[发明专利]便携式粘度计

说明书

技术领域

本发明落入利用流通过（flow-through）型粘度传感器来测量液体粘度的粘度计领域。

背景技术

粘度是液体流阻的量度，并且粘度值取决于用于非牛顿液体的变形率，如在R.B. Bird, R.C. Armstrong和O. Hassager创作的Dynamics of Polymeric Liquids, Vol. 1, 1987中描述的。变形率由以（时间）^-1为单位的剪切率给出。在已知剪切率下测得的粘度是“真实”粘度。真实粘度对剪切率的依赖性是粘度曲线，该粘度曲线表征材料并且是考虑有效加工的重要因素。然而，在许多情况下，粘度在不明确的测试状况下被测量，使得剪切率不可能是已知或计算得到的。在不明确的状况下，测量粘度值仅是“表观”的。由于在已知剪切率下测量真实粘度，因此真实粘度是通用的，而表观粘度不是通用的。相反，表观粘度取决于测量系统。例如，作为公知常识，浸没在测试液体池中的心轴的扭矩在以恒定速度旋转时该心轴的扭矩被测量。在该情况下，扭矩值仅产生表观粘度，这是因为测试状况不明确并且剪切率是未知的。至多，表观粘度可以被测量为心轴的旋转速度的函数。仅在用于测试液体的“本构方程”已知的情况下，心轴的旋转速度事实上可以与剪切率相关。然而，“本构方程”对于几乎所有非牛顿液体是未知的。因此，对于大多数非牛顿液体来说，不可能在不明确的测试状况下测量真实粘度。

仅给出表观粘度的粘度测量方法已经被研究并用于制造和材料表征的质量控制。各种在线粘度计被设计用于实时粘度测量。美国专利5,317,908（Fitzgerald等人）和4,878,378（Harada）与用于处理控制的测量表观粘度的系统相关。美国专利6,393,898（Hajduk等人）描述了一种同时测量许多测试液体的系统。这些粘度计测量表观粘度。然而，由于表观粘度测量的非通用性，在需要时必须单独地寻找借助具体方法测量的特定试样的表观粘度与真实粘度之间的相关性。用于材料配方的基础研究需要真实粘度测量。加工设备和附件（例如，模具、模、挤出螺杆等）的设计同样需要材料的真实粘度。然而，表观粘度测量在快速测试中用于指示，这是因为它更易于并且被更快地测量并且通常更为经济。真实粘度更难以获得并且仅可以借助下述数种类型的仪器来测量：流变仪和毛细管粘度计。流变仪对测试试样获得精确且已知的剪切率，由此测量真实粘度。流变仪是多种多样的，并且通常装备成还测量其他属性。因此，流变仪通常是昂贵的。此外，大量的试样需要借助流变仪来进行粘度测量。同样，流变仪不是很适于在线应用。圆形毛细管粘度计可以测量表观粘度和真实粘度，这取决于是否考虑到合适补偿。毛细管粘度计需要沿毛细管的压降测量，以用于粘度。由于毛细管是圆形截面的，因此仅可以测量在入口和出口处的压力。由于这种限制，毛细管粘度计仅测量表观粘度，除非通过使用具有不同长度-直径比的两个不同毛细管来校正入口效应。然而，使用两个毛细管使得毛细管粘度计是庞大的和/或费时的。毛细管粘度计在专利6,575,019（Larson）、4,920,787（Dual等人）、4,916,678（Johnson等人）以及4,793,174（Yau）中被描述。微流体粘度计在专利6,681,616（Michael Spaid等人）和公布2003/0182991（Michael Spaid等人）中被公开。流体通道中的标记器的驻留时间被用于测量粘度，只有在测试液体是牛顿液体的情况下该粘度才是真实粘度。仅测量非牛顿液体的表观粘度。在专利5,503,003（Brookfield）中公开的便携式粘度计采用在用于粘度测量的液体池中旋转的心轴的公知扭矩测量。如所示的并且如公知的，本方法仅测量表观粘度。

总之，大多数粘度测量技术得到表观测量并且需要相对大体积的试样。同样，这些仪器在测量下一试样之前需要清洁与液体接触的部件（例如，容器、心轴等）。这种清洁是费时的，从而粘度测量从设置到测试通常花费30分钟。在当前技术下较大的试样体积需求也增加了清洁时间和浪费。因此，不存在测量小量试样的真实粘度并且快速地测量的名副其实的便携式粘度计。本申请人的专利7,290,441中公开的狭缝粘度计使得可能测量小试样的真实粘度。然而，该狭缝粘度计需要精密液体分配系统以及相关电子器件，以提供并且控制通过粘度计的液体流。在现有技术中并未公开便携并且可以结合各种试样使用的简单的精密液体分配系统。

发明内容