[发明专利]液体参数测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及测量仪器/仪表技术领域，尤其涉及一种液体参数测量系统。

背景技术

粘度、表面张力是液体的主要物性参数，是石油化工、医药等工业领域检测的重要参数。粘度与表面张力的测量在科研、技术开发和产品制造上具有重要的意义。测量液体粘度的方法有毛细管法、旋转柱法等。测量表面张力的方法有最大气泡压力法、气泡幅频当量法等。

毛细管法测定液体粘度的理论基础是Poiseulle定律，即通过测量液体在一定压差作用下流经一定长度的毛细管所用的时间，来计算粘度。毛细管法操作繁琐，用秒表记录时间会带来主观性误差，大大降低测量精度，不适合在线快速测量。

2004年，Silber等研制了基于计算机系统的微型毛细管粘度计(Silber Z.H.，Tan Y.P.，Wen P.F.A Microtube Viscometer with a Thermostat.Experiments in Fluids，2004，36(4)：586-592)，其装置结构如图1所示。装置通过装有CCD的立体显微镜监测液滴流经毛细管的流速，通过压力传感器和温度传感器对液体压力和温度进行监测，转换后的三路信号均由计算机系统进行数据采集与分析，进而计算液体的粘度值。根据Hagen-Poiseuille方程，液体粘度可由下式计算：

μ=πd4128QlΔp---(1)]]>

Q=πd4S4t---(2)]]>

式中，d为毛细管直径，l为毛细管长度，Q为毛细管内液体的流量，Δp为毛细管两端液体压差，S为t时间内流过的有效液体长度，t为测量时间。

该测量方法与传统的毛细管法相同，是基于流体单相流动的流阻与粘性的关系来测量液体粘度的。然而，该测量方法是基于流体单相流动的流阻与粘性的关系来测量液体粘度的，只能用于测量液体的粘度，无法测量其他物性参数。

请参照图2，采用旋转柱体法测量液体粘度的基本原理为：内外柱体之间充以待测液体，当外圆柱体匀速转动，内柱体静止不动时，二柱体之间的液体内部产生内摩擦，对内旋转柱体施加一个切应力，通过测量此切应力即可计算液体粘度值。采用此方法测量液体粘度，要求液体与内外柱体间无滑动摩擦，因此被测液体必须与内外筒材质润湿性良好，需要针对不同的液体选择不同的筒体材料；另外液体必须在测量过程中保证成分均匀且处于层流状态，内外柱体间的相对转动速度不易过大，因此转子转速有所限制。

最大气泡压力法测量液体的表面张力，是通过向插入液体的毛细管轻轻吹入惰性气体，利用最大压差与气泡半径的量化关系来计算表面张力。此方法需保证气泡近球形，需选择合适的毛细管内径。

请参照图3，采用气泡幅频当量法测量表面张力的原理为：利用一个恒压气源，在限定时间内通过一个标准毛细管向被测液体吹气，监测气泡不断形成、长大和破灭的过程，可获得一条等幅振荡曲线。曲线的振幅和频率分别代表气泡内压差变化幅值和气泡形成速度，并且气泡内压差变化幅值和气泡形成速度与液体表面张力密切相关，因此，可根据曲线振幅和频率求解出一个与真实表面张力相当的数值，称为当量表面张力。计算当量表面张力的公式为式(3)：