[发明专利]粘度计和使用该粘度计的方法

说明书

一种粘度计，包括粘度传感器，该粘度传感器具有液体流通道和至少两个压力传感器，该压力传感器沿着液体流通道定位并被构造成测量流过液体流通道的液体的压降；包括分配机构，该分配机构被构造成使得液体在已知流率下从注射器分配到粘度传感器。分配机构和粘度传感器被构造成与注射器联接，该注射器被构造成容纳液体。粘度计还包括电子控制器，该电子控制器被构造成控制分配机构的操作以及接收并处理来自粘度传感器的数据。粘度计包括试样装载接口，该试样装载接口包括在注射器中，粘度计被构造成通过该试样装载接口接收液体。试样装载接口包括选择阀，该选择阀与粘度传感器和注射器联接并且位于两者之间。

技术领域

本申请一般涉及粘度计，该粘度计包括但不限于利用流通过（flow-through）型粘度传感器来测量液体的粘度的粘度计。

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该心轴以恒定速度旋转时被测量。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，表观粘度能够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。用于材料的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，表观粘度测量已经在快速测试中被用于指示，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能够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。另外，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。圆形毛细管粘度计能够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已知扭矩测量。如所示的并且如已知的，本方法仅测量表观粘度。