CN102901470A - 一种毛细微管管径的测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种毛细微管管径的测量装置，包括储液容器、液体流量控制和压力驱动装置、测量段、流动压降测试装置、数据采集装置和液体回收装置，储液容器通过管路与所述的液体流量控制和压力驱动装置连接，液体流量控制和压力驱动装置通过恒温流体循环器和过滤器与=测量段入口连接，测量段出口与所述的液体回收装置连接，流动压降测试装置连接在=测量段入口和测量段出口之间，流动压降测试装置与所述的数据采集装置连接。本发明解决了使用一般测量工具无法测得毛细微管管径和使用原子级别显微测量工具成本高的问题。采用测量液体工质流过所述的毛细微管的压降和流量来测得所述的毛细微管直径的方法具有易操作、测量精度高和成本花费低等优点。

Description

一种毛细微管管径的测量装置
技术领域
本发明涉及一种应用于毛细微管管径的测量装置。
背景技术
毛细微管是指管内径小于200μm毛细管道，该管道在生医检测、制冷装置、电子产品散热、高效换热器、建筑材料等领域有着广泛的应用。获知毛细微管管径是毛细微管在这些领域应用中所涉及的设计、性能优化需要考虑的一个重要前提。例如，在制冷装置中，毛细微管管径不同对制冷装置能效有着重要的的影响。因此，迫切需要掌握毛细微管管径的测量方法。然而，传统的测量手段难以实现对毛细微管管径的测量。例如，一般游标卡尺的精度为0.02mm，无法精确测量毛细微管管径。扫描隧道显微镜、原子力显微镜等原子级别显微测量工具由于成本太高无法在工业上广泛应用。为此，本发明提供了一种毛细微管管径的测量装置。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种应用于毛细微管管径的测量装置。
为实现上述目的，本发明所采用的技术解决方案是：
一种毛细微管管径的测量装置，包括储液容器、液体流量控制和压力驱动装置、测量段、流动压降测试装置、数据采集装置和液体回收装置，所述的储液容器通过管路与所述的液体流量控制和压力驱动装置连接，所述的液体流量控制和压力驱动装置通过恒温流体循环器和过滤器与所述的测量段入口连接，所述的测量段出口与所述的液体回收装置连接，所述的流动压降测试装置连接在所述的测量段入口和测量段出口之间，所述的流动压降测试装置与所述的数据采集装置连接。
所述的储液容器内装有如甲醇、水、乙醇等液体工质。所述的液体流量控制和压力驱动装置由压力驱动装置以及连接管路组成。所述的压力驱动装置可采用注射泵和注射器、高压氮气罐和储液罐等。液体流量通过调节压力驱动装置推送液体速度来精确控制。测量中，只有一台所述的压力驱动装置处于工作之中，当一台压力驱动装置工作时，另一台压力驱动装置可及时从所述的储液容器中抽取液体工质。采用两台并连的同种规格型号的压力驱动装置并各自配置有调节阀以保证压力驱动装置及时切换，进而达到液体流动工况的持续和稳定。由于毛细微管中的流动阻力非常大，因而选用高压压力驱动装置，以保证具有足够的流体输运能力。
所述的测量段为毛细微管，毛细微管前连接有恒温流体循环器和过滤器。可以通过调节所述的恒温流体循环器流入换热模块与液体工质间壁换热的流体温度和流量来控制进入所述的毛细微管的液体工质的温度。由于所述的毛细微管的内径很小（如100μm），所述的毛细微管前连接有所述的过滤器，防止杂质进入所述的毛细微管，使所述的毛细微管堵塞。
所述的流动压降测试装置由压差传感器及其连接管道组成。所述的压差传感器连接于所述的毛细微管的前后并和所述的数据采集装置。
所述的数据采集装置由数据采集仪、数据采集模块和计算机组成。将温度传感器、压力传感器信号线连接至所述的数据采集模块，并将数据采集模块插入数据采集仪的模块槽中。所述的数据采集仪自带有数据采集软件，可在计算机中对测量数据进行实时记录、采集、显示和保存。
所述的液体回收装置由液体回收器皿（如玻璃器皿烧杯）和称量装置（如电子天平）组成。进出所述的毛细微管的液体温度由热电偶测得，所述的毛细微管内的液体流动压降通过压差传感器测得，所述的毛细微管内的液体流量可由压力驱动装置显示得到也可由测量单位时间内液体回收器皿中液体工质的质量增量而得到。
所述的毛细圆形微管内层流充分发展流动沿径向r的常微分方程为
                           （1）
式中，ΔP为所述的液体工质流过所述的毛细微管的压降，L为所述的毛细微管的长度，
Figure 2012103950187100002DEST_PATH_IMAGE004
为所述的液体工质动力粘度。
对r积分，得
Figure 2012103950187100002DEST_PATH_IMAGE006
                        （2）
在管壁处
Figure 2012103950187100002DEST_PATH_IMAGE008
， 
Figure 2012103950187100002DEST_PATH_IMAGE010
，得
Figure 2012103950187100002DEST_PATH_IMAGE012
，带入式（2）得
Figure 2012103950187100002DEST_PATH_IMAGE014
                      （3）
式（3）即为所述的毛细微管内层流流动的速度分布式，将速度分布表达式（3）沿所述的毛细微管的有效截面积分，可得计算所述的毛细微管内体积流量
Figure 2012103950187100002DEST_PATH_IMAGE016
的表达式：
  （4）
根据式（4），可通过测量液体工质流过所述的毛细微管的压降
Figure 2012103950187100002DEST_PATH_IMAGE020
和流量
Figure 669354DEST_PATH_IMAGE016
，求得所述的毛细微管的直径d
Figure 2012103950187100002DEST_PATH_IMAGE022
                         （5）
本发明的有益效果
本发明毛细微管管径的测量装置，有效地解决了解决了使用一般测量工具无法测得毛细微管管径和使用原子级别显微测量工具成本高的问题。采用测量液体工质流过所述的毛细微管的压降ΔP和流量Q l 来测得所述的毛细微管直径d的方法具有易操作、测量精度高和成本花费低等优点。
附图说明
图1毛细微管管径测量系统图；
图2压差传感器与毛细微管的连接。
图中1. 储液容器；2. 液体流量控制和压力驱动装置；3. 调节阀；4. 管路；5. 恒温流体循环器；6. 过滤器；7. 热电偶；8. 流动压降测试装置；9. 测量段；10. 数据采集装置；11. 计算机；12. 液体回收装置；13.压差传感器；14.毛细微管；15.液体。
具体实施方式：
下面结合附图进行更进一步的详细说明：
图1给出了本测量方法的测量装置图，一种毛细微管管径的测量装置，由储液容器1、液体流量控制和压力驱动装置2、测量段9、流动压降测试装置8、数据采集装置10和液体回收装置12组成。储液容器1通过管路4与液体流量控制和压力驱动装置2连接，液体流量控制和压力驱动装置2通过恒温流体循环器5和过滤器6与测量段9连接，测量段9前后与流动压降测试装置8连接，流动压降测试装置8与数据采集装置10连接，测量段9与液体回收装置12连接。
储液容器1内装有液体工质（如甲醇等）。液体流量控制和压力驱动装置2由压力驱动装置（如注射泵和注射器等）以及连接管路组成。液体流量通过调节压力驱动装置推送液体速度来精确控制。测量中，只有一台所述的压力驱动装置处于工作之中，当一台压力驱动装置工作时，另一台压力驱动装置可及时从储液容器1中抽取液体工质。采用两台并连的同种规格型号的压力驱动装置并各自配置有调节阀3以保证压力驱动装置及时切换，进而达到液体流动工况的持续和稳定。由于毛细微管中的流动阻力非常大，因而选用高压压力驱动装置，以保证具有足够的流体输运能力。
测量段9由毛细微管和连接管路组成。毛细微管前连接有恒温流体循环器5和过滤器6。可以通过调节恒温流体循环器5流入换热模块与液体工质间壁换热的流体温度和流量来控制进入毛细微管的液体工质的温度。由于所述的毛细微管的内径很小（如100μm），毛细微管前连接有过滤器6，防止杂质进入毛细微管，使毛细微管堵塞。
数据采集装置由数据采集仪（如Agilent公司生产的Agilent 34970A数据采集仪）、数据采集模块（如Agilent公司生产Agilent 34901A数据采集模块）和计算机组成。将温度传感器、压力传感器信号线连接至数据采集模块，并将数据采集模块插入数据采集仪的模块槽中。数据采集仪自带有数据采集软件，可在计算机中对测量数据进行实时记录、采集、显示和保存。
液体回收装置由液体回收器皿（如玻璃器皿烧杯）和称量装置（如电子天平）组成。进出毛细微管的液体温度由热电偶测得，毛细微管内的液体流动压降通过压差传感器测得，毛细微管内的液体流量可由压力驱动装置显示得到也可由测量单位时间内液体回收器皿中液体工质的质量增量而得到。
图2给出了压差传感器与毛细微管的连接方式，流动压降测试装置8由压差传感器及其连接管道组成。压差传感器连接于毛细微管的前后并和数据采集装置。
由毛细微管内层流流动的常微分方程（1）可得计算毛细微管内体积流量Q l 的表达式（4），根据式（4），可通过测量液体工质流过毛细微管的压降ΔP和流量Q l ，求得毛细微管的直径d
Figure 221382DEST_PATH_IMAGE022
其中：L为所述的毛细微管的长度，
Figure 469961DEST_PATH_IMAGE004
为所述的液体工质动力粘度。

Claims (6)

1.一种毛细微管管径的测量装置，其特征在于：包括储液容器、液体流量控制和压力驱动装置、测量段、流动压降测试装置、数据采集装置和液体回收装置，所述的储液容器通过管路与所述的液体流量控制和压力驱动装置连接，所述的液体流量控制和压力驱动装置通过恒温流体循环器和过滤器与所述的测量段入口连接，所述的测量段出口与所述的液体回收装置连接，所述的流动压降测试装置连接在所述的测量段入口和测量段出口之间，所述的流动压降测试装置与所述的数据采集装置连接。
2.根据权利要求1所述的毛细微管管径的测量装置，其特征在于所述的储液容器内装有液体工质，所述的液体流量控制和压力驱动装置由压力驱动装置以及连接管路组成。
3.根据权利要求1所述的毛细微管管径的测量装置，其特征在于所述的测量段为毛细微管，在毛细微管前连接所述的恒温流体循环器和过滤器。
4.根据权利要求3所述的毛细微管管径的测量装置，其特征在于所述的流动压降测试装置包括压差传感器，所述的压差传感器连接于所述的毛细微管的前后并连接所述的数据采集装置。
5.根据权利要求1所述的毛细微管管径的测量装置，其特征在于所述的数据采集装置由数据采集仪、数据采集模块和计算机组成。
6.根据权利要求1所述的毛细微管管径的测量装置，其特征在于所述的液体回收装置由液体回收器皿和称量装置组成。
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