CN103168223A - 模块化毛细管桥式粘度计 - Google Patents

Abstract

一种模块化毛细管桥式粘度计（120），包括至少两个至少大体上平衡的桥臂导管（R1、R2）；隔板支撑结构（122、134），支撑用于桥构造中的多个臂中的每一个的可拆卸连接部分；桥支撑结构（124、136），支撑桥臂导管（R1、R2）并且支撑用于桥臂导管中的每一个的两个其它可拆卸连接部分（132），其中，由桥支撑结构支撑的所述其它可拆卸连接部分（132）中的每一个均被定位成同时与由桥支撑结构支撑的可拆卸连接部分（130）中的相应的一个配合，以液力地连接桥构造中的桥臂导管；以及具有液力连接的平衡检测器，用于当桥上的可拆卸部分与由隔板支撑结构支撑的可拆卸连接部分中的相应的一个配合时桥中的第一和第二差分检测点之间的连接。

Description

模块化毛细管桥式粘度计

技术领域

在一个一般方面中，本发明涉及毛细管粘度计，包括具有模块化设计的毛细管桥式粘度计。

背景技术

参考图1，多毛细管粘度计能够引入一些类型的延迟元件，以便当测量样本时做出差分测量。示例性的现有技术是例如四毛细管粘度计10，其包括以串-并联构造连接的四个管路或者毛细管，从而形成电子学中Wheatstone-Bridge（惠斯登桥）的液力当量（液力等效，hydraulicequivalent）。在桥的臂中的这些管路或者毛细管经常称为R1、R2、R3和R4，因为其是有效的液力流阻器（hydraulic resistor）。延迟元件102与毛细管中的一个串联放置，并且通常地，延迟元件由柱状物组成，该柱状物装有或者包括当测量发生时延迟样本到达参考毛细管的材料或者溶剂。该延迟元件应该通常提供足够的时间或者体积来容纳用于分离分析的分析GPC（Gel permeation Chromatography，凝胶渗透色谱）柱的全部洗脱体积。在液相色谱中，存在巨大量的柱组构造，这些构造中的许多要求不同的延迟体积。起初，毛细管构造被布置成使得“桥”是“平衡的”，这意味着DP+和DP-读数大约是相等的。

在示例性的粘度计中，R1、R2、R3和R4是小直径的毛细管，使得这些毛细管可对溶剂流产生可测量的阻力，并且如果R1=R2=R3=R4，则差分压力（differential pressure，DP）输出在理论上应该为零。这是来自桥的输出信号，并且当溶剂流动时，其应该是在两个差分测量点IP+和IP之间测量的跨过桥的总压力的小百分比内。这称为桥平衡，并且由等式平衡=4DP/IP-2DP表示，其中DP是以帕斯卡为单位测量的来自DP+和DP读数的差分信号，并且IP是如上面提到的以帕斯卡单位测量的。毛细管2桥式粘度计在例如Haney的美国专利第4,463,598号中描述得更加详细，该美国专利通过引用结合于此。

当延迟体积与一个或更多个毛细管串联放置时，桥能够平衡或者再平衡，从而弥补由延迟体积的存在而引入的附加阻力。这可以通过调节一个或更多个毛细管延伸的长度以使桥平衡返回到制造标准平衡来实现。在安装之后或者在使用期间，就需要根据要求的分析柱组或根据分析来调节该延迟体积。因而，可能需要仪器一起附带有一个或更多个附加的不同大小的延迟体积或者可能需要购买一个或更多个附加的不同大小的延迟体积，以便满足顾客的特定需要。通过这些改变，使得组合的毛细管内的阻力和延迟柱流动路径增加或者减少，并且通过添加或者减去适当的毛细管的长度能够再平衡粘度计，以便通过返回到平衡条件而实现最有效的性能。

用于平衡粘度计桥的传统方法是改变一个或更多个毛细管流动路径的长度。其可以通过计算从一个或更多个毛细管的长度中减去（或者增加）的量而完成。然后通过本领域技术人员拆开桥从而做出改变并且重新装配。这是极其不方便的，并且还可能要求仪器返回到制造商以用于合格的维修。由于不同溶剂的引入，因此为了平衡而改变也是普遍的。因为不方便以及因为涉及的长度差异在物理上太小而不允许待精确地完成的精确调节，所以通常忽略这些改变，而结果是降低了仪器性能。

参考图2，典型的四通接头C与1/16”（1.59mm）管路104连接。在螺母106和套圈（ferrule）108滑动就位并且用扳钳牢固地使其紧固之前，该管路被完全推进标准配件（fitting）110中。由于泄露，它们可以被过于紧固，或者它们可能变为粘附在配件上，从而毁坏整个管路。不适当的安装也能够导致管的一端与配件之间的间隙，从而产生能够增加检测器的谱带增宽的死体积（dead volume）。如果长度需要变短，虽然特定工具允许移除螺母和套圈，但是这些连接认为是永久的。

发明内容

在本申请中呈现了本发明的多个方面。

根据本发明的第一个方面，我们提供了一种毛细管桥式粘度计，其包括：至少两个至少大体上平衡的桥臂导管、支撑用于桥构造中的多个臂中的每一个的可拆卸连接部分的隔板（bulkhead，隔壁）支撑结构。桥式粘度计可进一步包括桥支撑结构，桥支撑结构支撑桥臂导管并支撑用于桥臂导管中的每一个的两个其它可拆卸连接部分。所述其它可拆卸连接部分中的每一个可由桥支撑结构支撑，并且被定位成同时与由隔板支撑结构支撑的可拆卸连接部分中的相应的一个配合，以液力地连接桥构造中的桥臂导管。该装置可以包括具有液力连接的平衡检测器，以用于当桥上的可拆卸连接部分与由隔板支撑结构支撑的可拆卸部分中的相应的一个配合时桥中的第一和第二差分检测点之间的连接。

隔板可以包括被定位成与支撑桥导管的桥上的相应接头配合的端口。端口和接头可以限定位于隔板与桥之间的一组可拆卸连接。隔板可以适于起到压板的作用，所述压板在所有导管上提供均匀的压力。桥支撑结构可以适于被除去并且被用另一个桥支撑结构替代。可以提供一套零件，该套零件包括隔板支撑结构和多个桥支撑结构。

隔板支撑结构可以限定端口和导管，其液力地将它们连接到标准部件上，该标准配件将桥支撑结构连接到粘度计的其他零件上。在由隔板支撑结构提供用于形成粘度计的所有剩余导管和连接的同时，桥支撑结构可以提供用于桥臂导管的支撑。

根据本发明的另一方面，我们提供了一种用于毛细管桥式粘度计的隔板支撑结构，隔板支撑结构支撑用于桥构造中的多个臂中的每一个的可拆卸连接部分。

根据另一方面，我们提供了一种支撑桥臂导管以及支撑用于每个桥臂导管的两个其它可拆卸连接部分的桥支撑结构，其中，由桥支撑结构支撑的所述其它可拆卸连接部分中的每一个均被定位成同时与由隔板支撑结构支撑的可拆卸连接部分中的相应的一个配合，以液力地连接桥构造中的桥臂导管。

根据另一方面，我们提供了一种具有液力连接的平衡检测器，以用于当桥上的可拆卸连接部分与由隔板支撑结构支撑的可拆卸连接部分中的相应一个配合时在桥中的第一和第二差分检测点之间的连接。

附图说明

图1是现有技术的毛细管桥式粘度计的液力示意图；

图2是具有安装的1/16’’管路的典型四通接头的图，其透明地示出以便展示内部结构；

图3是根据本发明的示例性模块化毛细管桥式粘度计的侧视、横截面图，其透明地示出以便展示内部结构；

图4A是桥模块的示意性侧视图，其中示意地示出了用于图3中示例性模块化毛细管桥式粘度计的导管；

图4B是用于图3中示例性模块化毛细管桥式粘度计的隔板的示意侧视图；

图5是图4B中的隔板的正视图，其透明地示出以便展示位于隔板的背部上的配件；

图6是图4B中的隔板的顶视图；以及

图7是图4A中的桥模块的示意顶视图。

具体实施方式

参考图3-7，根据本发明的示例性毛细管桥式粘度计120包括隔板122和桥模块124。隔板包括端口130，端口被定位成与桥模块上的相应的液力接头132配合，该桥模块支撑桥管路。端口和接头限定在隔板与桥模块之间的一组可拆卸连接。该布置允许桥模块快速地改变以用于不同的实验，或者如果其变得阻塞（fouled），则甚至能够任意处理桥模块。

在示例性实施例中，端口是位于隔板块（bulkhead block）中的圆柱形开口，并且接头是无凸缘的低压套圈，例如可从IL的Lake Forest的IDEX公司的零件号P-200NX购买的。本领域技术人员当然可知道的是，许多其他合适类型的可拆卸液力配件也可以用来提供桥与隔板之间的可拆卸连接。

隔板能够围绕着限定端口130和导管138的支撑物134构建，其液力地将它们连接到将桥连接到粘度计的其他零件上的标准配件（例如图2中112）。桥也能够围绕着支撑液力接头132和液力接头所连接的桥管路R1、R2、R3、R4的支撑物136构建。在这个实施例中，隔板和桥支撑物中的每一个均是由不锈钢的机加工块制成的，但是本领域技术人员当然可知道的是，也能够使用许多其他合适的材料、构造技术和结构配置。

在隔板与桥模块之间能够提供机械连接。在这个实施例中，机械连接能够通过四个常规尺寸的凹头螺钉提供，其中所述螺钉穿过桥模块支撑物中的孔126并且与隔板支撑物中的螺纹孔128相互作用。本领域技术人员当然可知道的是，也能够使用许多其他合适类型的机械连接。

在操作中，使用者在隔板122上安装桥模块124并且通过紧固螺钉而将它们机械地固定就位。一旦拧紧后，支撑物就起压板的作用，该压板在所有的毛细管上提供均匀的压力，并且能够消除过紧的可能性。该安装能够快速地进行，而没有发生混乱的风险。

然后使用者能够进行一个或更多个实验。之后，能够除去桥模块并且用另外的桥模块替换，并能够进行其它实验。除去的桥模块能够储存、丢弃、清洁或者返回到制造商以用于维修。

能够提供与该仪器一起使用的多个不同的桥模块124。这些不同的桥能够包括不同的管路长度和/或直径，从而允许粘度计适用于不同的应用中。不同的桥也可以在它们所提供的液力回路中提供其他的不同点。例如，IP+和IP-点可在桥模块中获得而不是穿过隔板获得，或者桥模块可以包括嵌入的延迟机制或者刻度特征。桥和隔板也可以分成子元件。

在示例性实施例中，设计了隔板，在这里是为了通过用于流入、流出、DP+、DP-和一个或更多个延迟柱的标准HPLC配件产生图1中示出的等同外部管道连接。由于桥模块上的毛细管的分离，因此几乎不需要除去这些外部连接（虽然做这件事仅仅要求一般的努力）。示例性实施例也能够消除由于桥接头的错误安装导致的死体积。示例性实施例能够使用具有与典型的已有仪器可比较的长度和/或直径的可比较毛细管，但是本领域技术人员可知道的是，也可以使用与从端口到端口要求的距离一致的其他长度和/或直径。

在本申请中描述的模块化设计能够在各种不同类型的仪器中使用。其可以使用在提供消除突破峰（break through peak）的更复杂的毛细管粘度计中，例如，Titterton的美国公开第2008/245133号中所描述的，该美国公开通过引用结合于此。或者，其可以与机械平衡的粘度计一起使用，该机械平衡粘度计如在与本申请同天提交的名称为Balanced Capillary BridgeViscometer（平衡的毛细管桥式粘度计）的申请中提供的，该申请通过引用结合于此。在将新的桥模块连接到隔板之后，该组合允许桥快速地平衡。在本申请中描述的模块化设计也能够用于其他类型的仪器中，其能够从快速改变为精确尺寸的液力回路的能力中获益。

图4A示出了图3中示出的桥模块124的示意侧视图。示出了四个孔126，以用于将桥模块124连接到隔板122上。在图4A的左手边上，可以看到图3中示出的两个液力接头132。提供与其他桥管路R1、R2、R3和R4的连接的剩余接头132’、132’’、132’’’定位在桥模块的相同面中，以用于将相应的端口130连接到隔板122上。图7示出在图4A中用虚线表示的桥管路所沿的路径的俯视图。

图4B示出与图4A类似的图，但是是在隔板122上的。隔板端口130定位在接头的相应位置上。

图5示出了隔板122的正视图，其示出端口“IP+”、“IP-”和“来自延迟件（From Delay，来自延迟）”。图5示出了隔板122，为了使在相对侧上的端口130、130’、130’’和130’’’的位置可见，隔板以透明示出。图6是隔板122的顶视图，以便为了清楚起见而示出在图5中未标出的端口“流入”、“DP+”、“DP-”和“流出”。

粘度计120可以包括被布置成在DP+和DP-之间校正的平衡检测器（没有示出）。平衡检测器可以包括致动器，从而调节通过粘度计的流动速率，以便平衡粘度计中的压力。

已经结合多个具体实施例描述了本发明。然而，在本发明的保护范围内的大量修改对于本领域技术人员是显而易见的。因此，目的是本发明的保护范围仅仅受到于此所附的权利要求的保护范围所限制。另外，权利要求的陈述顺序不应该理解为限制权利要求中任何具体术语的保护范围。

Claims (17)

1.一种毛细管桥式粘度计，包括：

至少两个至少大体上平衡的桥臂导管，

隔板支撑结构（122），支撑用于桥构造中的多个臂中的每一个的可拆卸连接部分，

桥支撑结构（124），支撑所述桥臂导管（R1、R2、R3、R4）并且支撑用于所述桥臂导管中的每一个的两个其它可拆卸连接部分，其中，由所述桥支撑结构（124）支撑的所述其它可拆卸连接部分中的每一个均被定位成同时与由所述隔板支撑结构（122）支撑的所述可拆卸连接部分中的相应的一个配合，以液力地连接所述桥构造中的所述桥臂导管；以及

具有液力连接的平衡检测器，用于当所述桥上的所述可拆卸连接部分与由所述隔板支撑结构支撑的所述可拆卸部分中的相应的一个配合时所述桥中的第一和第二差分检测点（DP+、DP-）之间的连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，配件是HPLC配件。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，进一步包括在所述桥的一个臂中的流动路径内的可调节机械限流器，其中，所述可调节机械限流器能够操作以便在所述流体流过所述可调节机械限流器的同时机械地调节对流体流动的阻力。

4.根据权利要求3所述的装置，进一步包括致动器，所述致动器耦接到所述可调节机械限流器上以调节通过所述可调节机械限流器的流动速率。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述平衡检测器操作性地连接在所述隔板支撑结构（122）中的第一和第二差分检测点之间。

6.根据权利要求5所述的装置，进一步包括平衡控制器，所述平衡控制器响应于所述平衡检测器并且能够操作以致动所述致动器，以便调节通过所述可调节机械限流器的流动速率，直到所述毛细管桥式粘度计（120）平衡。

7.根据权利要求1或权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述平衡检测器操作性地连接在所述隔板支撑结构（122）中的第一和第二差分检测点之间。

8.根据权利要求1或前述任一项权利要求所述的装置，其中，所述隔板支撑结构（122）包括用于流入和流出中的每一个的可拆卸连接部分。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述隔板支撑结构（122）包括用于流入、流出和两个差分压力测量点中的每一个的可拆卸连接部分。

10.根据权利要求1或前述任一项权利要求所述的装置，其中，所述平衡检测器操作性地连接在所述隔板支撑结构中的第一和第二差分检测点之间。

11.根据权利要求1或前述任一项权利要求所述的装置，其中，所述导管（138）中的每一个均是毛细管。

12.根据权利要求1或前述任一项权利要求所述的装置，其中，所述连接部分中的至少一些包括套圈，并且所述连接部分中的至少一些包括尺寸设计成与所述套圈相互作用的端口。

13.一种毛细管桥式粘度计，包括：

隔板（134），包括：

隔板支撑结构（122），

输入端口，

第一可拆卸输入端口配件，液力地连接到所述输入端口并且相对于所述隔板支撑结构（122）安装，

第二可拆卸输入端口配件，液力地连接到所述输入端口并且相对于所述隔板支撑结构安装，

输出端口，

第一可拆卸输出端口配件，液力地连接到所述输出端口并且相对于所述隔板支撑结构安装，

第二可拆卸输出端口配件，液力地连接到所述输出端口并且相对于所述隔板支撑结构安装，

第一检测端口，

第一可拆卸的第一检测端口配件，液力地连接到所述第一检测端口并且相对于所述隔板支撑结构（122）安装，

第二可拆卸的第一检测端口配件，液力地连接到所述第一检测端口并且相对于所述隔板支撑结构安装，第一可拆卸输入端口配件液力地连接到所述输入端口，第二可拆卸输入端口配件液力地连接到所述输入端口，

第二检测端口，

第一可拆卸的第二检测端口配件，液力地连接到所述第二检测端口并且相对于所述隔板支撑结构安装，

第二可拆卸的第二检测端口配件，液力地连接到所述第二检测端口并且相对于所述隔板支撑结构（122）安装，以及

桥（136），包括：

桥支撑结构（124），

第一导管（R1），具有相对于所述桥支撑结构安装的第一和第二可拆卸配件，

第二导管（R2），具有相对于所述桥支撑结构安装的第一和第二可拆卸配件，

第三导管（R3），具有相对于所述桥支撑结构安装的第一和第二可拆卸配件，

第四导管（R4），具有相对于所述桥支撑结构安装的第一和第二可拆卸配件，

其中，所述桥中的配件和所述隔板上的配件被定位成允许下述的同时连接：

所述第一导管的所述第一可拆卸配件与所述第一可拆卸输入端口配件的连接，

所述第一导管的所述第二可拆卸配件与所述第一可拆卸的第一检测端口配件的连接，

所述第二导管的所述第一可拆卸配件与所述第二可拆卸的第一检测端口配件的连接，

所述第二导管的所述第二可拆卸配件与所述第一可拆卸输出端口配件的连接，

所述第三导管的所述第一可拆卸配件与所述第二可拆卸输入端口配件的连接，

所述第三导管的所述第二可拆卸配件与所述第一可拆卸的第二检测端口配件的连接，

所述第四导管的所述第一可拆卸配件与所述第二可拆卸的第二检测端口配件的连接，以及

所述第四导管的所述第二可拆卸配件与所述第二可拆卸输出端口配件的连接。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述导管（R1、R2、R3、R4）中的每一个均是毛细管。

15.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其中，所述隔板支撑结构（122）包括隔板（134），所述隔板包括输入端口、输出端口、第一检测端口、第二检测端口，并且其中，所述隔板包括：

第一可拆卸输入端口配件，液力地连接到所述输入端口并且相对于所述隔板支撑结构安装，

第二可拆卸输入端口配件，液力地连接到所述输入端口并且相对于所述隔板支撑结构安装，

第一可拆卸输出端口配件，液力地连接到所述输出端口并且相对于所述隔板支撑结构安装，

第二可拆卸输出端口配件，液力地连接到所述输出端口并且相对于所述隔板支撑结构安装，

第一可拆卸的第一检测端口配件，液力地连接到所述第一检测端口并且相对于所述隔板支撑结构（122）安装，

第二可拆卸的第一检测端口配件，液力地连接到所述第一检测端口并且相对于所述隔板支撑结构安装，第一可拆卸输入端口配件液力地连接到所述输入端口，第二可拆卸输入端口配件液力地连接到所述输入端口，

第一可拆卸的第二检测端口配件，液力地连接到所述第二检测端口并且相对于所述隔板支撑结构安装；第二可拆卸的第二检测端口配件，液力地连接到所述第二检测端口并且相对于所述隔板支撑结构安装，以及

16.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其中，所述桥支撑结构（124）包括桥（136），所述桥包括：

第一导管，具有相对于所述桥支撑结构安装的第一和第二可拆卸配件，

第二导管，具有相对于所述桥支撑结构安装的第一和第二可拆卸配件，

第三导管，具有相对于所述桥支撑结构安装的第一和第二可拆卸配件，

第四导管，具有相对于所述桥支撑结构安装的第一和第二可拆卸配件，

其中，所述桥中的配件和所述隔板上的配件被定位成允许下述的同时连接：

所述第一导管的所述第一可拆卸配件与所述第一可拆卸输入端口配件的连接，

所述第一导管的所述第二可拆卸配件与所述第一可拆卸的第一检测端口配件的连接，

所述第二导管的所述第一可拆卸配件与所述第二可拆卸的第一检测端口配件的连接，

所述第二导管的所述第二可拆卸配件与所述第一可拆卸输出端口配件的连接，

所述第三导管的所述第一可拆卸配件与所述第二可拆卸输入端口配件的连接，

所述第三导管的所述第二可拆卸配件与所述第一可拆卸的第二检测端口配件的连接，

所述第四导管的所述第一可拆卸配件与所述第二可拆卸的第二检测端口配件的连接，以及

所述第四导管的所述第二可拆卸配件与所述第二可拆卸输出端口配件的连接。

17.根据权利要求15或权利要求16所述的装置，其中，所述导管中的每一个均是毛细管。

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