CN202661352U - 一种液-液隔离式毛细管粘度计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种液-液隔离式毛细管粘度计，包括样品瓶、溶剂瓶、液-液隔离器、毛细管Ⅰ、毛细管Ⅱ、气囊式气动泵、控制系统、气动系统，其中，毛细管Ⅰ、液-液隔离器和毛细管Ⅱ依次管路连接，毛细管Ⅰ的另一端与气囊式气动泵连接；在液-液隔离器和毛细管Ⅱ连接的管路上设有支路，样品瓶和溶剂瓶分别与支路管路连接。本实用新型的液-液隔离式毛细管粘度计，与传统的毛细管粘度计相比，消除了泵的波动的影响，使得测量精度得以提高，测量灵敏和稳定性很高，受温度影响小。可以方便实现在线测量，自动化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种液-液隔离式毛细管粘度计。
背景技术
粘度测量在许多工业部门和科学研究领域的重要性是众所周知的，在石油、化工、医学等行业应用非常广泛，例如应用粘度计可以监测合成反应生成物的粘度，自动控制反应终点，某些食品和药物等的生产过程自动控制，各种石油制品和油漆的品质检验等，都需要进行粘度测量，在医学中测量血液及生物液体的粘度有着很重要的临床意义。常用的粘度测量有毛细管粘度计（如奥氏粘度计），用毛细管粘度计测量粘度，采用是比较法（分时比较）。用这种方法测量粘度时，每次测量的条件很难保证相同，所以精度比较低，受温度影响大，操作步骤繁琐，难于实现自动化。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种液-液隔离式毛细管粘度计，本发明采用两个毛细管串联中间设置一个液-液隔离器（这是保证同时测量的关键）同时测量的方案，很好地解决了测量精度低的问题并可以实现自动在线测量。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种液-液隔离式毛细管粘度计，包括样品瓶、溶剂瓶、液-液隔离器、毛细管Ⅰ、毛细管Ⅱ、气囊式气动泵、控制系统、气动系统，其中，毛细管Ⅰ、液-液隔离器和毛细管Ⅱ依次管路连接，毛细管Ⅰ的另一端与气囊式气动泵连接；在液-液隔离器和毛细管Ⅱ连接的管路上设有支路，样品瓶和溶剂瓶分别与支路管路连接；
所述毛细管Ⅰ、毛细管Ⅱ的两端分别设有一个压差传感器，压差传感器通过放大电路与控制系统电路连接；
所述支路与毛细管Ⅱ之间的管路上设有气动阀门；
所述毛细管Ⅰ和液-液隔离器之间的管路上设有开关电磁阀；
所述毛细管Ⅱ和气动阀之间的管路上设有开关电磁阀；
所述液-液隔离器两端的霍尔传感器与控制系统电路连接；
所述支路上设有开关电磁阀；
所述样品瓶与支路连接的管路上设有弹性气囊式气动泵，弹性气囊式气动泵两侧的管路上各设有一个单向阀；
所述溶剂瓶与支路连接的管路上设有弹性气囊式气动泵，弹性气囊式气动泵两侧的管路上各设有一个单向阀；
所述气囊式气动泵、弹性气囊式气动泵均通过换向电磁阀与气动系统连接；
所述开关电磁阀和换向电磁阀均通过驱动电路与控制系统电路连接。
所述液-液隔离器包括壳体，壳体两侧各设有一霍尔传感器，霍尔传感器与控制系统电路连接；壳体的一侧设有参比液体进出口，另一侧设有样品液体进出口；壳体内设有柔性隔膜，柔性隔膜中段设有圆片形磁铁。见图3。
所述壳体由通过螺栓连接的左右两部分构成，进一步地，连接处设有密封件。
所述气囊式气动泵包括壳体，壳体内形成一个空腔—-储液腔，空腔内设有气囊(把气体和液体隔离开)，壳体上端设有充气口，充气口与空腔上端连通，壳体的下端设有液体出入口。
所述壳体由通过螺栓连接的上下两部分构成。
所述弹性气囊式气动泵包括壳体，壳体内形成一个空腔——储液腔，空腔内设有弹性气囊，壳体上端设有充气口，充气口与弹性气囊连通，壳体的下端设有液体出入口。弹性气囊式气动泵与气囊式气动泵结构类似，唯一不同之处在于：弹性气囊式气动泵的气囊具有弹性，当气囊内气体压力不大时，可以自行收缩。
所述壳体由通过螺栓连接的上下两部分构成。
所述支路上还设有注液口，注液口处设有单向阀。
所述控制系统、气动系统均是现有技术中的常规技术，对所属领域技术人员而言是容易实现的，本发明对此无改进之处，不再赘述。
工作原理：把两个毛细管串联在一起中间设置一个液-液隔离器，使溶剂液体和样品液体以相同的流速在管路中流动（但不流过压差传感器），同时又不能相混。两个压差传感器分别接在两个毛细管的两端，当两种液体流过两个毛细管时，分别在两个毛细管两端产生压降，由压差传感器测量两个毛细管两端的压力差(压差信号经放大电路放大后送A/D转换器再送入微处理器中，A/D转换器、微处理器是控制系统中的常规部件)，再依据泊肃叶定律（P=KQη），并根据两个毛细管中Q（体积流速）相同，可以推得公式：
ηr=(1/K)(P2/P1)；
其中：ηr为相对粘度，P1为参比毛细管两端的压差，P2为样品毛细管两端的压差，K为毛细管的几何常数。
微处理器根据公式计算出相对粘度。公式推导如下：
根据泊肃叶定律：(P=KQη)；
P1=K1Qη1 P1：参比毛细管两端的压差；
P2=K2Qη2 P2：样品毛细管两端的压差；
K1=8L1/лR1 4 K1：参比毛细管的几何常数；
K2=8L2/лR2 4 K2：样品毛细管的几何常数；
P2/P1=K2Qη2/K1Qη1=K2η2/K1η1=K(η2/η1) K=K2/K1；
ηr=1/K(P2/P1) ηr=η2/η1(ηr：相对粘度)。
工作过程：当液-液隔离器充入样品液体后，气囊式气动泵中的溶剂液体在气压的作用下，流入毛细管Ⅰ和液-液隔离器中，液-液隔离器中的柔性隔膜在溶剂液体的挤压下向右运动并驱动样品液体流向毛细管Ⅱ，由于液体的不可压缩和柔性隔膜的无阻力传递（两种液体充满液-液隔离器内腔），保证了两种液体以相同的流速流动（类似电路中的电容器）。两个霍尔传感器的作用是用于确定柔性隔膜移动到两端的位置。
气囊式气动泵的作用是把溶剂送入毛细管Ⅰ和液-液隔离器中，同时液-液隔离器中的溶剂也能反送到气囊式气动泵中（是本发明的独创部件，当向气泵充气时，储液腔中的液体被挤出，当放气时液体可回流到储液腔中)，它可以实现流体在气囊式气动泵与液-液隔离器之间相互流动，这样可以使溶剂反复使用为实现在线自动测量提供了保证，还可以节省溶剂。见图4。
弹性气囊式气动泵作用是把样品瓶中的样品或溶剂瓶中的溶剂送入液-液隔离器中（是本发明的独创部件，当向弹性气囊充气时，储液腔的液体被泵出，当弹性气囊弹性收缩时，从外部吸入液体，液流向由单向阀确定），这为自动取液提供了保证，由于结构简单可以一次性使用，可省去对泵的清洗。见图5。
开关电磁阀的作用是在控制系统作用下控制流体流向，换向电磁阀的作用是在控制系统作用下控制气动系统与气动泵和气动阀门作相应的动作，以完成取液测量等自动控制，这对所属领域技术人员而言是常规的，容易实现的。
本发明的液-液隔离式毛细管粘度计，与传统的毛细管粘度计相比，有以下特点：由于液-液隔离器保证了两个毛细管中的流速相同，因而可在计算粘度(ηr)的公式中精确消去了Q项，使粘度(ηr)值仅取决于压力的比值，这样可以消除泵的波动对测量精度的影响，使得测量精度得以提高。由于粘度(ηr)只取决压力的比值，压力的检测由压力传感器完成，又因为现有压力传感器具有很高的灵敏度和稳定性（现有成熟的压力传感器技术完全可以满足我们对测量精度的要求），因此，我们可以得到精度很高的压力参数。由于本发明可以做到在相同的温度环境下同步测量，在粘度(ηr)值仅取决于压力的比值的情况下，温度的影响也得以被消除，所以受温度影响小。而且与样品密度无关不需要进行密度校正（公式中不含密度项）。由于溶剂可以在气囊式气动泵和液-液隔离器之间相互流动（液-液隔离器和气囊式气动泵创造的条件），所以只要把样品瓶换成在线测量的液体源，就可以很方便实现在线自动测量。目前，诸如石油、化工、医药、食品、染料、制胶等工业系统中，很多工序节点都迫切需要自动在线精确监测粘度参数以作为判断各种反应进行到何种程度的指标以及自动控制反应终点。该发明的实施，将对上述工业系统的生产效率和产品质量带来革命性的提高(由于实现了自动在线精确监测粘度参数，再与现有已经成熟的自动控制设备配套，立刻就可以生产出上述相关工业系统迫切需要的自动在线精确监测粘度参数和自动控制生产过程的自动控制设备)，所以，本发明具有自动化程度高的特点。另外，本发明还有操作简单、使用方便、节省溶剂、制做容易，结构简单，测量快速，成本低廉等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的测量原理示意图。
图3为本发明的液-液隔离器的结构示意图。
图4为本发明的气囊式气动泵的结构示意图。
图5为本发明的弹性气囊式气动泵的结构示意图。
其中，1、气动系统；2、换向电磁阀；3、驱动电路；4、放大电路；5、控制系统；6、气囊式气动泵；7、压差传感器Ⅰ；8、气动阀门；9、压差传感器Ⅱ；10、手动换向阀门；11、注液口Ⅰ；12、毛细管Ⅰ；13、液-液隔离器；14、毛细管Ⅱ；15、样品瓶；16、弹性气囊式气动泵Ⅰ；17、开关电磁阀；18、手动注液器；19、注液口Ⅱ；20、单向阀；21、弹性气囊式气动泵Ⅱ；22、溶剂瓶；23、壳体；24、霍尔传感器；25、柔性隔膜；26、圆片形磁铁；27、密封件；28、储液腔；29、气囊；30、充气口；31、液体出入口；32、弹性气囊。A、B、C、D表示气路连接，如：图中有两处A，表示工作时此两处气路连接。g、h、J、K、Q表示电路连接，如：图中有两处h，表示工作时此两处电路连接。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
一种液-液隔离式毛细管粘度计，包括样品瓶15、溶剂瓶22、液-液隔离器13、毛细管Ⅰ12、毛细管Ⅱ14、气囊式气动泵6、控制系统5、气动系统1，如图1所示，其中，毛细管Ⅰ12、液-液隔离器13和毛细管Ⅱ14依次管路连接，毛细管Ⅰ12的另一端与气囊式气动泵6连接；在液-液隔离器13和毛细管Ⅱ14连接的管路上设有支路，样品瓶15和溶剂瓶22分别与支路管路连接；
所述毛细管Ⅰ12的两端设有压差传感器Ⅰ7、毛细管Ⅱ14的两端设有压差传感器Ⅱ9，两压差传感器分别通过放大电路4与控制系统5电路连接；
所述支路与毛细管Ⅱ14之间的管路上设有气动阀门8；
所述毛细管Ⅰ12和液-液隔离器13之间的管路上设有开关电磁阀17；
所述毛细管Ⅱ14和气动阀8之间的管路上设有开关电磁阀17；
所述液-液隔离器20两端的霍尔传感器24与控制系统5电路连接；
所述支路上设有开关电磁阀17；
所述样品瓶15与支路连接的管路上设有弹性气囊式气动泵Ⅰ16，弹性气囊式气动泵Ⅰ16两侧的管路上各设有一个单向阀20；
所述溶剂瓶22与支路连接的管路上设有弹性气囊式气动泵Ⅱ21，弹性气囊式气动泵Ⅱ21两侧的管路上各设有一个单向阀20；
所述气囊式气动泵6、两弹性气囊式气动泵均通过换向电磁阀2与气动系统1连接；
所述开关电磁阀17和换向电磁阀2均通过驱动电路3与控制系统5电路连接。
所述液-液隔离器20包括壳体23，壳体23两侧各设有一霍尔传感器24，霍尔传感器24与控制系统5电路连接；壳体23的左侧设有参比液体进出口，右侧设有样品液体进出口；壳体23内设有柔性隔膜25，柔性隔膜25中段设有圆片形磁铁26。如图3所示。
所述壳体23由通过螺栓连接的左右两部分构成，进一步地，连接处设有密封件27。
所述气囊式气动泵6包括壳体23，壳体内形成一个空腔——储液腔28，空腔内设有气囊29，壳体23上端设有充气口30，充气口30与空腔上端连通，壳体23的下端设有液体出入口31，如图4所示。
所述壳体23由通过螺栓连接的上下两部分构成。
所述气囊式气动泵6的下端还连接有手动换向阀门10，手动换向阀门10上设有注液口Ⅰ11；
所述弹性气囊式气动泵Ⅰ16包括壳体23，壳体23内形成一个空腔——储液腔28，空腔内设有弹性气囊32，壳体23上端设有充气口30，充气口30与弹性气囊32连通，壳体23的下端设有液体出入口31。弹性气囊式气动泵Ⅰ16与气囊式气动泵6结构类似，唯一不同之处在于：弹性气囊式气动泵Ⅰ16的气囊具有弹性，当气囊内气体压力不大时，可以自行收缩，如图5所示。弹性气囊式气动泵Ⅱ21的结构与弹性气囊式气动泵Ⅰ16的结构相同。
所述壳体23由通过螺栓连接的上下两部分构成。
所述支路上还设有注液口Ⅱ19，注液口19Ⅱ处设有单向阀20，使用时，可以通过手动注液器18手动向注液口Ⅱ中注入液体。
所述控制系统、气动系统均是现有技术中的常规技术，对所属领域技术人员而言是容易实现的，本发明对此无改进之处，不再赘述。
工作原理：把两个毛细管串联在一起中间设置一个液-液隔离器13，使溶剂液体和样品液体以相同的流速在管路中流动（但不流过压差传感器），同时又不能相混。两个压差传感器分别接在两个毛细管的两端，当两种液体流过两个毛细管时，分别在两个毛细管两端产生压降，由压差传感器测量两个毛细管两端的压力差(压差信号经放大电路放大后送A/D转换器再送入微处理器中，A/D转换器、微处理器是控制系统中的常规部件)，再依据泊肃叶定律（P=KQη），并根据两个毛细管中Q（体积流速）相同，可以推得公式：
ηr=(1/K)(P2/P1)；
其中：ηr为相对粘度，P1为参比毛细管两端的压差，P2为样品毛细管两端的压差，K为毛细管的几何常数，如图2所示。
微处理器根据公式计算出相对粘度。公式推导如下：
根据泊肃叶定律：(P=KQη)；
P1=K1Qη1 P1：参比毛细管（毛细管Ⅰ）两端的压差；
P2=K2Qη2 P2：样品毛细管（毛细管Ⅱ）两端的压差；
K1=8L1/лR1 4 K1：参比毛细管的几何常数；
K2=8L2/лR2 4 K2：样品毛细管的几何常数；
P2/P1=K2Qη2/K1Qη1=K2η2/K1η1=K(η2/η1) K=K2/K1；
ηr=1/K(P2/P1) ηr=η2/η1(ηr：相对粘度)。
工作过程：当液-液隔离器13充入品液体后，气囊式气动泵6中的溶剂液体在气压的作用下，流入毛细管Ⅰ12和液-液隔离器13中，液-液隔离器13中的柔性隔膜25在溶剂液体的挤压下向右运动并驱动样品液体流向毛细管Ⅱ14，由于液体的不可压缩和柔性隔膜25的无阻力传递（两种液体充满液-液隔离器13内腔），保证了两种液体以相同的流速流动。两个霍尔传感器24的作用是用于确定柔性隔膜25移动到两端的位置。
气囊式气动泵6的作用是把溶剂送入毛细管Ⅰ12和液-液隔离器13中，同时液-液隔离器13中的溶剂也能反送到气囊式气动泵6中（是本发明的独创部件，当向气囊29充气时，储液腔28中的液体被挤出，当放气时液体可回流到储液腔28中)，它可以实现流体在气囊式气动泵6与液-液隔离器13之间相互流动，这样可以使溶剂反复使用为实现在线自动测量提供了保证，还可以节省溶剂，见图4。
弹性气囊式气动泵作用是把样品瓶15中的样品或溶剂瓶22中的溶剂送入液-液隔离器13中（是本发明的独创部件，当向弹性气囊32充气时，储液腔28的液体被泵出，当弹性气囊32弹性收缩时，从外部吸入液体，液流向由单向阀20确定），这为自动取液提供了保证，由于结构简单可以一次性使用，可省去对泵的清洗。见图5。
开关电磁阀17的作用是在控制系统作用下控制流体流向，换向电磁阀2在控制系统5作用下控制气动系统1和气动阀门8作相应的动作，以完成取液测量等自动控制，这对所属领域技术人员而言是常规的，容易实现的。
工作步骤：
（1）排空弹性气囊式气动泵Ⅰ16和弹性气囊式气动泵Ⅱ21，同时为吸液准备：控制系统5控制相应的电磁阀（B、D）接通，气动系统1向弹性气囊式气动泵Ⅰ16和弹性气囊式气动泵Ⅱ21中充气，同时支路上的电磁阀（k）、毛细管Ⅱ14和气动阀8之间的电磁阀（Q）接通，把气排出。
（2）排空液-液隔离器13右腔：过程为：控制系统5控制相应的电磁阀（A）接通，气动系统1向气囊式气动泵6中充气，把气囊式气动泵6中的溶剂压入液-液隔离器13的左腔（使柔性隔膜移动到右端把液-液隔离器右腔排空，柔性隔膜是否移动到右端由霍尔传感器来检测），同时相应的电磁阀（J、Q）接通，使流体流通。
（3）向液-液隔离器13注入溶剂：过程为：控制系统5控制相应的电磁阀（C、D）接通，气动系统1向弹性气囊式气动泵Ⅱ21和气动阀门8充气，同时相应的电磁阀（J、k）接通，使流体流通，溶剂瓶22中溶剂在弹性气囊式气动泵Ⅱ21作用下进入液-液隔离器13右腔（同时液-液隔离器左腔的溶剂被挤回气囊式气动泵里）。
（4）测量几何常数K：过程为：控制系统5控制相应的电磁阀（A）接通，气动系统1向气囊式气动泵6中充气，气囊式气动泵6中的溶剂在气压作用下通过毛细Ⅰ12进入液-液隔离器13左腔，同时液-液隔离器13右腔中的溶剂被挤压出去，流入毛细管Ⅱ14完成测量K。
（5）向液-液隔离器13注入样品：过程为：控制系统5控制相应的电磁阀（B、C）接通，气动系统1向弹性气囊式气动泵Ⅰ16和气动阀门8充气，同时相应的电磁阀（J、k）接通，使流体流通，样品瓶15中的样品在弹性气囊式气动泵Ⅰ16的作用下进液-液隔离器13右腔，完成取样（同时液-液隔离器左腔的溶剂被挤回气囊式气动泵里）。
（6）测量样品：过程为：控制系统5控制相应的电磁阀（A）接通，气动系统1向气囊式气动泵6中充气，气囊式气动泵6中的溶剂在气压作用下通过毛细Ⅰ12进入液-液隔离器13左腔，同时液-液隔离器13右腔中的样品被挤压出去，流入毛细管Ⅱ14完成测量样品。
Claims (7)
1.一种液-液隔离式毛细管粘度计，其特征在于：包括样品瓶、溶剂瓶、液-液隔离器、毛细管Ⅰ、毛细管Ⅱ、气囊式气动泵、控制系统、气动系统，其中，毛细管Ⅰ、液-液隔离器和毛细管Ⅱ依次管路连接，毛细管Ⅰ的另一端与气囊式气动泵连接；在液-液隔离器和毛细管Ⅱ连接的管路上设有支路，样品瓶和溶剂瓶分别与支路管路连接；
所述毛细管Ⅰ、毛细管Ⅱ的两端分别设有一个压差传感器，压差传感器通过放大电路与控制系统电路连接；
所述支路与毛细管Ⅱ之间的管路上设有气动阀门；
所述毛细管Ⅰ和液-液隔离器之间的管路上设有开关电磁阀；
所述毛细管Ⅱ和气动阀之间的管路上设有开关电磁阀；
所述液-液隔离器两端的霍尔传感器与控制系统电路连接；
所述支路上设有开关电磁阀；
所述样品瓶与支路连接的管路上设有弹性气囊式气动泵，弹性气囊式气动泵两侧的管路上各设有一个单向阀；
所述溶剂瓶与支路连接的管路上设有弹性气囊式气动泵，弹性气囊式气动泵两侧的管路上各设有一个单向阀；
所述气囊式气动泵、弹性气囊式气动泵均通过换向电磁阀与气动系统连接；
所述开关电磁阀和换向电磁阀均通过驱动电路与控制系统电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种液-液隔离式毛细管粘度计，其特征在于：所述液-液隔离器包括壳体，壳体两侧各设有一霍尔传感器，霍尔传感器与控制系统电路连接；壳体的一侧设有参比液体进出口，另一侧设有样品液体进出口；壳体内设有柔性隔膜，柔性隔膜中段设有圆片形磁铁。
3.根据权利要求1所述的一种液-液隔离式毛细管粘度计，其特征在于：所述气囊式气动泵包括壳体，壳体内形成一个空腔—-储液腔，空腔内设有气囊，壳体上端设有充气口，充气口与空腔上端连通，壳体的下端设有液体出入口。
4.根据权利要求1所述的一种液-液隔离式毛细管粘度计，其特征在于：所述弹性气囊式气动泵包括壳体，壳体内形成一个空腔——储液腔，空腔内设有弹性气囊，壳体上端设有充气口，充气口与弹性气囊连通，壳体的下端设有液体出入口。
5.根据权利要求2或3或4所述的一种液-液隔离式毛细管粘度计，其特征在于：所述壳体由通过螺栓连接的两部分构成。
6.根据权利要求1所述的一种液-液隔离式毛细管粘度计，其特征在于：所述支路上还设有注液口，注液口处设有单向阀。
7.根据权利要求1所述的一种液-液隔离式毛细管粘度计，其特征在于：所述气囊式气动泵的下端还连接有手动换向阀门，手动换向阀门上设有注液口。
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Cited By (2)
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| CN111380800A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-07-07 | 广州华新科智造技术有限公司 | 高分子聚合物分散性能的在线检测装置和方法 |
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| CN111380800A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-07-07 | 广州华新科智造技术有限公司 | 高分子聚合物分散性能的在线检测装置和方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20130109 Effective date of abandoning: 20131030 |
|
| RGAV | Abandon patent right to avoid regrant |