[发明专利]一种微米毛细管气液动态相界面测试装置

权利要求书

1.一种微米毛细管气液动态相界面测试装置，其特征在于，包括：

微流动芯片，用于供测试液体通过，设置有微米毛细管通道；

压力控制管路，包括通过管路与所述微流动芯片连接的注射泵，在管路上安装有检测压力的压力传感器；

移动平台，包括作为支撑的基座，和安装在基座上的丝杆，通过螺纹套在丝杆上沿直线移动的移动座，驱动丝杆转动的电机，所述微流动芯片安装在移动座上；

摄像单元，设置在所述微流动芯片的上方，用于获取测试液体的相界面图像并输出；

控制系统，根据所述压力传感器的信息控制所述注射泵的注射过程，同时通过控制所述电机使所述微流动芯片的水平移动速度与所述微流动芯片内的测试液体移动速度相同且方向相反，以使测试液体形成的相界面始终保持在所述摄像单元的视野范围内；

所述控制系统控制所述注射泵注压包括如下方式：

设微米毛细管道入口的压力值为P_d，微米毛细管通道内的希望压力值为P_t，注射泵注射时流量为Q，则：

一、人工控制，当P_d<P_t，则增加Q，使P_d上升至P_t；当P_d>P_t，则减小Q，使P_d减小至P_t；

二、比例控制，控制系统给定一个有量纲比例系数K_p，设系统为线性响应函数，则：

Q＝K_p(P_t-P_d)；

所述比例控制中的比例系数K_p的估算方法如下：

在所述微米毛细管通道中注入有测试液体，在所述注射泵至所述微米毛细管通道之间的管路中注入有密封液体，且所述密封液体与所述测试液体之间留有空气间隔，其中空气间隔所在位置避开管路的连接处；

设管路中存在的空气体积为V_a，密封液体为ΔV，目标压力为P_t，对于绝热压缩过程的理想气体有：

(P_a+P_d)V_a＝(P_a+P_t)(V₁-ΔV)

式中P_a为大气压，造成以上变化需要的时间为τ_p，使管道压力从P_d变化到P_t的流量Q则为：

上式可以根据P_t和P_d计算需要的流量Q，再由控制系统控制注射泵，进而得到比例系数K_p的估算值：

式中V₁为管路中空气的体积，可采用入口处管路的总体积；τ_p为时间常数，可根据实验要求具体调整；P_a为大气压，P_t为目标压力，由于微尺度流动需要的驱动压力P_t会远小于大气压，可以忽略P_t。

2.根据权利要求1所述的一种微米毛细管气液动态相界面测试装置，其特征在于，

所述微流动芯片为透明材料制成的板状结构，一面上设置有内凹的凹槽，在所述凹槽上盖有贴合所述凹槽上表面的盖板，所述微米毛细管通道设置在所述凹槽内且以阵列方式设置有多个，每个所述微米毛细管通道的两端分别设置有进液区和出液区；所述微米毛细管通道的宽度为10～100μm，所述进液区和所述出液区的宽度至少为所述微米毛细管通道宽度的15～20倍。

3.根据权利要求2所述的一种微米毛细管气液动态相界面测试装置，其特征在于，

所述进液区和所述出液区为水滴形且水滴形的尖端与所述微米毛细管通道连通，在所述进液区和所述出液区内分别均匀地设置有多根垂直的防止微米塌陷的立柱；在所述进液区的中间设置有底部开口的进液孔，在所述出液区的中间设置有底部开口的排液孔。

4.根据权利要求3所述的一种微米毛细管气液动态相界面测试装置，其特征在于，

所述立柱以环形的方式逐圈布置，且中间留出所述进液孔和所述排液孔的设置空间。