CN106932307A - 一种动力粘度测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力粘度测试装置及其测试方法，包括：第一压力传感器、第二压力传感器、测量器、计量泵、样品池以及回收池；所述测量器内设有多孔介质且充满所述测量器，所述测量器为圆柱体，其中所述多孔介质为一体成型的圆柱体且完全贴合测量器内壁，所述多孔介质可拆卸；本发明的装置简单，灵敏度高，操作简单方便，本发明装置测量可以通过更换测量器中不同孔径多孔介质，测试各种范围的粘度且由于孔隙多测量精度高，本发明装置易清洗。

Description

一种动力粘度测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及流体物性测量技术领域，具体涉及一种动力粘度测试装置及其测试方法。

背景技术

粘度是表征流体性质的一项重要参数，直接反映不同流体的特性，粘度测量被广泛应用于多种社会生产领域。流体的流动是在重力或其他外力作用下的连续变形过程，如我们常见的当流体在管道中流动时，管中心轴处的流速最快，越靠近管壁流速越慢，这说明流体流动时内部各部分的速度是不相同的，流层间存在着速度差，而且流体的运动在逐层传递，这种速度差运动的传递就是由于流体具有粘性，这也是流体与固体的最重要区别---流体的粘性实质上是流体分子微观作用的宏观表现，是由于分子力所致，因此直接反映不同流体的特性，粘度是粘性的程度，也称动力粘度、粘滞系数或为内摩擦系数，不同物质粘度不同。

近年来，随着科学的进步发展及工业管理的现代化，粘度的测量日趋重要，流体粘度的测量在用于流体性质的界定和流体处理过程中间参数测定的需求正一步步提高，随着今后工业的发展，粘度测定的应用范围还将会逐渐扩大，工业上粘度测量的要求也越来越趋于多样化，工业粘度测量正处于一个全面展开应用于社会实践的阶段。

粘度测量的方法很多，可分为旋转法、振动法、落球法、毛细管法等，其测量原理各不相同。其中旋转法只能测试静态液体，不能测定流动液体的粘度；落球法是利用液体对球的阻力和重力的合力会对球造成向下的加速度，但是粘度太小的液体对球的阻力也很小，这时候阻力和重力之间的比例相差过大，造成结果误差很大，球落速太快也使得计算非常不便；振动法常用于低粘度液体的粘度测量，多数熔体粘度测量采用这种方法。振动法具有振动周期和衰减测量方便、样品用量少、控温方便的优点，但没有公认的理想粘度计算公式；毛细管法测量精度高，但测试对样品要求高，在测试过程中容易堵在毛细管，且不易清洗。

因此，需要进行改进，找出普适性更好的粘度测量方法，准确度更高，操作更简便的方法。

发明内容

本发明的一个目的是针对上述问题，提供一种动力粘度测试装置，本发明的装置简单，灵敏度高，操作简单方便，本发明装置测量可以通过更换测量器中不同孔径多孔介质，测试各种范围的粘度且由于孔隙多测量精度高，本发明装置易清洗；

本发明的另一个目的还提供一种采用本发明装置测试动力粘度的测试方法，本发明装置的测试方法适用性强，能测试各种液体粘度，且方法简单易操作。

本发明提供的技术方案为：

一种动力粘度测试装置，包括：第一压力传感器、第二压力传感器、测量器、计量泵、样品池以及回收池；本发明通过测试测量器两端的压力差ΔP，其中，第一压力传感器测量的是测量器前端的压力P1，第二压力传感器测量的是测量器末端的压力P2，ΔP＝P1-P2；通过达西公式粘度μ＝k·A·ΔP/(L·Q)，其中令K＝k·A/(L·Q)，那么μ＝K·ΔP，其中μ为粘度，ΔP为压力差，k为多孔介质渗透率，A为多孔介质渗流横截面面积，L为多孔介质两个横截面距离，Q为通过多孔介质的流量，多孔介质不变的情况下k、A、L为固定值，通过计量泵控制流量q和流速V为一定值，Q＝VA，使得Q为固定值，即K为常数，通过测试压力差ΔP，则可计算粘度μ；

所述样品池通过吸入管与计量泵连接，所述计量泵经过流出管连接测量器，通过计量泵将样品池中的待测液体提升至测量器进行压力差测量且能计量流量和控制流速以及流量，优选的是计量泵中设有控制模块，使得计量泵可自动精确控制流量的大小以及输出功率，具有记忆功能无需每次测试重新输入，所述测量器前端设有第一压力传感器以及后端设有所述第二压力传感器，第一、二压力传感器测量测量器两端的压力，所述第二压力传感器连接排出管，所述回收池设置在排出管下端，其中排出管至少深入到回收池中，优选的是排出管接近回收池底部，通过液体的排出将排出管底部淹没形成一个封闭的测试局域，经过测量器的流速和流量均固定，这样测试的压力差精度提高，从而提高测试粘度准确度；其中吸入管、计量泵、流出管、第一压力传感器、测量器、第一压力传感器、排出管可分别采用内螺旋连接，使本装置连成一体，密封性好，且可拆卸，使得本发明装置易清洗；

所述测量器内设有多孔介质且充满所述测量器，其中所述多孔介质为一体成型的圆柱体且完全贴合测量器内壁；优选的是多孔介质设为可拆卸，从测量器的一端拆出，这样更方便本发明装置的清洗以及更换多孔介质测试不同粘度范围的液体；本发明的多孔介质的种类没有限定，多孔介质一般分为天然多孔介质和人造多孔介质，天然多孔介质包括岩石、土壤、人体和动物体内的微细血管网络和组织间隙以及植物体的根、茎、枝、叶，人造多孔介质包括过滤设备内的滤器，铸造砂型，陶瓷、砖瓦、木材，活性炭、催化剂、鞍形填料和玻璃纤维的堆积体；优选的是人造多孔介质，人造多孔介质可以控制多孔介质的孔隙度，形成一个相对规则的多孔结构，本发明可采用人造多孔介质通过烧结或压制成型，使得多孔介质一体成型；

所述排出管外壁下端附近设有液体感应器、芯片以及连接声音提示器，当液体感应器接触到液体时将信号传递给芯片，通过芯片启动声音提示器，液体感应器用来感应回收池的液体有无没过排出管端口，如没过端口则形成封闭测试区间，就可进行记录测试，采用自动感应缩短测试时间。

优选的是，所述装置还包括保温套，所述保温套设置在测量器外部，包裹住测量器，使得样品的测试温度变化不大，减少由温度引起的误差。

优选的是，所述装置还包括温控装置，所述温控装置包括温度传感器、温度调节器以及温度控制模块，所述温度传感器测试样品温度传递给温度控制模块，温度控制模块设有温度阈值，当实时温度超过阈值时，则温度控制模块发起信号启动温度调节器对温度进行调节；所述温度调节器设置所述样品池四周，所述温度传感器设置样品池内壁上，所述温度控制模块设置在所述样品池外部；所述温度调节器采用循环热水以及循环冷却液来调节样品池温度。

优选的是，所述第一压力传感器与第二压力传感器还连接单片机，通过单片机计算压力差，具体是将公式ΔP＝P1-P2输入到单片机中进行自动计算压力差，将结果通过显示器显示出来，通过单片机自动计算压力差，减少人工记录及计算，从而减少误差。

优选的是，所述样品池、吸入管、流出管、排出管以及回收池均采用透明材料制成。

本发明提供一种采用所述的动力粘度测试装置的测试粘度的方法，包括：

步骤1、测定常数K：将标准粘度液加入到样品池中，启动计量泵，标准粘度液经过吸入管吸入，经过计量泵、流出管、测量器，再通过排出管排到回收池中，当所述声音提示器响起时就可开始记录第一压力传感器及第二压力传感器的压力值，再计算出压力差ΔP，通过计量泵计量流量q；其中所述标准粘度液为目前国际上通用的常温标准粘度液中的一种，计量泵控制流速为V，流速稳定；

通过达西公式粘度μ＝k·A·ΔP/(L·Q)，其中令K＝k·A/(L·Q)，那么μ＝K·AP，因此K＝μ/ΔP，其中μ为粘度，ΔP为压力差，k为多孔介质渗透率，A为多孔介质渗流横截面面积，L为多孔介质两个横截面距离，Q为通过多孔介质的流量，多孔介质不变的情况下k、A、L为固定值，通过计量泵控制q流量为一定值，使得Q为固定值，即K为常数，标准粘度液粘度已知，通过测试标准粘度液的压力差ΔP，计算出K值；

步骤2、测量样品粘度：将样品加入到样品池中，启动计量泵，样品经过吸入管吸入，经过计量泵、流出管、测量器，再通过排出管排到回收池中，计量泵控制流速与步骤1相同，当通过计量泵的流量为q时，回收池中的液体一定没过排出管下端端口形成一个封闭区域，那么经过测量器的流量Q逐渐稳定，即可开始测量，就可开始记录第一压力传感器及第二压力传感器的压力值，再计算出压力差ΔP，那么样品的粘度通过μ＝K·ΔP公式，即可计算得到。

优选的是，其中温度对于粘度测量有一定影响，稳定所述方法还包括：在进行步骤1前和步骤2前分别启动温控装置11对测试样品进行温度调节，具体包括，一般设定测定温度为25℃时，当温度感应器111测量样品的温度25±0.2℃超过这个范围时，启动温度调节器112对测试的样品进行温度调节，使得温度在25±0.2℃，才开始测量。

本发明的有益效果如下：

1)、本发明的装置原理简单，结构简单，制作成本低，测量器中安装多孔介质，多孔介质孔隙多，显著提高了测量精度，优选的是多孔介质可拆卸更换，更换不同孔隙的多孔介质可测量不同范围的粘度，显著扩大液体粘度的测试范围，而且清洗方便，可拆卸清洗，也可通过计量泵抽取清洗液进行清洗；本发明还增加温控装置，稳定温度，提高测试准确度和精度；

2)、本发明装置测试方法简单，测试范围广，测试时间短且测量精度高，清洗方便。

附图说明

图1为本发明动力粘度测试装置图；

图中标识：1为样品池，2为吸入管，3为计量泵，4为流出管，5为第一压力传感器，6为测量器，7为第二压力传感器，8为排出管，9为回收池，11为温控装置，111为温度感应器，112为温度调节器，113为温度控制模块，31为计量泵控制模块，61为多孔介质，62为保温套，81为液体感应器，82为声音提示器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，一种动力粘度测试装置，包括：第一压力传感器5、第二压力传感器7、测量器6、计量泵3、样品池1以及回收池9；本发明通过测试测量器两端的压力差ΔP，第一压力传感器测量的是测量器前端的压力P1，第二压力传感器测量的是测量器末端的压力P2，ΔP＝P1-P2；通过达西公式粘度μ＝k·A·ΔP/(L·Q)，其中令K＝k·A/(L·Q)，那么μ＝K·ΔP，其中μ为粘度，ΔP为压力差，k为多孔介质渗透率，A为多孔介质渗流横截面面积，L为多孔介质两个横截面距离，Q为通过多孔介质的流量，多孔介质不变的情况下k、A、L为固定值，通过计量泵控制流量q和流速V为一定值，使得Q为固定值，即K为常数，通过测试压力差ΔP，则可计算粘度μ；

所述样品池用来盛装测试的液体，样品池不限定形状，可以是任何形状，优选可以为圆柱形或方体，所述样品池1通过吸入管2与计量泵3连接，所述计量泵3经过流出管4连接测量器6，通过计量泵3将样品池1中的待测液体提升至测量器6进行压力差测量且能计量流量，所述测量器6前端设有第一压力传感器5以及后端设有所述第二压力传感器7，第一、二压力传感器测量测量器两端的压力，所述第二压力传感器7连接排出管8，所述回收池9设置在排出管8下端，其中排出管8至少深入到回收池9中，优选的是排出管8接近回收池底部，通过液体的排出将排出管底部淹没形成一个封闭的测试局域，经过测量器的流速和流量均固定，这样测试的压力差精度提高，从而提高测试粘度准确度；其中吸入管2、计量泵3、流出管4、第一压力传感器5、测量器6、第二压力传感器7、排出管8可分别采用内螺旋连接，使本装置连成一体，密封性好，且可拆卸，使得本发明装置易清洗；

所述测量器6内设有多孔介质61且充满所述测量器6，多孔介质的作用是增大测量器两端的压差，其中所述多孔介质61为一体成型的圆柱体且完全贴合测量器内壁；优选的是多孔介质61设为可拆卸，从测量器的一端拆出，这样更方便本发明装置的清洗以及更换多孔介质测试不同粘度范围的液体；

所述排出管8外壁下端附近设有液体感应器81、芯片以及芯片设置在液体感应器81中连接声音提示器82，当液体感应器81接触到液体时将信号传递给芯片，通过芯片启动声音提示器82，液体感应器81用来感应回收池的液体有无没过排出管端口，如没过则形成封闭测试区间，就可进行记录测试，采用自动感应缩短测试时间。

其中，优选的另一个实施方式，所述装置还包括保温套62，所述保温套62设置在测量器6外部，包裹住测量器6，使得样品的测试温度变化不大，减少由温度引起的误差。

其中，优选的另一个实施方式，所述装置还包括温控装置11，所述温控装置11包括温度传感器111、温度调节器112以及温度控制模块113，所述温度传感器111将测试样品温度传递给温度控制模块113，温度控制模块113设有温度阈值，当实时温度超过阈值时，则温度控制模块113发起信号启动温度调节器112对温度进行调节；所述温度调节器112设置样品池四周，所述温度传感器111设置样品池内壁上，所述温度控制模块113设置在所述样品池外部；所述温度调节器112采用循环热水以及循环冷却液来调节样品池温度，当温度高时温度调节器中通入循环热水，热水可通过热电偶加热得到，当温度低时温度调节器通入循环冷却液，可选择乙二醇作为冷却液，通过压缩机将其冷却。

其中，优选的另一个实施方式，所述第一压力传感器5与第二压力传感器7还连接单片机，通过单片机计算压力差，单片机可设置在测量器外部。

其中，优选的另一个实施方式，所述样品池1、吸入管2、流出管4、排出管8以及回收池9均采用透明材料制成。

采用所述的动力粘度测试装置的测试粘度的方法，包括：

步骤1、测定常数K：选择一种标准粘度液，已知其粘度，将标准粘度液加入到样品池1中，启动计量泵3，标准粘度液经过吸入管2吸入，经过计量泵3、流出管4、测量器5，再通过排出管8排到回收池9中，当所述声音提示器82响起时就可开始记录第一压力传感器5及第二压力传感器7的压力值，再计算出压力差ΔP，通过计量泵3计量流量q，计量泵的流速控制为V；

通过达西公式粘度μ＝k·A·ΔP/(L·Q)，其中令K＝k·A/(L·Q)，那么μ＝K·ΔP，因此K＝μ/ΔP，其中μ为粘度，ΔP为压力差，k为多孔介质渗透率，A为多孔介质渗流横截面面积，L为多孔介质两个横截面距离，Q为通过多孔介质的流量，多孔介质不变的情况下k、A、L为固定值，通过计量泵控制q流量为一定值，使得Q为固定值，即K为常数，标准粘度液粘度已知，通过测试标准粘度液的压力差ΔP，计算出K值；

步骤2、测量样品粘度：将待测的样品加入到样品池中，启动计量泵3，样品经过吸入管2吸入，经过计量泵3、流出管4、测量器6，再通过排出管8排到回收池9中，通过步骤1确定了流量q，计量泵的流速控制为V与步骤1相同，当计量泵流量为q时，就可开始记录第一压力传感器5及第二压力传感器7的压力值，再计算出压力差ΔP，那么样品的粘度通过μ＝K·ΔP公式，即可计算得到样品粘度。

其中，所述方法还包括：在进行步骤1前和步骤2前分别启动温控装置11对测试样品进行温度调节，具体包括，一般设定测定温度为25℃时，温度控制模块设定温度于阈值为25±0.2℃，当温度感应器111测量样品的温度25±0.2℃超过这个范围时，温度控制模块控制启动温度调节器112对测试的样品进行温度调节，使得温度在25±0.2℃，才开始测量。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (6)

1.一种动力粘度测试装置，其特征在于，包括：第一压力传感器、第二压力传感器、测量器、计量泵、样品池以及回收池；

所述样品池通过吸入管与计量泵连接，所述计量泵经过流出管连接测量器，所述测量器前端设有第一压力传感器以及后端设有第二压力传感器，所述第二压力传感器连接排出管，所述回收池设置在排出管下端；

所述测量器内设有多孔介质且充满所述测量器，其中所述多孔介质为一体成型的圆柱体且完全贴合测量器内壁，所述多孔介质可拆卸；

所述排出管外壁下端附近设有液体感应器、芯片以及连接声音提示器，当液体感应器接触到液体时将信号传递给芯片，通过芯片启动声音提示器。

2.如权利要求1所述的动力粘度测试装置，其特征在于，所述装置还包括保温套，所述保温套设置在测量器外部，包裹住测量器。

3.如权利要求1所述的动力粘度测试装置，其特征在于，所述装置还包括温控装置，所述温控装置包括温度传感器、温度调节器以及温度控制模块，所述温度传感器测试样品温度传递给温度控制模块，温度控制模块设有温度阈值，当实时温度超过阈值时，则温度控制模块发起信号启动温度调节器对温度进行调节；所述温度调节器设置所述样品池四周，所述温度传感器设置样品池内壁上，所述温度控制模块设置在所述样品池外部；所述温度调节器采用循环热水以及循环冷却液来调节样品池温度。

4.如权利要求1所述的动力粘度测试装置，其特征在于，所述第一压力传感器与第二压力传感器还连接单片机，通过单片机计算压力差。

5.如权利要求1所述的动力粘度测试装置，其特征在于，所述样品池、吸入管、流出管、排出管以及回收池均采用透明材料制成。

6.一种采用如权利要求1-5中任一所述的动力粘度测试装置的测试粘度的方法，其特征在于，包括：

步骤1、测定常数K：将标准粘度液加入到样品池中，启动计量泵，标准粘度液经过吸入管吸入，经过计量泵、流出管、测量器，再通过排出管排到回收池中，当所述声音提示器响起时就可开始记录第一压力传感器及第二压力传感器的压力值，再计算出压力差ΔP，计量泵计量流量q；

通过达西公式粘度μ＝k·A·ΔP/(L·Q)，其中令K＝k·A/(L·Q)，那么μ＝K·ΔP，因此K＝μ/ΔP，其中μ为粘度，ΔP为压力差，k为多孔介质渗透率，A为多孔介质渗流横截面面积，L为多孔介质两个横截面距离，Q为通过多孔介质的流量，多孔介质不变的情况下k、A、L为固定值，通过计量泵控制q流量为一定值，使得Q为固定值，即K为常数，标准粘度液粘度已知，通过测试标准粘度液通过测量器前后的压力差ΔP，计算出K值；

步骤2、测量样品粘度：将样品加入到样品池中，启动计量泵，样品经过吸入管吸入，经过计量泵、流出管、测量器，再通过排出管排到回收池中，当计量泵流量为q时，就可开始记录第一压力传感器及第二压力传感器的压力值，再计算出压力差ΔP，那么样品的粘度通过μ＝K·ΔP公式，即可计算得到。