CN1064745A - 用于测量液体粘度的抽空容器 - Google Patents

Abstract

一种用于测量液体粘度的抽空器，它包括一个两 端开口的容器体和一对装置在该容器体每一端，密封 它的两个开口的密封元件，该密封元件用能够被一空 心针刺穿，并且在除去针后由自身密封它的被刺穿部 分的材料制成，该容器的内部被抽空到一定的压力。

Description

本发明涉及一种用于测量液体粘度的抽空容器，特别是涉及一种用于测量液体粘度的装置的抽空容器，该装置容易操作，并且能在很短的时间内测量液体的粘度。

众所周知，血液粘度受一个人的健康状况的影响。事实上，患贫血症、需要进行血液渗析的慢性肾机能不全、心肌梗塞、糖尿病或恶性肿瘤的人的血液粘度与正常人的血液粘度相比有很大区别。在先进国家，成年人疾病，例如心肌梗塞、血栓性栓塞症和糖尿病，随着老年人口的增加而迅速增加。因此，可以说测量血液粘度对治疗和/或预防疾病是必不可少的一种重要的和有效的手段。

迄今已研制出各种装置来测量液体或溶液的粘度。但是，在临床医学领域一直使用两种装置，即毛细管粘度计和旋转粘度计。在前者，通过把液体引入毛细管粘度计，而后在外力，如重力，作用下使液体通过一毛细管或均匀内径的细管，以便得到该液体的弯液面通过两个预定液位之间所需要的时间来测定该液体的粘度。这样的毛细管粘度计广泛地用于测量血浆的粘度。但是，由于天然血液在流动特性方面是非牛顿性的，毛细管粘度计被用于测量血液粘度的例子是极少见的。

为了测量这种特征粘度，需要用同样的液体和不同内径的毛细管对该粘度作若干次测量。因此，测量这种特性粘度是很麻烦的。

血液粘度的测量通常是用旋转粘度计来完成的，一种典型的旋转粘度计包括两个同心的圆筒，内圆筒在一个固定的外圆筒之内旋转或外圆筒围绕一个固定的内圆筒旋转。在这样的粘度计中，液体放在两个圆筒之间，并且其中一个圆筒绕它的轴旋转，以便测量它的扭力矩。

但是，这种旋转粘度计有如下缺点：（a）为了测量特性粘度，几次测量必测是对同一血样在不同的切应力下完成;（b）计算是困难的，因为它们需要对数对对数的图解微分法，从而带来显著的误差;（c）特殊的和不稳定的液流，例如泰勒旋涡在高速旋转时产生;（d）被检测的液体由于它的粘性产生热;（e）由于离心力的作用很可能引起血细胞的变形;（f）对每个样品的测量所用的时间长;以及（g）这种粘度计的管理是麻烦的，因为每一次测量时这种粘度计一定要用水清洗干净，然后加以干燥，以便除去粘着于其上的血液。

为了解决这些问题，人们已经提出了一些用于测量血液粘度的各种新的方法，这些方法便用于滚筒泵系统（roller  pump  system）或一种空心纤维组件（hollow  fiber  module）。但是，已有技术的这些粘度计没有一个能满足用于临床医学所要求的全部条件。

众所周知，血液就其流动特性而言是非牛顿性的，而血浆则表现出牛顿性。因此，一般认为在血浆中的浮动的血细胞的存在导致血液的非牛顿将性。具体说，影响血液流动特性的因素是血细胞的定向作用和它们的各种形状，例如带凹面的圆片、流线型或炮弹体形。这些因素对流动特性的作用随血液采集后经过的时间的长短而变化，而这种作用还受到向血液中加入其他的物质，例如抗凝聚剂的影响。这样，可以说测量包括其非牛顿特性在内的血液流动特性的最好方式是选择在人体血液器官中循环的血液作为测量对象。

但是，没有一种粘度计能直接测量在人体血液器官中循环的血液流动特性。这样，使用采集的血液作为测量对象就是不可避免的了。在这种情况下，需要在血液采集后的尽可能短的时间内正确地测量血液的流动特性，并且需要采集没有掺入任何其他物质（例如抗凝剂）的血液。

此外，为了使流变血液试验适应于常规临床医学，需要满足以下三个条件：（a）用天然血液进行这种测量;（b）在病床边立刻进行这种测量;以及（c）这种粘度计容易操作，并且任何人都可以进行操作。

为了解决这些问题，在由本专利申请公开平2-418855中已建议使用这样一种测量液体粘度的装置，该装置包括一个由一个空心圆筒和在该圆筒两端提供以用以保持该容器负压的一对塞子构成的抽空容器，一个适合于刺入两个塞子之一以使其进入该容器的空心针，一个用于检测该容器内部压力的压力传感器，一个刺入另一个塞子以使压力传感器与该容器连通的连接针以及一个用于根据该容器内部压力变化计算液体粘度的设备。这种装置容易操作并且能用少量液体正确地和快速地测量液体的粘度。

在这种装置中，处于某一液体容器中的待测液体借助于该抽空容器内部压力与环境压力之间的压差通过空心针被引入到该抽空容器内。为使这种装置进入实用阶段，需要研制出一种廉价的抽空容器，这种抽空容器可以很容易地成批生产。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于测量液体粘度的抽空容器，该容器成本低并且可以成批生产，以便实现使用少量液体就能正确地和迅速地测量一种液体的粘度。

本发明的上述的和其他一些目的是通过提供一种用于测量液体粘度的抽空容器来实现的，该容器包括一个两端开口的容器体以及装在该容器体的每一端用于密封容器的两个口的一对密封元件，所述密封元件是用一种能够被一个空心针刺穿并在空心针除去后由它自身密封被刺穿部分的材料制造的，该抽空容器内部被抽空到一定的压力。

该容器体一般是由均匀内径的空心圆筒构成，但是，它也可能是一个均匀内径的大尺寸的空心圆筒，在其每一端带有一小尺寸空心圆筒部分，该部分是由该空心圆筒的每一端的壁在平行于它的轴的方向上延伸出来的并且与该空心圆筒的内部连通。

本发明的这些以及其他一些目的，特性和优点通过以下借助于那些附图所给的说明将变为更加清楚，这些附图仅以举例的方式给出本发明的若于最佳实施例。

图1是体现本发明的抽空容器的剖视图。

图2是示意本发明的另一个实施例的抽空容器的剖视图。

图3是用于测量液体粘度的一个装置的示意图，包括图1的抽空容器。

现在参照图1，这里给出了一个抽空容器（1），它包括两端开口的空心容器体（2）以及装在容器体（2）的每一个开口中用于密封其两端的一对密封元件（3）和（4）。

容器体（2）是一个容积为2至50ml的均匀内径的空心圆筒，通常用透明的并且气体不渗透的材料，例如玻璃或聚对苯二甲酸乙酯制造。容器体（2）用密封元件（3）和（4）牢牢地密封，以保持该容器内部压力在一定的负压，例如，以相对于环境压力的值表示的-180mmHg。

密封元件（3）和（4）呈塞状并装在容器体（2）的每一个开口内。但是，密封元件也可以呈帽状。密封元件是用具有极好的不透气性能够用一空心针刺穿并且在除去针之后由它自身密封它的被刺穿部分的材料制造。用作密封元件（3）和（4）的典型的材料是胶质的弹性材料，例如合成橡胶和天然橡胶。合成橡胶包括，但不限于丁基橡胶、异戊二烯橡胶和丁二烯橡胶。最佳的材料是丁基橡胶，因为该密封元件需要具有极好的不透气性，特别是对于薄帽式密封元件来说对气体的不渗透性是必不可少的。密封元件（3）和（4）可以是锥形的或者在每一端带有一突起部分，以防止它们由于容器1内部与周围环境之间的压力差的作用落入容器体（2）之中。

在上述实施例中，容器体（2）被加工成为一个均匀内径的空心圆筒。但是，容器体（2）不限于此种形式，可以采取具有所希望的横截面的任意的结构。例如，容器体（2）被制成具有正多边形横截面的空心柱。此外，使用仅在其被空心针刺穿的中心部分是用胶质弹性材料制成的密封元件也是可能的。

如果容器体（2）是一个直径比较小的空心圆筒，则该圆筒的两端即可用作该容器的开口。然而，如果容器体（2）是一个具有非圆形横切面的或者是直径比较大的空心柱，则最好在该容器的两端装配一圆形横截面的嘴或开口。这是可以做得到的，例如，如图2所示，通过在容器体（2）的每一端装配一个小尺寸的空心圆筒部分。

图2的抽空容器（1′）包括容器体（2′），该容器体（2′）有一个大尺寸均匀内径的空心圆筒（2a）以及一对小尺寸的圆筒嘴部分（2b），该部分是从空心圆筒（2a）的每一端的壁在平行于该空心圆筒的轴的方向上延伸出来而成的并且与大尺寸的空心圆筒（2a）连通。该抽空容器的开关和尺寸根据各自的用途来确定。

上述抽空容器（1）或（1′）被用作测量液体粘度的装置的一个部件或被用作下面所述的粘度计的一个部件。

现在参照图3，这里给出了一个测量液体粘度的装置，它包括一个抽空容器（1）、一个用于存储待测液体的液体容器（5）、空心针（7）、空心针（8）、检测容器内部压力的压力传感器（9）、A/D转换器（10）、一个用于计算液体粘度的计算机系统（11）、一个针支架（13）和一个恒温槽（12）。

针（7）和（8）是一种均匀内径的细管，它具有尖锐的穿刺尖端并且通常是用金属，例如由JIS限定的SUS304的不锈钢来制造。第一针（7）刺穿第一密封元件（3），以便把容器（5）中的液体（6）引入到容器（1）内，而第二针（8）刺穿第二密封元件（4）以便把容器（1）的内部压力传递到压力传感器（9）。

针（7）与支架（13）同轴地固定在支架（13）上。支架（13）由一端封闭的短管状部件构成并且是这样地加以设计，这种设计使得在针（7）刺进密封元件（3）时支架能够将针（7）定位并且正确地把针导向容器（1）的密封元件（3）的中心部分。通常，伸入支架的针（7）的一部分由支架底部算起的长度是这样确定的，使得在针（7）刺穿密封元件（3）时针（7）的穿刺尖端可伸进容器（1）的内部，结果支架（13）的底部与密封元件（3）的底部相接触。

含有液体（6）的液体容器（5）放在恒温槽（12）中，以便在测量时使它的温度保持不变。

在使用时，抽空容器（1）用夹持装置（未示出）稳定地加以固定，然后，将针（8）刺进密封元件（4），直到针的下端伸进容器（1）的内部，如图3所示。

在上述操作前后，含有待测液体（6）的液体容器（5）放在恒温槽中，保持在试验温度，并放置足以使液体温度保持恒定的一定的时间，而将穿刺针（7）的自由端（15）浸入容器（5）中的液体（6）中。

在令计算机（11）做好准备后，针（7）的穿刺尖端（14）刺入密封元件（3），穿刺尖端一进入容器（1）的内部，容器（1）内部压力和作用在液体（6）表面上的压力（实际上就是环境压力）之间的压差就迫使容器（5）中的液体（6）通过针（7）进入容器（1）。

随着液体（6）的吸入量的增加，容器（1）中的没有被液体所占据的空间的体积减少，而容器（1）内部的压力逐渐增加，液体的流入一直持续到容器（1）的内部压力与环境压力相等。

在液体流入期间，用压力传感器（9）检测容器（1）的内部压力变化，并将其转化为电信号，然后由A/D转换器（10）把电信号转化为数字信号。按照一定的时间间隔由计算机（11）通过I/O接口（未示出）采集A/D转换器（10）的输出信号，以便测定容器（1）的内部压力的变化。根据波义耳定律将这一压力变化转化为容器（1）的未被液体占据的空间的体积的变化。

在给定时间间隔容器（1）的内部压力的变化率取决于通过针（7）流动的液体的流速，而该液体的流速随液体粘变的变化而变化。这样，通过检测容器（1）内部的压力的变化可以测定液体的粘度。因为处于稳定态的流动的液体的粘度系数被定义为在针（7）的壁上一点切点应力对视在剪切速率的比率，并且还因为切应力和视在剪切速率分别与容器（1）的内部压力变化和液体的流速有关，利用根据液体流动模型从理论上导出的公式由容器（1）的压力变化和容器（1）的未被液体占据的空间的体积的变化计算切应力和视在剪切速率，从而可以确定粘度系数。这种计算是根据程序步骤由计算机（11）来完成的，但是，用于确定液体粘度系数的那些步骤从说明书中省去了，因为它们不是本发明的要点。

如同从以上内容将了解到的那样，本发明的抽空容器用作测定液体粘度的装置的一个部件提供了以下这些优点：

（a）测量效率可以得到明显的改善，并且使用本发明的抽空容器的测量液体粘度的装置对于测量血液的粘度也是很有效的，要求该装置在血液采集后大约十分钟之内完成这种测量。因为在已有技术的粘度计的情况下，对于同一液体需要在各种压差下测量液体粘度若干次以求出该特性粘度。与此相反，在使用了本发明的抽空容器的测量液体粘度的装置的情况下不需重复测量液体的粘度，因为是通过首先检测随时间连续变化的容器内部压力以求出容器内部压力与环境压力之间的压差，而后根据波义耳定律连续计算相应的液体流速的方式来测量液体的粘度，这样，就能在1或2分钟的时间内、使用5到8ml的少量液体测出血液的粘度。

（b）在测量粘度后不需要洗涤抽空容器，因为该容器是一次性的。

（c）本发明的抽空容器因为结构简单可以廉价生产。

（d）本发明的抽空容器使得可以很容易地测量液体的粘度，因为只要把针刺穿容器的密封元件就可以开始测量。

（e）因为被测液体不与人体接触，所以可以测量对人体有害的任何液体的粘度。

Claims (6)

1、一种用于测量液体粘度的抽空容器，包括一个两端开口的容器体以及一对配置在容器体每一端的用于密封容器体的两个开口的密封元件，所述密封元件是用能够被空心针刺穿，并在该针除去后由它自身密封它被刺穿部分的材料制成，该容器内部被抽空到一定压力。

2、如权利要求1所述的抽空容器，其特征在于所述容器体是一种均匀内径的空心圆筒。

3、如权利要求1所述的抽空容器，其特征在于所述的容器体是这样的一种均匀内径的空心圆筒，在它的每一端带有从所述空心圆筒的每一端的壁在平行于它的轴的方向上延伸出的小尺寸的圆筒部分，并且小尺寸的圆筒部分与所述的空心圆筒的内部相连通。

4、如权利要求1所述的抽空容器，其特征在于所述密封元件呈塞状并装在该容器的开口中。

5、如权利要求1所述的抽空容器，其特征在于所述密封元件呈帽状。

6、如权利要求1所述的抽空容器，其特征在于所述密封元件是用从合成橡胶和天然橡胶中选择的一种材料制造的。

Images