CN108663290A - 用于流变测量的探针装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明介绍了使用可弃式探针(21，21’，21”)定量地测量流体(22)的流变参数的装置和方法。探针(21，21’，21”)可以是气密密封的，且可以完全地浸没在即使不透明的流体内。磁场角度传感器(18，18’，18”)测量由即时变化的外部磁场导致的探针(21，21’，21”)的角度的变化。外部磁场可以由两对正交放置的线圈(12a–d，12”)来形成，或者由能够在具有探针(21，21’，21”)的样品内产生旋转磁场的某些其他器件来形成。通过使用改进Kelvin‑Voigt或改进Jeffreys模型，振荡图将显示被检流体(22)的粘度、弹性或粘弹性。测量可以通过使得具有探针(21’)的样品阱的阵列同时进行测量来并行，或者通过具有用于以顺序方式测量变化的样品的圆形板状测试平台来并行。

Description

用于流变测量的探针装置和方法
技术领域
本发明涉及流变仪，即测量流体物质的流量和特性的装置。
背景技术
流变学是一关注物质的流动的研究，所述物质通常处于液体状态或其可以被描述为“软固体材料”。感兴趣的材料和物质的示例包括流体，例如血液、污泥、悬浊液、聚合物和食物。通常，流变学适用于化学品、油、药品、特种涂料、油漆、食品和饮料、化妆品、油墨、矿物浆料(例如，采矿业)的制造和加工，以及适用于学术器件中进行的研究。流变学可例如用于优化材料或物质的性质，或通过测量产品的流变学参数(例如在产品的生产线内)来预先避免可能的错误情况。通常，流变测量作为过程控制中的帮助工具通常非常有用。
在最常见的情况下，流变参数包括材料的粘度和弹性。粘度是用于感测液体或凝胶基物质的可流动性的重要参数。此外，产品质量保障是有用的应用领域，这是由于材料的流变性质对开发的产品的质量、可靠性、耐久性、以及消费者的感知有直接的影响。
通常，流变学特性可能对材料的剪切性能、光学、磁性或电学行为、机械强度或弹性、热稳定性、润湿性能、以及聚结、絮凝或沉淀过程有影响。
由奥卢大学(Oulu University)在2015年9月30日提交的未公开专利申请EP15187524.2(“Kinnunen 1”)中，公开了一种用于测量流体的粘弹性性质的方法及其在测量生物膜中的应用。在Kinnunen 1中，传感器被放置在材料样品中(例如在样品阱中)，并且在材料样品体积中产生振荡磁场，并且传感器基于所产生的磁力而开始流体内的旋转运动。传感器的相对角度作为时间的函数而被跟踪。如果在传感器的角度数据中存在有可见到的所谓的欠阻尼振荡，则确定所测量的流体样品是粘弹性的，即粘性的且弹性的。传感器可以由上下叠置的单个或多个盘形成，或者形成为单个杆或细长元件。四个杆状磁性线圈大致以四边形布置放置在样品阱周围。传感器可以包括环形磁体，并且跟踪步骤可以通过从样品阱的顶部或下方观察旋转传感器的光学相机执行。
US 2014/047903(“Sakai 1”)也公开了在填充有被检流体的样品容器中使用浮动转子的粘度/弹性测量方法。Sakai 1的方法似乎没有测量粘弹性，而仅是测量了被测材料的粘度。另外，Sakai 1不是在线测量方法。
US 6,691,560(“Abnett”)公开了一种自由转子粘度计，在转子和转子驱动源之间没有机械连接。然而，转子安装在低摩擦轴承上，外部电磁体向转子产生转矩。流体粘度影响转子的旋转速率。流体的测试室可以被密封。Abnett纯粹是一种粘度测量方法，没有提到任何弹性测量。
在现有技术中，在多盘结构已被使用于探针中的情况下，在每次使用之后，必须清洁盘和它们之间的间隙，但仍然具有残留污染物的可能。这使得测量系统的使用变慢，并且测量过程也将变得不必要地复杂。
在现有技术中，还没有公开用于测量物质的流变学参数的这样的传感器装置，其为可远程读取且是可弃式的，并从而是安全且具有成本效益的。
此外，现有技术中的一个问题是所提出的方法通常导致用于粘度或粘弹性的二进制(binaric)类型的结果；即测量仅揭示了该物质是否在某种程度上是粘弹性的，或者完全不是。这对于许多应用领域是相当不准确的信息。
发明内容
本发明公开了一种用于测量流体的流变参数的装置。这是本发明构思的第一方面。所述装置包括：
–探针，同时磁体固定到探针，其中探针配置为部分地或完全地浸没在样品阱内的要被测量的流体中；
–外部磁场产生器件，用于产生外部磁场；
–线圈驱动器件和控制器件，用于在磁场产生器件内馈送并测量电流；
–磁场角度传感器，用于感测探针的作为时间的函数的角度方向；其中
–外部磁场的方向配置为通过磁场产生器件即时地改变，该磁场产生器件与探针的惯性和流体的性质相耦合，导致探针在流体内的振荡运动；并且
–控制器件配置为基于探针的作为时间的函数的角度方向来计算流体的至少一个流变参数。
在本发明的实施例中，外部磁场产生器件包括围绕单个样品阱或样品阱的阵列定位的正交地放置的两对线圈。
在本发明的实施例中，流变参数包括粘度、弹性和粘弹性的定量值。
在本发明的实施例中，探针由塑料制成，其中磁体固定到塑料探针。
在本发明的实施例中，探针包括围绕磁体缠绕的塑料部。
在本发明的实施例中，探针的形状包括以下中的一种：平行的圆形互连盘或板、板或板-板结构、柱体形或椭圆形的杆、丸状元件、搅拌棒、锥形圆锥、包括至少一个叶片的结构、包括柱体或若干同心柱体的结构、具有杯和摆锤的结构、包括圆锥和板的结构、或库埃特型(couette-type)结构。
在本发明的实施例中，控制器件在流变参数的计算中应用改进的Kelvin-Voigt模型或者改进的Jeffreys模型，其中也考虑了振荡中存在的摩擦。
在本发明的实施例中，所述装置包括可旋转的盘形测试板，样品阱组放置在盘形测试板中，且在盘形测试板中所述测量被布置为样品阱组的顺序测量。
在本发明的实施例中，所述装置包括样品阱的平面阵列，每个样品阱包括探针，且所述装置还包括印刷电路板，该印刷电路板包括磁场角度传感器的阵列。
在本发明的实施例中，所述装置对于由探针和磁场角度传感器组成的每个对包括单独的外部磁场产生器件。
在本发明的实施例中，探针是气密密封的，或者包括探针的样品阱是气密密封的。
根据本发明构思的第二方面，本发明包括用于测量流体的流变参数的对应的方法。所述方法包括以下步骤：
–将探针部分地或完全地浸没在样品阱内的要被测量的流体中，同时磁体固定到探针；
–通过外部磁场产生器件产生外部磁场；
–通过线圈驱动器件和控制器件在磁场产生器件内馈送并测量电流；
–通过磁场角度传感器感测探针的作为时间的函数的角度方向；
–通过磁场产生器件即时地改变外部磁场的方向，该磁场产生器件与探针的惯性和流体的性质相耦合，导致探针在流体内的振荡运动；以及
–基于探针的作为时间的函数的角度方向通过控制器件来计算流体的至少一个流变参数。
附图说明
图1a示出了根据“Kinnunen 1”用于确定流体的可能的粘弹性的流体样品的观察装置，
图1b示出了更详细的用于确定流变参数的流体样品的观察装置，同时还示出了施加的力和产生的振动运动，同时转子由平行的圆形互连盘形成，
图1c示出了在被测流体内围绕垂直轴线旋转的杆状探针，
图1d示出了适用于本发明的实施例的根据Kelvin-Voigt的电路模型，
图1e示出了适用于本发明的实施例的根据Jeffreys的电路模型，
图2示出了具有样品阱组的旋转盘形测试板，
图3a示出了形成为可弃式容器的阵列的测试样品阱装置，
图3b示出了其中为样品阱的阵列中的每个样品阱产生独立磁场的装置，以及
图4示出了关于旋转探针的形状的各种可行的实施例。
具体实施方式
本发明公开了通过可弃式流变传感器(即流变仪)来测量各种流体材料的流变参数的方法和装置。这种传感器是可靠的、准确的、可弃式的且仍然具有成本效益的探针、即流变仪。
图1a示出了根据未公开专利申请“Kinnunen 1”的用于测量样品阱中的液体的粘弹性的基本装置。该实施例通过定位在装置顶部的相机来施加对旋转元件的光学感测。用于流变测量的装置包括四个杆型线圈12a–d，其放置在主要形成正方形的位置中，同时每个线圈对之间具有90度的相互角度。将包括流体样品的阱11放置在线圈的中间。信号接收器和电流放大器13用作线圈的驱动元件，即以受控的方式将电流馈送到线圈(即“线圈驱动器件13”或指同一元件的I/O模块)。这导致包括具有样品的阱11的体积中的受控磁场。PC 15控制信号接收器和电流放大器13。PC还可以通过信号接收器处理一些测量，例如通过测量由一些或所有其他线圈产生的磁场导致的线圈中的感应电流。信息可以由连接到PC 15的屏幕16输出。在该实施例中，相机14放置在阱的顶部，因此无论是否存在流体，磁性转子或杆必须可见，即，如果旋转元件浸没在液体中，则流体必须是透明的。
当磁场的大小和/或方向即时变化时，阱内的探针将对该力产生反应，但与此同时，液体将通过其粘性和/或弹性性质影响探针的运动。磁场的变化可以是变化为另一个值(T1->T2)，或其可以通过切断磁场来执行(T1->0)。取决于磁场变化和液体特性，这种突然的力可导致探针的过度阻尼或欠阻尼的振荡。探针的移动由相机14获得的图像跟踪，并显示在显示器16中。PC可以利用图像分析工具，以便例如跟踪探针的作为时间的函数的角度，并将这些结果保存到本地或云服务的数据库中。
接下来参考图1b，其示出了更详细的用于确定流变参数的流体样品的观察装置，同时施加的力和产生的振荡运动也被示出，并且使用由平行的圆形互连盘形成的转子21。该形状也仅是所有各种可形的探针形状的示例。
在本发明中，一个简单的选择是通过两对线圈12a–d来产生外部磁场，两对线圈12a–d放置为两个正交对，用所有四个杆状线圈12a–d形成近似正方形的形式。与控制计算机(PC 15)和适当的I/O模块(或线圈驱动器件)13一起，线圈12a-d以可控的方式被馈送电信号，使得流过线圈12a-d的电流围绕每个线圈产生磁场。在存在所有四个线圈且由电流驱动的情况下，所得到的磁场是由四个线圈12a-d产生的四个磁场的总和。
其他可行的选择包括使用另一种3相磁场产生器件，例如通过单个磁场产生元件。还可行的是，每对线圈由样品阱或样品阱布置的每一侧的一系列线圈构成。关键在于获得旋转的磁场，而不管它是如何产生的、或者不管哪个元件被用于此目的。
转子探针21设置有固定至其的磁体17，例如附接在转子探针21的底部中。在开始实际测量之前，探针21被放置在待被测量的流体内，例如在包括流体的测试阱11中。因此，探针21可以完全地或部分地浸没在流体中。测试阱11可以是烧杯、容器或容座，其中倒入被研究的溶液。探针21可以例如是细长形的小杆状元件，但许多其他形状也是可行的；这些将在稍后详细描述。探针21可以是流体内的自由浮动元件，其中探针21不固定到任何固定的元件或结构。替代地，可以使用更大的转子，其可以通过垂直的细轴降低到阱11中，垂直的细轴也形成转子的旋转轴线。
烧杯或阱11可以放置在场角传感器18的顶部，场角传感器18为具有磁体17的探针21下方的水平元件。场角传感器18用作磁体17的角度方向的感测元件，因此，场角传感器18连接到I/O模块13。该元件实际上代替了图1a的光学相机14。场角传感器18能够以连续的方式记录探针的角位置。
例如由四个线圈12a–d产生的总和磁场(这里称为第一简单实施例，但是任何其他磁场产生器件也是可行的)将对磁体17产生转矩，因此也对转子探针21产生转矩。这导致探针21的旋转运动。当磁场的取向即时变化时，固定磁体17迫使旋转探针21根据现在影响探针21的变化的力而跟随。探针21的快速加速度和高惯性意味着探针不会精确地停止在由磁场限定的最终位置处，而是探针21将会振荡。这些振荡被流体阻尼，其中流体特性对这些振荡具有影响。
影响探针21的不同的力在图1b中可见，其中Iinertia、Tmag、Tfluid和Tfriction是影响转子的四个力。探针的惯性由于变化的转矩而减慢了探针的反应时间。磁力在外部产生，例如通过I/O模块13由四个线圈12a–d产生。流体力是指影响稍后获得的振荡曲线的被研究的溶液的粘度和弹性。摩擦力例如在这样的情况下产生，其中，转子探针21从烧杯上方固定到垂直细杆，由此，由于转子不能在流体内自由旋转而增加了一些摩擦转矩。当然，一些增加的摩擦可以由探针与烧杯或阱11的内壁之间的物理接触产生。后一种情况仍然是测试装置中的不期望的情况。
图1b的最右边的部分从上方示出了样品阱11。BEXT-INITIAL是导致探针21的给定角度的磁力向量。当磁场变化时，探针的新产生的角度由新的磁力向量BEXT-END限定。由于流体具有带有粘度和/或弹性的流变特性，终止角度不被即时地获得，但是探针角度将以振荡的方式进行变化，参见附图。振荡模式取决于所测量的溶液，并且该条数据可以通过I/O模块13馈送到PC 15，并且作为时间的函数的振荡曲线可以呈现在计算机屏幕16上。可以使用进一步的分析工具或软件来从测量结果计算各种参数。在有用的实施例中，该工具用于准确地计算流体的粘度和流体的弹性。结果可以保存到PC 15，并且如果需要，则馈送到云服务以供后续使用，例如用于从长期的各种测量中收集大数据。
图1c示出了具有杆状探针的样品阱11，作为对情况的简化的仔细观察。阱11设置有被检流体材料(流体22)，例如通过将溶液或物质移液到阱11。磁探针21在这里被示出为简单的短杆，当探针在液体中围绕垂直轴线旋转时，其角度可以被容易地跟踪。另外，许多其他探针形式是可行的；这些将在稍后广泛地讨论。
现在讨论基于粘度和弹性计算的理论问题，就此讨论一种可行的模型，Kelvin-Voigt模型，其通过将纯粘性阻尼元件和纯弹性弹簧元件彼此并行地放置来对材料的特性建模。Kelvin-Voigt电路模型也在图1d中示出。根据该模型，如果应力是σ且应变是ε，则可以确定两者之间的作为时间的函数的相关性如下：
其中 (1)
E是弹性模量，η是材料的粘度。
因此，被研究的流体可以假定为纯牛顿物质，因此，被研究的流体的粘度阻尼了振荡。粘度是电路模型中的ηK。
由线圈产生的外部磁场导致电路模型中的部件GK。
磁体和转子组件的惯性由部件I描述。
对于更复杂的流体和材料，在本发明的实施例中可以应用Jeffreys模型。Jeffreys模型也在图1e中示出。
在Jeffreys模型中，GJ表示弹簧，类似于Kelvin-Voigt模型中的GK。元件η1和η2表示呈两个缓冲器形式的粘度。部件I也表示Jeffreys模型中的磁体和转子组件的惯性。
替代地，某些其他电路模型也可以适用于本装置。
外部磁场与嵌入式磁体之间的相互作用具有弹性性质。另外，探针(磁体和转子组件)的惯性导致可在系统中存储大量的能量，以便使振荡发生。这些振荡基于流体的性质(诸如粘度)被流体阻尼，因此，在本发明的一个实施例中，振荡通常在几秒内阻尼到接近零。因此，测量方法快速地执行，从而对快速测试非常有用。实际上，测量快速弹性变化的可行性将揭示关于复杂材料的性质及其流动特性的全新信息。
作为时间的函数的角度信息，与公式(1)一起产生分析结果，其中可以准确地获得被测溶液的E和η。换言之，获得了流体的粘度、弹性或粘弹性参数。
通常来说，振荡频率越高，意味着流体粘度越小。当粘度非常高时(如对于90-95％的甘油且其余为水的混合物)，振荡通常不会再发生，而是通过渐近收敛缓慢地实现最终的角度(意味着“过阻尼振荡”)。当存在真正的振荡时，它们可以被称为欠阻尼振荡。对于非常高粘度的材料，例如甚至比上述实施例(例如纯甘油)更高浓度的甘油，然而，在选择使用具有较高的惯性探针、具有较低的表面积探针、或较高的外部磁场强度的情况下，本发明仍然可以运作良好。
在振荡的结束阶段中存在的摩擦实际上在基础Kelvin-Voigt或Jeffreys模型中并未被考虑。另外，摩擦力一直存在，特别是当振动已经被显著地阻尼时，摩擦力甚至成为系统中更突出的因素。这种基础模型中的振荡频率是恒定的，由此意味着缺乏对现实世界情形中存在的摩擦的分析。然而，在本发明中将摩擦考虑在内，是因为摩擦的存在导致振荡频率朝着振荡的结束而变低。因此，根据本发明的方法在这方面的甚至更大程度地提高了流变参数结果的准确性。使用改进的Kelvin-Voigt模型和改进的Jeffreys模型，指的是对应的基础模型加入了这样的想法：振荡中存在的摩擦也被考虑在内。
在根据本发明的装置的另一实施例中，图2示出了具有样品阱组的旋转盘形测试板。该实施例可以特别适用于抗生素测试，但也可以在这种设置中测试其他类型的溶液。该设置为快速筛选应用提供了可能。如图2所示，有一个圆形的测试板或者上下叠置的多个测试板，其设置有多个腔或通孔，使得样品阱组可以靠近圆形测试板的外边缘放置在给定的位置。样品阱也放置在圆形装置中。测试板装置可以围绕垂直轴线旋转。如同前述实施例，其余的部件可以相同，包括四个线圈、场角传感器、I/O卡(模块)13’、PC 15、显示器16、第一平行线圈对的放大器元件“1”、以及第二平行线圈对的放大器元件“2”。这两个放大器元件23a–b也可以包括在图1a和图1b的实施例中，尽管这些实施例以不同的方式示出了系统的这一部分。
在图2的装置中，每个容器包含应变仪探针，其为可弃式探针。例如，微生物培养液可以完全封闭在容器中，其中容器也可以是可弃式的。在一个示例中，每个容器或样品阱可以含有被研究的抗生素物质的不同制剂。容器21是目前被研究的容器，其下面有场角传感器。可以在几秒钟内测量单个阱，之后测试板旋转一步，使得下一个样品阱移动至场角传感器的中心的顶部。重复测量，再次重复旋转运动。按照这种方式，形成顺序和快速的测量方法。
在微生物培养不危害环境的情况下，且如果它们不对生物体或人或动物构成危险，则容器和探针都是可弃式的。因为容器和探针可以由塑料制造，所以在需要的情况下它们也是可回收的。在一个实施例中，容器可以被完全地气密密封。气密密封可以通过将具有被检液体的探针和容器包装在塑料包装中而实现。
另外，如上所述，探针本身可以由塑料制造。除了塑料部分以外，探针还包括磁体。在一个实施例中，塑料基部部分可以粘附至磁体。在另一实施例中，探针的塑料基部部分完全围绕磁体，因此，探针的塑料外层密封地保护磁体免受被测流体影响。如果稍后再使用磁体，这是非常有用的。
图3a示出了形成为可弃式容器的平面阵列的测试样品阱装置。在该实施例中，具有探针21’的样品阱或容器以阵列形式放置，该阵列形式在该示例中为4*4正方形测试板。测试样品，即具有探针21’的流体容器，可以放置在测试板中，使得所有的点都填充有容器。磁线圈(12a和12d被标记)以与先前实施例相同的方式放置。然而，单个场角传感器现在被替换为包括场角传感器18’的阵列的PCB。通过这种布置，可以同时执行若干个流变测量。如果容器含有相同的溶液，则可以通过平均所有获得的结果，来提高这种装置的质量。另一方面，该平均可用于分析混合物质的不同溶液或不同浓度，例如为了获得整个样品阵列的同步流变参数结果。当然，阵列尺寸可以根据应用要求而制造得很大，同时PCB阵列尺寸也可以放大，例如包括8*8或12*12个样品和角度传感器。在一个实施例中，当产生的磁场被智能地处理和驱动时，也可以对样本阵列和PCB元件使用非方形矩阵维数。
图3b示出了这种装置的另一可行版本，其中包括传感器18”和探针21”的每个对具有其单独的线圈12”，使得它们可以同时作用，但仍然以独立的方式。具有测量软件15的PC能够通过其显示器16显示测量结果。I/O模块13”的作用方式类似于前述实施例。此时，线圈12”的阵列连接成对，使得每个探针21”可以独立地操作。在此实施例中，具有可弃式探针21”的流体容器被布置为二维阵列，其可以是如图3b所示的正方形阵列。一些其他形式(如矩形m*n阵列)也是可行的。在包括探针21“的每个样品阱下面，存在单独的磁场角度传感器18”。在该实施例中，可以独立地控制具有其自身的探针的每个样品阱，以产生期望的外部旋转磁场。测量可以同时进行或以顺序的方式进行，或以其他受控的方式进行。另外，样品可以具有不同的物质，这些物质被选择以被测量。另外，装置可以用于同时或顺序地测量源自同一来源(同一物质)的大量样品，且这些结果可以例如进一步被平均，以便获得物质的流变参数的更可靠的结果。
在本发明的一个实施例中，可以使用宽范围的频率和测量时间。此外，探针和场角传感器之间不需要机械连接或可视光路；因此，容器可以是气密密封的。这样甚至可以测量挥发性和/或危险物质。另外，由于探针是可弃式且无危险的，因此无需在每次测量后清洁探针。这提高了测量质量和产量，并降低了成本。此外，被测溶液或探针的污染的风险实际上是不存在的。
通常，所使用的探针的性质可能会关于其几何形状、质量和规格尺寸(影响其惯性)、固定磁体的磁矩和摩擦力而变化。关于所使用的探针的可行形状，各种不同的形状适用于本发明。这些形状包括：锥形(插塞)圆锥、平行板结构、板或板-板(双板)结构、叶片结构(具有“翼”)、同心圆柱形几何形状(具有例如主轴、内摆锤和外杯)，库埃特结构、以及圆锥和板几何形状(也具有主轴)。这些类型的结构也在图4中示出。所示的形状仅是可用于旋转探针的形式的可行示例。
另外，在实施例中，探针可以具有椭圆形或丸状形式，如图4所示。这也可以称为搅拌器或搅拌棒。
对于高粘度流体，这样的物质倾向于在平行盘型的探针的盘之间积聚。这种现象改变了探针的惯性，这将在对应的测量图中看到。然而，平行盘型的探针的该问题可以通过使用例如具有高粘性液体的叶片形探针来缓解。
另外，根据本发明的探针结构相对于现有技术的流变测量探针具有几个独特的特征和优点。探针本身可以通过使用完全可弃式和可回收材料制造，而磁体可以重复使用。另外，探针的尺寸不受限制；即，探针可以是小搅拌棒或大转子。此外，在本发明中，大多数已经存在的探针几何形状是可行的。另外，探针可以部分地或完全地浸没在被检流体中，因此不要求被检液体的透明性，因为不透明度不会以现有的方式影响角度测量。另外，单次测量的测量非常快；其通常在几秒钟内完成。此外，无论所使用的探针及其特性(如探针的形状或尺寸)如何，测量程序都可以始终保持相同。另外，探针数据是远程可读的，这在本发明的可用性方面是显著的优点。
良好的流变传感器或装置所需的一些特性包括：测量结果的准确性、短测量时间和快速结果递交(甚至在几秒钟内)、被分析材料本身的小量浪费、测量样品中没有污染、通过并行测量实现的测量的易操作性和自动化能力、方法和物理装置的通用性、所使用材料(包括传感器的维护成本)的低成本，且测量系统的低单位成本是优选的特性。本发明满足这些标准。
本发明具有以下附加优点。被测量的液体不需要是透明的；因此也可以测量不透明的有色液体。探针系统可以是气密密封的，因此保持与被测量液体没有直接的物理接触。这使得也可以测试更多的有害物质，例如具有细菌和病毒内容物的样品，而无需在事后及时清洁探针以便再次使用。还可以测试有毒和腐蚀性物质。由于传感器是使用后可弃式的，所以没有污染，因此在实际测量后不需要复杂的清洗过程。另外，由于可以同时或以快速顺序的方式执行大量的并行测量，所以系统获得大量的信息，其中可以进行某些选择、过滤或平均。按照这种方式，不可靠的测量结果可以从数据库中清除，使结果更可靠和准确。
最后，与现有技术相比的主要优点是，通过提出的装置和计算，本发明给出了粘度和弹性(以及粘弹性)的准确定量值，而不仅是许多现有技术公开的定性结果，在定性结果中仅获得二进制结果(“粘性物质”或“非粘性物质”)。
另外，由于具有探针的单个测量容器的成本非常便宜，所以在测量之后丢弃探针是成本有效的，以避免清洁成本。因此，装置和测量方法的总成本在每单位测量中是非常便宜的。
另外，在图3b的实施例中，可以对装置进行操作，使得不需要同时加载所有样品容器，也不需要同时开始所有的测试。这使得测量装置在时间上也非常灵活。
上述计算可以由至少一个计算机程序来实现，所述计算机程序可以在控制器件中运行，即通过计算机15的处理器运行。相关的数据库和存储器可用于存储所使用的参数和测量结果。
所呈现的方法和装置彼此对应，换言之，与装置相关的所有实施例也可以应用为对应的方法的各种实施例。
本发明不仅限于上述公开的实施例，而是，本发明可以在权利要求所限定的范围内变化。

Claims (12)

1.一种用于测量流体的流变参数的装置，其特征在于，所述装置包括：
探针(21，21’，21”)，磁体(17)固定到所述探针，其中，所述探针配置为部分地或完全地浸没在样品阱(11)内的要被测量的流体(22)中；
外部磁场产生器件(12a–d，12”)，用于产生外部磁场；
线圈驱动器件(13，13’，13”)和控制器件(15)，用于在所述磁场产生器件(12a–d，12”)内馈送并测量电流；
磁场角度传感器(18，18’，18”)，用于感测所述探针(21，21’，21”)的作为时间的函数的角度方向；其中
所述外部磁场的方向配置为通过所述磁场产生器件(12a–d，12”)即时地改变，所述磁场产生器件与所述探针(21，21’，21”)的惯性和所述流体的性质相耦合，导致所述探针在所述流体(22)内的振荡运动；并且
所述控制器件(15)配置为基于所述探针(21，21’，21”)的作为时间的函数的角度方向来计算所述流体(22)的至少一个流变参数。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外部磁场产生器件(12a–d，12”)包括围绕单个样品阱或样品阱(11)的阵列定位的两对正交放置的线圈。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述流变参数包括粘度、弹性和粘弹性的定量值。
4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述探针(21，21’，21”)由塑料制成，磁体固定到所述塑料探针。
5.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述探针(21，21’，21”)包括围绕所述磁体(17)缠绕的塑料部。
6.如权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述探针(21，21’，21”)的形状包括以下中的一个：平行的圆形互连盘或板、板或板-板结构、圆柱形或椭圆形的杆、丸状元件、搅拌棒、锥形圆锥、包括至少一个叶片的结构、包括圆柱体或若干同心圆柱体的结构、具有杯和摆锤的结构、包括圆锥和板的结构、或库埃特型结构。
7.如权利要求1-6中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器件(15)在流变参数的计算中应用改进的Kelvin-Voigt模型或者改进的Jeffreys模型，其中，也考虑了振荡中存在的摩擦。
8.如权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括可旋转的盘形测试板，样品阱(11)组放置在所述盘形测试板中，且在所述盘形测试板中，所述测量被布置为所述样品阱组的顺序测量。
9.如权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括样品阱的平面阵列，每个样品阱包括探针(21’)，且所述装置还包括印刷电路板，所述印刷电路板包括磁场角度传感器(18’)的阵列。
10.如权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于由探针(21”)和磁场角度传感器(18”)组成的每个对的单独的外部磁场产生器件(12”)。
11.如权利要求1-10中任一项所述的装置，其特征在于，所述探针(21，21’，21”)是气密密封的，或者包括所述探针的样品阱(11)是气密密封的。
12.一种用于测量流体的流变参数的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将探针(21，21’，21”)部分地或完全地浸没在样品阱(11)内的要被测量的流体(22)中，磁体(17)固定到所述探针；
通过外部磁场产生器件(12a–d，12”)形成外部磁场；
通过线圈驱动器件(13，13’，13”)和控制器件(15)在所述磁场产生器件(12a–d，12”)内馈送并测量电流；
通过磁场角度传感器(18，18’，18”)感测所述探针(21，21’，21”)的作为时间的函数的角度方向；
通过所述磁场产生器件(12a–d，12”)即时地改变所述外部磁场的方向，所述磁场产生器件与所述探针(21，21’，21”)的惯性和所述流体的性质相耦合，导致所述探针在所述流体(22)内的振荡运动；以及
–基于所述探针(21，21’，21”)的作为时间的函数的角度方向通过所述控制器件(15)来计算所述流体(22)的至少一个流变参数。
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