CN105092415A - 液体参数测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液体参数测量系统。该液体参数测量系统中，第一供液管路提供连续的待测液体A，第二供液管路以添加泡的形式提供液体B；待测液体A和液体B在混液部件内混合，形成液-液柱塞流，待测液体A在液-液柱塞流中呈连续的液池形式，液体B在液-液柱塞流中呈离散的液泡形式；液-液柱塞流流经可视测量微管的微通道；液膜厚度测量装置透过可视测量微管测量微通道内液泡周边初始液膜厚度δ₀，相机透过可视测量微管捕捉微通道内液泡流动的多个瞬时图像；数据采集及分析装置计算待测液体A的动力粘度μ_l和/或表面张力σ。本发明液体参数测量系统可以实现液-液系统中液体的表面张力和粘度的测量，具有结构方便、使用灵活等优点。

Description

液体参数测量系统

技术领域

本发明涉及测量仪器/仪表技术领域，尤其涉及一种液体参数测量系统。

背景技术

粘度、表面张力是液体的主要物性参数，是石油化工、医药等工业领域检测的重要参数。粘度与表面张力的测量在科研、技术开发和产品制造上具有重要的意义。测量液体粘度的方法有毛细管法、旋转柱法等。测量表面张力的方法有最大气泡压力法、气泡幅频当量法等。

本申请的申请人于2014年12月17日提交了两份关于液体参数测量系统的专利申请(201410785514.2，201420802103.5)，该两份专利申请的内容纳入本申请作为参考。如图1所示，该液体参数测量系统包括：Taylor气泡流产生装置；可视测量微管107，其具有一微通道，该微通道的前端与Taylor气泡流产生装置相连通，后端连接至回收容器108；温度传感器组件(111、1112)，设置于可视测量微管107的前端和后端；液膜厚度测量装置109，设置于可视测量微管107径向的外围；高速相机110，设置于可视测量微管107径向的外围；以及数据采集及分析系统113，电性连接至温度传感器组件(111、112)、液膜厚度测量装置109和高速相机110。

请继续参照图1，Taylor气泡流产生装置用于生成待测液体的Taylor气泡流，包括：驱动电机101，注射器102，第一调节阀103，压缩气瓶104，第二调节阀105和第一三通管106。测量前，注射器注满被测液体。驱动电机101启动后，推动活塞芯杆向前运动，挤压待测液体流出，通过第一调节阀103调节后进入第一三通管106。打开压缩气瓶104，并调节第二调节阀105的开度，使填充气缓慢注入第一三通管106。注射器102中流出的待测液体与压缩气瓶流出的填充气在第一三通管106内混合，形成稳定的Taylor气泡流。

数据采集及分析系统113采集温度传感器(111、112)获取的温度信号、液膜厚度测量装置109测得的初始液膜厚度δ₀、高速相机110捕捉的Taylor气泡流的瞬时图像。首先，由Taylor气泡流的多个瞬时图像得到气泡流的流速U_b，进而依据公式(1～3)由气泡周边初始液膜厚度δ₀、气泡流的流速U_b、可视测量微管107的微通道的内径D、待测液体的密度ρ_l计算当前温度下待测液体的动力粘度μ_l和表面张力σ：

$\frac{{\mathrm{\δ}}_0}{D}=\frac{0.670{\mathrm{Ca}}^{2/3}}{1+3.13{\mathrm{Ca}}^{2/3}+0.504{\mathrm{Ca}}^{0.672}{\mathrm{Re}}^{0.589}-0.352{\mathrm{We}}^{0.629}}---\left(1\right)$

公式1中，D表示可视测量微管107的微通道的内径(D＝2R)；Ca＝μ_lU_b/σ是毛细常数；韦伯数We和雷诺数Re的计算公式为：

$We=\frac{{\mathrm{\ρ}}_l{U_b}^{2}D}{\mathrm{\σ}}---\left(2\right)$

$\mathrm{Re}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_l{U}_{b}D}{{\mathrm{\μ}}_l}---\left(3\right)$

公式1表示的气泡微液膜厚度δ₀与毛细常数Ca之间的量化关系而设计的测量系统，此关系式是由多种流体在多种流动条件下归纳得到的经验关系式，适用面广，测量精度高。

在公式1，有两个未知量-待测液体的动力粘度μ_l和表面张力σ。当被测液体的表面张力σ已知时，可以通过一次测量(即一组Taylor气泡流)来获得待测液体的动力粘度μ_l。当被测液体的动力粘度μ_l已知时，可以通过一次测量(即一组Taylor气泡流)来获得待测液体的表面张力σ。当动力粘度μ_l和表面张力σ都未知时，可以通过调节Taylor气泡流参数(待测液体流量和/或填充气体量)，来获得两组Taylor气泡流，而获得两个方程，对该两个方程组成的方程组进行求解，即可同时测量动力粘度μ_l和表面张力σ。

然而，图1所示系统只能测量气-液系统中液体的表面张力和粘度，而无法测量液-液系统中液体的表面张力和粘度，但在化学工业、石油工业、食品医药等领域中，如溶液萃取、油品添加剂设计、表面活性剂的开发应用中，都需要对液-液系统中液体的表面张力和粘度进行测量。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种液体参数测量系统，以实现液-液系统中液体的表面张力和粘度的测量。

(二)技术方案

本发明液体参数测量系统包括：第一供液管路和第二供液管路；混液部件106，其第一接口和第二接口分别连接至第一供液管路和第二供液管路的后端；可视测量微管107，其具有一透明的微通道，该微通道的前端与混液部件106的后端相连通；液膜厚度测量装置109和相机110，分别设置于可视测量微管107径向的外围；以及数据采集及分析装置113，与相机110和液膜厚度测量装置109相连接。其中，第一供液管路提供连续的待测液体A，第二供液管路以添加泡的形式提供液体B；待测液体A和液体B在混液部件106内混合，形成液-液柱塞流，待测液体A在液-液柱塞流中呈连续的液池形式，液体B在液-液柱塞流中呈离散的液泡形式；液-液柱塞流流经可视测量微管107的微通道；液膜厚度测量装置109透过可视测量微管测量微通道内液泡周边初始液膜厚度δ₀，相机110透过可视测量微管捕捉微通道内液泡流动的多个瞬时图像；数据采集及分析装置113利用相机110捕捉液泡流动的多个瞬时图像得到液泡的表观流速U_b，进而计算待测液体A的动力粘度μ_l和/或表面张力σ。

优选地，本发明液体参数测量系统中，第一供液管路和第二供液管路均包括：驱动电极、注射器和调节阀；其中，注射器存储液体，其活塞芯杆的后端由相应驱动电机驱动，其出口通过相应调节阀连接至混液部件106的相应接口。

优选地，本发明液体参数测量系统还包括：第三管路，包括：压缩气源104和调节阀105；其中，在进行液-液系统中液体参数测量时，第一供液管路和第二供液管路中的调节阀打开，第三管路中的调节阀关闭；在进行气-液系统中液体参数测量时，第一供液管路和第三供液管路中的调节阀打开，第二管路中的调节阀关闭，第一供液管路、第三管路和混液部件106构成Taylor气泡流产生装置。

优选地，本发明液体参数测量系统中，混液部件106为“T”型三通件，其第一直通接口连接至第一供液管路中调节阀103的出口，其旁通接口连接至第二供液管路中调节阀123的出口。

优选地，本发明液体参数测量系统还包括：调温管路124，连接于混液部件106和可视测量微管107之间，其主体部分被置入温控腔125内。

优选地，本发明液体参数测量系统中，温控腔125为水浴/油浴/空气浴电加热类型的温控腔。

优选地，本发明液体参数测量系统还包括：温度传感器111、112，设置于可视测量微管107的前端和/或后端；和/或回收器108，连接于可视测量微管107的微通道的后端。

优选地，本发明液体参数测量系统中，相机110的拍摄速率不小于1000帧/秒；液膜厚度测量装置为激光共焦距位移测量计或椭偏仪，其测量精度大于0.1μm；液膜厚度测量装置109和相机110所对应的可视测量微管107上的面为平面。

优选地，本发明液体参数测量系统中，可视测量微管107为外方内圆的透明玻璃管，其内径小于1.5mm。

优选地，本发明液体参数测量系统还包括：数据采集及分析装置113利用以下公式计算待测液体A的动力粘度μ_l和/或表面张力σ：

$\frac{{\mathrm{\δ}}_0}{D}=\frac{0.670{\mathrm{Ca}}^{2/3}}{1+3.13{\mathrm{Ca}}^{2/3}+0.504{\mathrm{Ca}}^{0.672}{\mathrm{Re}}^{0.589}-0.352{\mathrm{We}}^{0.629}}$

其中：Ca为毛细常数：Ca＝μ_lU_b/σ；

We为韦伯数：

Re为雷诺数：

其中：D为可视测量微管107的微通道的内径；ρ_l为待测液体A的密度；δ₀为液泡周边初始液膜厚度；其中，液体B的液体参数已知或未知：

1、当待测液体A的表面张力σ已知时，通过一组液-液柱塞流获得的参数计算待测液体A的动力粘度μ_l；

2、当待测液体A的动力粘度μ_l已知时，通过一组液-液柱塞流获得的参数计算待测液体A的表面张力σ；或

3、待测液体A的动力粘度μ_l和表面张力σ都未知时，通过两组液-液柱塞流获得的参数联立方程组计算待测液体A的动力粘度μ_l和表面张力σ，该两组液-液柱塞流通过改变待测液体A和液体B的流量获得。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明液体参数测量系统可以实现液-液系统中液体的表面张力和粘度的测量，同时能够实现多温度条件下的液体表面张力和粘度测量，具有结构方便、使用灵活等优点。

附图说明

图1为现有技术1液体参数测量系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例应用于液-液系统的液体参数测量系统的结构示意图；

图3为根据本发明第二实施例多功能液体参数测量系统的结构示意图。

【本发明主要元件符号说明】

101-第一驱动电机；102-第一注射器；103-第一调节阀；

121-第二驱动电机；122-第二注射器；123-第三调节阀；

104-压缩气源；105-第二调节阀；106-三通管；

124-调温管路；125-温控腔；107-可视测量微管；

108-回收器；109-液膜厚度测量装置；110-高速相机；

111、112-温度传感器；113-数据采集及分析系统。

具体实施方式

本发明提供了一种可以实现液-液系统中液体的表面张力和粘度测量的液体参数测量系统。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

一、第一实施例

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种应用于液-液系统的液体参数测量系统。图2为根据本发明第一实施例应用于液-液系统的液体参数测量系统的结构示意图。如图2所示，本实施例液体参数测量系统包括：

两供液管路，其中，第一供液管路提供连续待测液体A，第二供液管路以添加泡的形式提供液体B，其中，液体A为待测液体，液体B为已知液体或未知液体；

混液部件106，其第一接口和第二接口分别连接至第一供液管路和第二供液管路的后端，待测液体A和液体B在该混液部件内混合，形成液-液柱塞流，其中，待测液体A在柱塞流中呈连续的液池形式，液体B在液-液柱塞流中呈离散的液泡形式，液泡在液池中有明确的分界面；

调温管路124，其前端与混液部件的第三接口相连通，其主体部分被置入温控腔，柱塞流在该调温管路中被加热至预设温度；

可视测量微管107，其具有一微通道，该微通道的前端与调温管路的后端相连通，后端连接至回收容器108；

温度传感器组件(111、112)，设置于所述可视测量微管107的前端和后端；

液膜厚度测量装置109，设置于可视测量微管107径向的外围，其透过可视测量微管测量微通道内液泡周边初始液膜厚度δ₀；

高速相机110，设置于可视测量微管107径向的外围，其透过可视测量微管捕捉微通道内液泡流动的多个瞬时图像；以及

数据采集及分析系统113，电性连接至液膜厚度测量装置109和高速相机110，其利用相机110捕捉液泡流动的多个瞬时图像得到液泡的表观流速U_b，进而利用可视测量微管107的微通道的内径D、待测液体A的密度ρ_l、液泡周边初始液膜厚度δ₀、液泡的表观流速U_b计算待测液体A的动力粘度μ_l和/或表面张力σ。

以下分别对本实施例液体参数测量系统的各个组成部分进行详细描述。

本实施例中，两供液管路的结构相同，其中，第一供液管路包括：第一驱动电机101、第一注射器102和第一调节阀103。同样，第二供液管路包括：第二驱动电极121、第二注射器122和第三调节阀123。混液部件为一三通件。

在两供液管路中，注射器(102、122)的功能是存储液体，其容量的量级约为1ml～10ml。注射器(102、122)的活塞芯杆的后端由相应的驱动电极(101、121)驱动，其出口通过相应的调节阀(103、123)连接至混液部件的相应接口。其中，驱动电机(101、121)的功能是为被测液体在注射器的微圆管内的流动提供动力。调节阀(103、123)的功能是调节被测液体的流量，使流动保持稳定。

请参照图3，混液部件106为一“T”型三通件，其第一直通接口连接至第一调节阀103的出口，其旁通接口连接至第三调节阀123的出口。第一供液管路和第二供液管路分别提供待测液体A和液体B，并且，液体B的流量要低于待测液体A的流量，在这种情况下，液体B以添加泡的形式注入待测液体A中，形成稳定的液-液柱塞流。

调温管路124的前端连接至“T”型三通件的第二直通接口，其主体部分置入温控腔125内，用于将上述的柱塞流加热至待测温度。其中，该调温管路选择不与管内液体发生化学反应的管材；温控腔125为水浴/油浴/空气浴电加热类型的温控腔，水/油浴电加热类型是指温控腔内部充满或充部分水/油，调温管路浸没在水/油中，电加热丝/棒浸没在水/油中对温控腔内的水/油进行加热，继而加热调温管路中的液体，其能够提供的温度介于室温～90℃之间；空气浴电加热类型是指温控腔内部的电加热装置加热温控腔内空气，继而加热调温管路中的液体，其能够提供的温度最小值为室温，最大值取决于电加热装置的最大功率。

可视测量微管107的功能是为液-液柱塞流的流动过程提供观测窗口，方便液膜厚度测量装置109测量液膜厚度，以及高速相机110捕捉流动瞬时图像。

本实施例中，可视测量微管107为外方内圆的透明玻璃管。微通道的直径为0.2mm，但本发明并不以此为限。微通道的直径只要不大于1.5mm即可。由于可视测量微管107的内径很小，仅需1ml～10ml容量量级的被测液体即可完成测量过程，液体需求量非常小。

在可视测量微管的前端和后端，分别安装有温度传感器(111、112)。两温度传感器测量可视测量微管中柱塞流的温度，将将其传输至数据采集及分析系统。

需要说明的是，本实施例包括两个温度传感器，本发明并不以此为限。而在本发明其他实施例中，也可以采用一个温度传感器，或者在当前温度已知的情况下，省略温度传感器，同样能够实现本发明。

液膜厚度测量装置109的功能是测量微通道内液泡周边微液膜的厚度。目前已有许多高精度的光学测量方法和仪器，比如常用的激光共焦距位移测量计(LFDM)，测量误差仅为1％，精度高达0.01μm，可精确测量10～600μm量级的液膜厚度。

本领域技术人员应当清楚，除了激光共焦距位移测量计之外，还可以采用椭偏仪等仪器作为液膜厚度测量装置，只要测量精度大于0.1μm即可满足要求。

高速相机110的功能是捕捉通道内液-液柱塞流的瞬时图像，便于数据采集及分析系统113对液-液柱塞流的流速进行分析计算。其中，该高速相机110的拍摄速率应当不小于1000帧/秒。

本实施例中，高速相机110的拍摄速率可达到10000帧/秒，快门速度通常可达到1～10μs的量级；配备CCD镜头可以达到0.01mm甚至更小的测量精度；液膜厚度的测量误差可控制在1％左右。因此，测量误差非常小，远高于普通的测量方法。

为了消除外管壁曲率带来的聚焦误差，液膜厚度测量装置109和高速相机110所对应的可视测量微管107上的面的曲率应当为0，即该面应当为平面，否则测量精度可能会受到影响。故此，本实施例中，可视测量微管107被设计为外方内圆的透明玻璃管。

本实施例中，数据采集及分析系统113采集温度传感器(111、112)获取的温度信号以及液膜厚度测量装置109测得的初始液膜厚度δ₀、高速相机110捕捉的液-液柱塞流的瞬时图像。首先，由液-液柱塞流的多个瞬时图像得到液泡的流速U_b，进而依据式(1～3)由液泡周边初始液膜厚度δ₀、液泡的流速U_b、可视测量微管107的微通道的内径D、待测液体的密度ρ_l计算当前温度下待测液体的动力粘度μ_l和表面张力σ：

$\frac{{\mathrm{\δ}}_0}{D}=\frac{0.670{\mathrm{Ca}}^{2/3}}{1+3.13{\mathrm{Ca}}^{2/3}+0.504{\mathrm{Ca}}^{0.672}{\mathrm{Re}}^{0.589}-0.352{\mathrm{We}}^{0.629}}---\left(1\right)$

公式1中，D表示可视测量微管107的微通道的内径(D＝2R)；Ca＝μ_lU_b/σ是毛细常数；韦伯数We和雷诺数Re的计算公式为：

$We=\frac{{\mathrm{\ρ}}_l{U_b}^{2}D}{\mathrm{\σ}}---\left(2\right)$

$\mathrm{Re}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_i{U}_{b}D}{{\mathrm{\μ}}_l}---\left(3\right)$

公式1表示的液泡微液膜厚度δ₀与毛细常数Ca之间的量化关系而设计的测量系统，此关系式是由多种流体在多种流动条件下归纳得到的经验关系式，适用面广，测量精度高。

需要注意的是，上述在对待测液体A的液体参数进行计算时，并没有涉及液体B的任何液体参数，因此，液体B为已知液体或未知液体均可，只要待测液体A在液-液柱塞流中以液池的方式存在，液体B以液泡的形式存在，均可以利用以上公式进行待测液体A的液体参数计算。

在公式1～3，系统中任一流体A或B的两个未知量-待测液体的动力粘度μ_l和表面张力σ。分为以下几种情况：

(A)当待测液体A的表面张力σ已知时，通过调节阀控制确保测量微管107中液池为A，液泡为B。可以通过一次测量(即一组液-液柱塞流)来获得相关参数，计算待测液体A的动力粘度μ_l；

(B)当待测液体A的动力粘度μ_l已知时，通过调节阀控制确保测量微管107中液池为A，液泡为B。可以通过一次测量(即一组液-液柱塞流)来获得待测液体的表面张力σ；

(C)当待测液体A的动力粘度μ_l和表面张力σ都未知时，通过调节阀控制确保测量微管107中液池为A，液泡为B。可以通过调节液-液柱塞流参数(待测液体A的流量和/或液泡B流量)，来获得两组液-液柱塞流，而获得两个方程，对该两个方程组成的方程组进行求解，即可同时测量动力粘度μ_l和表面张力σ。

可以理解的是，当被测液体为B时，通过调节阀控制确保测量微管107中液池为B，液泡为A。待测液体B的表面张力σ或/和动力粘度μ_l的测量过程与上述过程(A)～(C)相同。

此外，还可以对同一物性做多点多次测量，进一步提高精度，以满足对精度要求较高的科研、尖端技术等领域的测量要求。

需要说明的是，公式1～3仅为容易理解的形式，在实际计算过程中，可能采用由该式推导出来的其他等同形式，均应包含在本发明的保护范围之内。

以下结合一种具体的应用场景来说明本实施例，流体A为待测液体，其密度已知，表面张力σ和动力粘度μ_l未知，流体B为液-液系统的添加液泡。首先调节温控腔125的能量输入，控制测量温度；然后将注满待测液体A的注射器102、注满液体B的注射器122连接到系统管路，启动驱动电机101，推动注射器102中的待测液体A经过调节阀103、三通106，进入温控腔125，在125中达到待测温度后流入微管测量段107；启动驱动电机121，并调节调节阀123的开度，使液体B以添加泡的形式缓慢注入三通106，与注射器102中流出的待测液体A混合，形成稳定的液-液柱塞流；当液-液柱塞流进入微管可视测量段107时，由液膜厚度测量仪109测量液泡周边初始液膜厚度δ₀，由高速相机110捕捉瞬时图像得到液泡的流速U_b；最终液体流入回收器108回收。温度传感器111、112测量液-液柱塞流的平均温度。

将测量得到的初始液膜厚度δ₀和液泡流速U_b代入式(1)～(3)，得到待测液体A的动力粘度μ_l和表面张力σ的一个关系式。调整待测液体A与B的流量(始终保持待测液体A为液池，B为液泡)，将再次得到另一流量的液-液柱塞流，将再次测量得到的初始液膜厚度δ₀和液泡流速U_b代入式(1)～(3)，得到待测液体A的动力粘度μ_l和表面张力σ的第二个关系式。联立两个关系式，即可计算出待测液体A的动力粘度μ_l和表面张力σ。

由以上说明可知，本实施例液体参数测量系统可以实现液-液系统中液体的表面张力和粘度的测量，同时能够实现多温度条件下的液体表面张力和粘度测量，具有使用方便、灵活等优点。

二、第二实施例

在第一实施例的基础上，本发明的另一个示例性实施例还提供了另一种多功能的液体参数测量系统。图3为根据本发明第二实施例多功能液体参数测量系统的结构示意图。请参照图3，与图2所示液体测量系统相比，本实施例液体参数测量系统还包括：压缩气源104通过第二调节阀105连接至三通管106的旁通接口。驱动电机101，注射器102，压缩气源104和T型三通管106构成Taylor气泡流产生装置。

本实施例不仅可以测量出液-液系统中任一种液体的表面张力，还可以测量出多种温度条件下液体的粘度和气-液系统中该液体表面张力。具体来讲：

(1)在进行液-液系统中任一种液体的表面张力的测量时，第一调节阀103和第三调节阀123打开，第二调节阀105完全关闭，按照第一实施例的方式进行测量即可。

(2)在进行多种温度条件下液体的粘度和气-液系统中该液体表面张力时，第一调节阀103和第二调节阀105打开，第三调节阀123完全关闭。压缩气瓶104为Taylor流提供稳定的填充气泡。第二调节阀105调节填充气的流量，使Taylor流保持稳定。

此时，由Taylor气泡流产生装置生成待测液体的Taylor气泡流，该Taylor气泡流流经可视测量微管107，由温度传感器组件测量该Taylor气泡流的温度，由液膜厚度测量装置109透过可视测量微管107测量微通道内气泡周边初始液膜厚度δ₀，由高速相机110透过可视测量微管107捕捉微通道内气泡流动的多个瞬时图像；最终Taylor气泡流流入回收器108回收。数据采集及分析系统113由气泡流的多个瞬时图像得到气泡的表观流速U_b，进而由气泡周边初始液膜厚度δ₀、气泡的表观流速U_b、可视测量微管107的内径D、待测液体的密度ρ_l计算待测液体的动力粘度μ_l和/或表面张力σ。其中，数据采集及分析系统113的计算过程与第一实施例类似，此处不再重述说明。

本实施例既可以测量液-液系统中一种液体的动力粘度μ_l和/或表面张力σ，也可以如背景技术中那样实现气-液系统中一种液体的动力粘度μ_l和/或表面张力σ，真正做到了一机两用，仪器的灵活性大大提高。

至此，已经结合附图对本发明两实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明应用于液-液系统的液体参数测量系统有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)也可以采用除圆形或方形之外的其他形状作为可视测量微管的内侧形状；

(2)可以根据需要来选择相机和液膜厚度测量装置，一般情况下，相机的拍摄速率不小于1000帧/秒；液膜厚度测量装置为激光共焦距位移测量计或椭偏仪，其测量精度大于0.1μm；

(3)除实施例中Taylor气泡产生装置之外，也可以采用其他装置来产生Taylor气泡；

(4)本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值；

(5)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。

综上所述，本发明液体参数测量系统可以实现液-液系统中液体的表面张力和粘度的测量，同时具有结构简单、使用方便等优点，具有较好的推广应用价值。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液体参数测量系统，其特征在于，包括：

第一供液管路和第二供液管路；

混液部件(106)，其第一接口和第二接口分别连接至所述第一供液管路和第二供液管路的后端；

可视测量微管(107)，其具有一透明的微通道，该微通道的前端与所述混液部件(106)的后端相连通；

液膜厚度测量装置(109)和相机(110)，分别设置于所述可视测量微管(107)径向的外围；以及

数据采集及分析装置(113)，与所述相机(110)和液膜厚度测量装置(109)相连接；

其中，第一供液管路提供连续的待测液体A，第二供液管路以添加泡的形式提供液体B；待测液体A和液体B在混液部件(106)内混合，形成液-液柱塞流，待测液体A在液-液柱塞流中呈连续的液池形式，液体B在液-液柱塞流中呈离散的液泡形式；液-液柱塞流流经可视测量微管(107)的微通道；液膜厚度测量装置(109)透过可视测量微管测量微通道内液泡周边初始液膜厚度δ₀；相机(110)透过可视测量微管捕捉微通道内液泡流动的多个瞬时图像；数据采集及分析装置(113)利用所述相机(110)捕捉液泡流动的多个瞬时图像得到液泡的表观流速U_b，进而计算待测液体A的动力粘度μ_l和/或表面张力σ。

2.根据权利要求1所述的液体参数测量系统，其特征在于，所述第一供液管路和第二供液管路均包括：驱动电极、注射器和调节阀；

其中，所述注射器存储液体，其活塞芯杆的后端由相应驱动电机驱动，其出口通过相应调节阀连接至混液部件(106)的相应接口。

3.根据权利要求2所述的液体参数测量系统，其特征在于，包括：

第三管路，包括：压缩气源(104)和调节阀(105)；

其中，在进行液-液系统中液体参数测量时，第一供液管路和第二供液管路中的调节阀打开，第三管路中的调节阀关闭；在进行气-液系统中液体参数测量时，第一供液管路和第三供液管路中的调节阀打开，第二管路中的调节阀关闭，所述第一供液管路、第三管路和混液部件(106)构成Taylor气泡流产生装置。

4.根据权利要求2所述的液体参数测量系统，其特征在于，所述混液部件(106)为“T”型三通件，其第一直通接口连接至第一供液管路中调节阀(103)的出口，其旁通接口连接至第二供液管路中调节阀(123)的出口。

5.根据权利要求1所述的液体参数测量系统，其特征在于，还包括：

调温管路(124)，连接于混液部件(106)和可视测量微管(107)之间，其主体部分被置入温控腔(125)内。

6.根据权利要求5所述的液体参数测量系统，其特征在于，所述温控腔(125)为水浴/油浴/空气浴电加热类型的温控腔。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的液体参数测量系统，其特征在于，还包括：

温度传感器(111、112)，设置于所述可视测量微管(107)的前端和/或后端；和/或

回收器(108)，连接于所述可视测量微管(107)的微通道的后端。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的液体参数测量系统，其特征在于：

所述相机(110)的拍摄速率不小于1000帧/秒；

所述液膜厚度测量装置为激光共焦距位移测量计或椭偏仪，其测量精度大于0.1μm；

所述液膜厚度测量装置(109)和相机(110)所对应的可视测量微管(107)上的面为平面。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的液体参数测量系统，其特征在于，所述可视测量微管(107)为外方内圆的透明玻璃管，其内径小于1.5mm。

10.根据权利要求9所述的液体参数测量系统，其特征在于，所述数据采集及分析装置利用以下公式计算待测液体A的动力粘度μ_l和/或表面张力σ：

$\frac{{\mathrm{\δ}}_0}{D}=\frac{0.670{\mathrm{Ca}}^{2/3}}{1+3.13{\mathrm{Ca}}^{2/3}+0.504{\mathrm{Ca}}^{0.672}{\mathrm{Re}}^{0.589}-0.35{\mathrm{We}}^{0.629}}$

其中：Ca为毛细常数：Ca＝μ_lU_b/σ；

We为韦伯数： $We=\frac{{\mathrm{\ρ}}_l{U_b}^{2}D}{\mathrm{\σ}};$

Re为雷诺数： $\mathrm{Re}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_l{U}_{b}D}{{\mathrm{\μ}}_l};$

其中：D为可视测量微管(107)的微通道的内径；ρ_l为待测液体A的密度；δ₀为液泡周边初始液膜厚度；

其中，液体B的液体参数已知或未知：(1)当待测液体A的表面张力σ已知时，通过一组液-液柱塞流获得的参数计算待测液体A的动力粘度μ_l；(2)当待测液体A的动力粘度μ_l已知时，通过一组液-液柱塞流获得的参数计算待测液体A的表面张力σ；或(3)待测液体A的动力粘度μ_l和表面张力σ都未知时，通过两组液-液柱塞流获得的参数联立方程组计算待测液体A的动力粘度μ_l和表面张力σ，该两组液-液柱塞流通过改变待测液体A和液体B的流量获得。