B的粘度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟： (2f)在不同的液柱長度LA、LB下重復(fù)步驟（2d)至（2e)，針對不同的LA、L B分別計算待 測液體A的粘度riA，并對得到的多個粘度IIa取平均值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，所述毛細(xì)管的內(nèi)直徑在0. 5 μm~Imm 范圍內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，所述方法在-20°C至150°C的溫度范 圍內(nèi)實施。
7. 用于實施權(quán)利要求1至6之一所述的方法的裝置，該裝置包括： 兩個具有開口的儲液罐； 水平放置的毛細(xì)管，所述毛細(xì)管的兩端分別與所述儲液罐的側(cè)壁密封連接并與儲液罐 內(nèi)部處于液體連通的狀態(tài)； 用于調(diào)節(jié)儲液罐中的液體壓強(qiáng)的設(shè)備； 用于測量毛細(xì)管兩端的液體壓強(qiáng)的設(shè)備；以及 用于測量毛細(xì)管中的液體流動速率的設(shè)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其特征在于，所述毛細(xì)管的內(nèi)直徑在0. 5 μπι~Imm范圍內(nèi)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用毛細(xì)管測量液體粘度的方法以及用于該方法的裝置，該方法為：在一定溫度條件下，對毛細(xì)管液體兩端施壓，測定液體界面的運(yùn)動速率，作v(ΔP)關(guān)系直線得出直線的斜率，再根據(jù)已知的毛細(xì)管半徑和液柱長度計算出液體的粘度。本發(fā)明方法能夠測量單一一種液體的粘度，還能夠在兩種不相溶液體共存時，其中一種液體的粘度已知的情況下，測量另一種液體的粘度。本發(fā)明方法測量中所用的毛細(xì)管在微米級別，測量液體的粘度范圍在5×10-4～10Pa·s。本測量方法測量裝置結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，參數(shù)方便控制，結(jié)果可靠。
【IPC分類】G01N11-04
【公開號】CN104865161
【申請?zhí)枴緾N201410255184
【發(fā)明人】李文宏, 趙繼勇, 李兆國, 張永強(qiáng), 王麗莉, 范偉
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司, 武漢大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2014年6月10日