CN102393349B - 一种旋转式毛细管粘度计 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种旋转式毛细管粘度计，所述毛细管粘度计包括依次连接的上贮液器、计时球、第一毛细管、悬挂水平球、下贮液器和升液管，毛细管粘度计的悬挂水平球上接有一注液管，计时球与上贮液器之间设有与所述注液管倾斜连接的一旁通管，上贮液器体积大于计时球，毛细管粘度计容纳于一承压容器中，承压容器外带有一旋转承压容器的旋转装置，旋转装置包括支撑架和底座，支撑架上设有相联动的上齿轮和下齿轮，下齿轮与承压容器联动。本发明在承压容器内嵌入毛细管粘度计，将旋转法升液和承压容器承压结合起来，能循环测量挥发性混合物(或纯质)溶液体系以及在空气中不稳定的或者蒸汽有毒害作用的液体的粘度，且能承受很高压力。

Description

一种旋转式毛细管粘度计

技术领域

本发明涉及液体测试仪器，特别指一种旋转式毛细管粘度计。

背景技术

粘度计是用于测定流体(液体和气体)粘度的仪器。主要应用在物理化学、高分子物理等研究中，也可用于企业中液体产品流动性的检测。粘度计大致可分为毛细管粘度计、旋转粘度计和落球粘度计三类。其中第一类最为常用，如奥氏(Ostwald)粘度计、乌氏(Ubbelohde)粘度计、赛氏(Saybolt)粘度计、因氏(Engler)粘度计、雷氏(Redwood)粘度计等。目前常用的毛细管粘度计(如奥氏、乌氏等)由于其开放式设计，粘度计中的液体及其蒸汽直接与外界空气相接触，因此只能对采用弱挥发性溶剂的溶液、不易与空气中的氧和二氧化碳起反应的液体以及蒸汽无毒无害的液体进行测量。

专利公开号为CN00261929.6的专利公开了一种封闭式毛细管粘度计，其粘度计本体的上口设有一个磨口塞头将粘度计本体通过导气管与三通阀相连通，毛细管的上部小球与下部小球之间由连通管相连通，毛细管的下部与粘度计本体的下部连通，毛细管的上部通过连接管与三通阀连通，三通阀的另一端接洗耳球，该专利是靠洗耳球的抽吸气来完成升液，其可能需要多次使用洗耳球才能充满一个计时球体积的液体，而且如果连接管与玻璃管的连接处存在漏气还会导致不能升液，它的主要特点是采用了循环式的封闭体系，使系统内的液体和气体与环境空气完全隔绝，因此对挥发性或不挥发的溶液体系以及在空气中不稳定的或者蒸汽有毒害作用的液体在较低的压力下可适用；专利公开号为CN02275037.1的专利公开了一种直管式玻璃毛细管粘度计，它的主要特点是外壁设有刻度线的上部直形玻璃管下面间断地设有4-5个容积大小不等的球形空腔，因而可测定的粘度范围较宽，一只粘度计能代替几支粘度计使用；专利号为ZL200820114273.9的专利公开了一种两管式毛细管粘度计，它的主要特点是只有主管和支管，结构简单，主管的下端为直管，便于吸样，清洗干燥的效果好，适用于自动测量。有研究人员提出了一种毛细管粘度计，它包括高压密闭容器和毛细管粘度计，该粘度计利用旁通管升液，但由于采用抽放气的方式，只能循环测量挥发性纯质溶液体系，不能测量挥发性混合物溶液体系(因为抽放气的升液方式会改变混合物的组分)；另外，在待测液体的充灌中必须要注意待测液体的液面不能高于毛细管的出口端，否则会导致毛细管长L与毛细管内液柱高度H不相等的情况，因此在实际测量中一般要预先计算好待测液体的充灌量。针对挥发性混合物溶液体系粘度的测量，他们同时还提出了一种金属毛细管粘度计，它的主要特点是通过旁通管进行旋转升液，从而避免了放气对混合物成分的影响，可以实现挥发性混合物或纯质溶液体系粘度的测量，但受各种因素影响，承压能力不太理想。

以上五种粘度计适用于不同的场合，都取得了良好的效果，但这些粘度计存在或不能测量挥发性混合溶液体系的粘度，或承压力不太理想，或测量精度不太高，或不能循环测量等不足。

发明内容

本发明提供一种能承受很高压力并能循环测量挥发性混合物(或纯质)溶液体系的高精度粘度测量装置。

一种旋转式毛细管粘度计，所述毛细管粘度计包括依次连接的上贮液器、计时球、第一毛细管、悬挂水平球、下贮液器和升液管，所述毛细管粘度计的悬挂水平球上接有一注液管，所述计时球与所述上贮液器之间设有与所述注液管倾斜连接的一旁通管，所述上贮液器体积大于所述计时球，所述毛细管粘度计容纳于一承压容器中，所述承压容器外带有一旋转承压容器的旋转装置，所述旋转装置包括支撑架和底座，支撑架上设有相联动的上齿轮和下齿轮，下齿轮与承压容器联动。

所述上贮液器和下贮液器由升液管连接，当利用旋转装置进行旋转时，下贮液器内的液体通过升液管流至上贮液器；利用升液管可以实现旋转升液时不漏液，同时确保所述毛细管粘度计内部与所述承压容器可以相通。

作为优选，所述注液管、升液管、第一毛细管三者在所述毛细管粘度计的俯视方向上呈三角形分布，以确保注液管不被升液管遮挡，能顺利实现注液；所述注液管在所述毛细管粘度计的正视方向上位于所述升液管与所述第一毛细管之间，以保证在旋转升液时，逆时针旋转超过180°以后，液体不会从注液管流向承压容器。

作为优选，所述上贮液器与下贮液器体积相等，计时球与悬挂水平球体积相等，且上贮液器及下贮液器的体积均大于所述计时球或悬挂水平球的体积。考虑到蒸发量以及旋转过程中部分液体残留在毛细管粘度计壁面上，所以下贮液器体积大于计时球，而且要保证在逆时针旋转180°的时候，液体不会从注液管流到承压容器中，所以上贮液器体积基本与下贮液器体积相等，也大于计时球体积。

所述第一毛细管可由玻璃或粗糙度、光洁度、线性度与玻璃相当的材料加工而成，以不降低对流体粘度测量的精度；作为优选，所述第一毛细管为玻璃毛细管。

作为优选，所述承压容器侧面对应于下贮液器与计时球处分别设置了一观察窗。设置观察窗便于观察承压容器内下贮液器与计时球处的液面高度。

作为优选，所述承压容器的顶部设有注液口，注液口与注液管相连，注液口上设有阀门。阀门控制注液口的开合，便于将液体从注液口注入注液管中。

作为优选，所述承压容器的顶部设有与承压容器连通的第二毛细管，利用第二毛细管来监测承压容器内的压力。所述第二毛细管优选为不锈钢毛细管。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明在承压容器内嵌入毛细管粘度计，将旋转法升液和承压容器承压结合起来，可以实现在很高压力下循环测量挥发性混合物(或纯质)溶液体系以及在空气中不稳定或者蒸汽有毒害作用的溶液的粘度，且能达到很高的精度。

(2)由于注液管的设计使得毛细管粘度计内部与承压容器相通，这样高压就由承压容器来承受，因此可以在很高的压力下进行测量。

(3)由于升液管的设计，采用旋转法升液，保证了密封容积内组分不变，不仅可以测量挥发性纯质溶液体系，还可以对挥发性混合物溶液体系进行测量；由于注液管和旁通管相通，如果仅利用旁通管升液，那么在旋转的过程中会漏液到承压容器中，而现采用升液管进行升液，配合上、下贮液器的体积和注液管、升液管、第一毛细管三者位置，从而使旋转升液时不漏液。

(4)由于注液管位置和上、下贮液器体积大小的巧妙设计，使得在利用升液管升液的过程中，液体不会从注液管流到承压容器，因而毛细管粘度计里的液体不会减少，可以实现循环测量。

(5)不需要预先计算待测液体的充灌量，甚至可以不用观察下贮液器的液面。在旋转360度后观察计时球是否充满，如果没有充满就继续注液，直到充满计时球；如果注液过量，在旋转的过程中，虽然多余的液体会从注液管流到承压容器中，但仍可以保证测量的时候毛细管长L与毛细管内液柱高度H相等。

(6)采用旁通管使流动液体的液柱完全“悬挂”起来，使得液柱高度与注液体积无关，同时由于液柱的上下液面中心处于同一垂线上，因而可以大大减小倾斜的影响。

(7)毛细管粘度计主要由乌氏粘度计改装而成，保留了乌氏粘度计的基本特征，从原理上保证了有效性，且第一毛细管采用玻璃制造保证了测试精度。

综上所述，本发明的优势在于在承压容器内嵌入毛细管粘度计，将旋转法升液和承压容器承压结合起来，可以实现在很高压力下循环测量挥发性混合物(或纯质)溶液体系以及在空气中不稳定或者蒸汽有毒害作用的溶液的粘度，且能达到很高的精度。

附图说明

图1为本发明一种旋转式毛细管粘度计的正视图。

图2为图1所示旋转装置的结构示意图。

图中：1毛细管粘度计，2承压容器，3旋转装置，4上贮液器，5计时球，6第一毛细管，7悬挂水平球，8下贮液器，9升液管，10注液管，11旁通管，12观察窗，13观察窗，14注液口，15第二毛细管，16支撑架，17把手，18上齿轮，19链条，20下齿轮，21底座。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，一种旋转式毛细管粘度计，包括毛细管粘度计1、承压容器2、旋转装置3。毛细管粘度计1包括顺时针依次连接的上贮液器4、计时球5、第一毛细管6、悬挂水平球7、下贮液器8、升液管9。注液管10一端从悬挂水平球7接出，另一端与承压容器2的注液口14相接，注液口14上设有阀门，注液口14的旁边还设有一个第二毛细管15，第二毛细管15为不锈钢毛细管。在计时球5与上贮液器4之间有一旁通管11与注液管10连接。第一毛细管6优选为玻璃毛细管，或由粗糙度、光洁度、线性度与玻璃相当的材料加工而成的毛细管，这样可以保证测试精度。

如图2所示，承压容器2外带有一旋转承压容器2的旋转装置3，旋转装置3包括支撑架16和底座21，支撑架16上设有上下两个轴，轴上分别设有通过链条19连接的上齿轮18和下齿轮20，下齿轮20连接于轴的一端，承压容器2通过两个螺母固定在下齿轮20的轴的另一端，下齿轮20与承压容器2联动；上齿轮18处还连接一把手17。

承压容器2主要由不锈钢制成，在承压容器2的左右两侧位于下贮液器8与计时球5处分别设置了观察窗12、13，观察窗12、13由耐压玻璃制造而成，观察窗12、13与承压容器2之间通过法兰连接，通过观察窗12、13可在注液和计时的时候分别观察下贮液器8和计时球5中液面的高度。通过加工承压容器2可实现高达100MPa的工作压力。如果工作压力很高，可选择不开观察窗12、13来提高承压容器2的最大工作压力，此时对下贮液器8和计时球5液面的观察可依靠传感器或其他方式来实现。

俯视毛细管粘度计1，可以看到注液管10、升液管9、第一毛细管6三者呈三角形分布。但从图1上可看出，注液管10位于升液管9与第一毛细管6之间。

一种旋转式毛细管粘度计的使用方法如下：

1)打开承压容器2的注液口阀门，通过注液管10对玻璃毛细管粘度计注液，直至注满下贮液器8后关闭注液口14阀门；

2)将承压容器2通过两个螺母固定在下齿轮20的轴的另一端，并一同放入恒温水浴中；

3)由不锈钢毛细管接出的压力传感器观察承压容器2内的压力变化，等试样液体达到气液相平衡后，将承压容器2逆时针缓慢旋转180°，直至下贮液器8中的液体全部进入上贮液器4；

4)继续将承压容器2逆时针旋转180°，使液体充满计时球5。其中超过计时球5的多余液体会通过旁通管11流向悬挂水平球7；

5)当液面经过计时球5顶端计时线时开始计时，一段时间后，液面经过计时球5底端计时线时结束计时。其间试样液体在重力作用下自然流下，由于旁通管11的存在，液体在第一毛细管6内形成稳定的悬液柱。由所得到的时间，根据泊肃叶(Poiseuille)公式换算成该液体的粘度。

6)当所有液体经第一毛细管6回到下贮液器8之后，重复步骤3)、4)、5)，便可进行循环测量。

Claims (6)

1.一种旋转式毛细管粘度计，其特征在于：所述毛细管粘度计（1）包括依次连接的上贮液器（4）、计时球（5）、第一毛细管（6）、悬挂水平球（7）、下贮液器（8）和升液管（9），所述毛细管粘度计（1）的悬挂水平球（7）上接有一注液管（10），所述计时球（5）与所述上贮液器（4）之间设有与所述注液管（10）倾斜连接的一旁通管（11），所述上贮液器（4）体积大于所述计时球（5），所述毛细管粘度计（1）容纳于一承压容器（2）中，所述承压容器（2）外带有一旋转承压容器（2）的旋转装置（3），所述旋转装置（3）包括支撑架（16）和底座（21），支撑架（16）上设有相联动的上齿轮（18）和下齿轮（20），下齿轮（20）与承压容器（2）联动；

所述注液管（10）、升液管（9）、第一毛细管（6）三者在所述毛细管粘度计（1）的俯视方向上呈三角形分布；所述注液管（10）在所述毛细管粘度计（1）的正视方向上位于所述升液管（9）与所述第一毛细管（6）之间。

2.根据权利要求1所述的旋转式毛细管粘度计，其特征在于：所述上贮液器（4）与下贮液器（8）体积相等，计时球（5）与悬挂水平球（7）体积相等，且上贮液器（4）及下贮液器（8）的体积均大于所述计时球（5）或悬挂水平球（7）的体积。

3.根据权利要求1所述的旋转式毛细管粘度计，其特征在于：所述第一毛细管（6）为玻璃毛细管。

4.根据权利要求1所述的旋转式毛细管粘度计，其特征在于：所述承压容器（2）侧面对应于下贮液器（8）与计时球（5）处分别设置了一观察窗。

5.根据权利要求1所述的旋转式毛细管粘度计，其特征在于：所述承压容器（2）的顶部设有注液口（14），注液口（14）与注液管（10）相连，注液口（14）上设有阀门。

6.根据权利要求1所述的旋转式毛细管粘度计，其特征在于：所述承压容器（2）的顶部设有与承压容器（2）连通的第二毛细管（15）。

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