專利名稱：一種液體微流動(dòng)的雙管相對(duì)測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液體微流動(dòng)特性的方法及裝置，具體地說，是涉及消除管徑尺寸測(cè)量誤差的影響的液體微流動(dòng)雙管相對(duì)測(cè)量方法及裝置。
背景技術(shù)：
目前，測(cè)量液體微流動(dòng)壓力與流量特性的方法主要有如專利1專利號(hào)ZL02285488.6,名稱為“一種用于測(cè)量液體黏度的裝置”中公開了一種氣體驅(qū)動(dòng)的低壓微流動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
如專利2專利號(hào)ZL01279794.4,名稱為“高壓微流量液體流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置”中公開了一種液體驅(qū)動(dòng)的高壓微流動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
上述兩個(gè)專利中公開的裝置測(cè)量精度主要受管徑的誤差影響，在管徑誤差為3um時(shí)，由已知的公式可得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的不確定度高達(dá)13％。而在進(jìn)行某些液體微流動(dòng)流量的測(cè)量中允許的誤差只有4％，可見這種差別將被淹沒在實(shí)驗(yàn)誤差中。
專利3申請(qǐng)?zhí)?2148680.8,名稱為“微量液體黏度測(cè)量方法及其裝置”中公開了一種相對(duì)測(cè)量法，它是基于同一管道，用標(biāo)準(zhǔn)液體的黏度系數(shù)來獲取儀器常數(shù)，以消除管徑的影響。用這種方法對(duì)液體黏度的測(cè)量相對(duì)精度由絕對(duì)測(cè)量法的±2.6％降至±1.8％。
目前在研究微流動(dòng)壁面效應(yīng)等特性時(shí)，需要測(cè)量流量差別，而這種流量差別的允許誤差為＜(1％～4％)，這在現(xiàn)有技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不確定度情況下是無法實(shí)現(xiàn)的。
因此，現(xiàn)有技術(shù)的不足要求進(jìn)一步降低實(shí)驗(yàn)的不確定度。在目前無法提高管徑的測(cè)量精度的情況下，人們希望一種精確度高、簡(jiǎn)單易行的液體微流動(dòng)的雙管相對(duì)測(cè)量方法及裝置，來降低不同工況下流量絕對(duì)測(cè)量誤差的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種液體微流動(dòng)的雙管相對(duì)測(cè)量法及裝置，從而提高液體微流動(dòng)相對(duì)流量的測(cè)量精度。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案一種液體微流動(dòng)的雙管相對(duì)測(cè)量方法，包括如下步驟1)提供第一微管道a和第二微管道b；2)將一低壓或高壓壓力源與上述兩個(gè)微管道相連；所述低壓是指0MPa～1MPa，所述高壓是指1MPa～40MPa；3)分別測(cè)量第一液體在上述第一微管道和第二微管道中的流量用Qa1、Qb1表示，并在測(cè)量過程中使兩微管道的壓力、溫度相同；4)提供一種第二液體，其物性參數(shù)在上述兩個(gè)微管道中實(shí)驗(yàn)時(shí)保持常數(shù)；5)分別測(cè)量第二液體在上述第一微管道和第二微管道中的流量用Qa2、Qb2表示，并在測(cè)量過程中使兩微管道的壓力、溫度相同；6)通過流量比消除管徑的差別，并計(jì)算相應(yīng)的表觀黏性系數(shù)比ξ=Qa1/Qb1Qa2/Qb2.]]>在上述技術(shù)方案中，步驟3)和5)測(cè)量流量采用位移法或電子天平稱重法進(jìn)行。
在上述技術(shù)方案中，所述微管道的內(nèi)徑為10um～50um。
一種液體微流動(dòng)的雙管相對(duì)測(cè)量裝置，包括一壓力源1，為液體在微管道中流動(dòng)提供壓力；一儲(chǔ)液罐2，與所述壓力源1連通；一進(jìn)液閥3，該進(jìn)液閥3、所述壓力源1通過一位于儲(chǔ)液罐2上端的第一四通接頭4與所述儲(chǔ)液罐2連通，該第一四通接頭4還與一壓力傳感器5連接；一第一三通接頭6，連接在所述儲(chǔ)液罐2的下端，該三通接頭6的另兩個(gè)開口分別連接一排液閥7和一第二三通接頭8；一第一微管道9和一第二微管道10分別與所述第二三通接頭8的兩個(gè)開口連通；一第一流量計(jì)11和一第二流量計(jì)12分別與所述第一微管道9和所述第二微管道10的另一端連接，所述流量計(jì)11和12用來測(cè)量相應(yīng)的微管道中液體的流量；在上述技術(shù)方案中，如圖1所示虛線框中，還可以包括一第二四通接頭13連接在所述第一三通接頭6和所述第二三通接頭8之間，在該第二四通接頭13的兩個(gè)開口上分別接一壓力傳感器14和一溫度傳感器15，所述壓力傳感器14用于測(cè)量微管道9和微管道10的入口壓力，所述溫度傳感器15用于測(cè)量微管道9和微管道10的入口溫度。
在上述技術(shù)方案中，所述儲(chǔ)液罐2的容積為10ml～50ml。
在上述技術(shù)方案中，所述壓力源1采用壓縮空氣罐。
在上述技術(shù)方案中，所述流量計(jì)采用光電流量計(jì)或電子天平稱重流量計(jì)。
在上述技術(shù)方案中，所述微管道的內(nèi)徑為l0um～50um。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1)消除了帶來主要誤差的管徑尺寸的幾何誤差影響，可以對(duì)微小流量差進(jìn)行測(cè)量，提高了相對(duì)測(cè)量精度；2)對(duì)實(shí)驗(yàn)雙管的入口壓力、溫度同步測(cè)量，保證實(shí)驗(yàn)環(huán)境相同，比單管多次測(cè)量的精度更高。


圖1表示本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的測(cè)量原理如下以測(cè)量水在微管道中壁面效應(yīng)為例。用兩根并列的毛細(xì)微管道a、b作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其中之一，比如a管的內(nèi)表面進(jìn)行了OTS分子膜處理，成為疏水表面，另一毛細(xì)微管道b管內(nèi)壁則不作處理，令兩個(gè)毛細(xì)微管在相同壓力和溫度下，進(jìn)行水的流動(dòng)特性測(cè)試，可得到Qa-water=πda4P128μwaterLa;]]>Qb-water=πdb4P128ξμwaterLb;]]>式中，Qa-water表示a管中水的體積流量；Qb-water表示b管中水的體積流量；da表示a管內(nèi)徑；
db表示b管內(nèi)徑；La表示a管長(zhǎng)度；Lb表示b管長(zhǎng)度；P表示微管道兩端的壓力差；ξ表示表觀黏性系數(shù)比；μwater表示水的粘度系數(shù)。
對(duì)前述水在兩個(gè)微管道中流量公式相比，則得Qa-waterQb-water=da4Lbdb4La·ξ]]>更換實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，采用異丙醇重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。由于a，b兩微管道內(nèi)壁對(duì)異丙醇而言均為浸潤(rùn)表面，故兩微管道中的流量為Qa-tsop=πda4P128μtsopLa;]]>Qb-tsop=πdb4P128μtsopLb;]]>上述兩式相比，則得Qa-tsopQb-tsop=da4Lbdb4La;]]>對(duì)異丙醇進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的目的是確定a，b兩微管道幾何尺寸上的差別。從上述公式可以看出ξ=Qa-water/Qb-waterQa-tsop/Qb-tsop]]>所以疏水壁面對(duì)流動(dòng)特性的影響，可以歸結(jié)為上述四個(gè)體積流量的測(cè)量。
由已知的誤差分析手段可得到，由于上式中消除了與管徑有關(guān)的項(xiàng)，因此采用本發(fā)明提供的相對(duì)測(cè)量方法可以使誤差大大降低。
以測(cè)量液體微流動(dòng)壁面效應(yīng)為例，則液體微流動(dòng)的雙管相對(duì)測(cè)量方法，具體包括如下步驟1、提供兩個(gè)微管道a、b，在一個(gè)微管道a或b的內(nèi)壁制備疏水表面，另一個(gè)微管道b或a不作處理；兩管道的內(nèi)徑均為20um，長(zhǎng)度為10cm；2、連接實(shí)驗(yàn)管路，將一低壓壓力源與兩個(gè)微管道相連；壓力源壓力為0.2MPa；一般來說，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求低壓壓力源的壓力要大于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，而小于1MPa；本實(shí)施例中壓力為0.2MPa；3、采用電子天平稱重法測(cè)量水在兩個(gè)微管道中的流量Qa-water、Qb-water，并保證測(cè)量過程中兩微管道的壓力、溫度一致；4、采用電子天平稱重法測(cè)量異丙醇在上述兩個(gè)微管道的流量Qa-tsop、Qb-tsop；并保證測(cè)量過程中兩微管道的壓力、溫度一致；5、通過流量比消除管徑的差別，并計(jì)算相應(yīng)的表觀黏性系數(shù)比ξ=Qa-water/Qb-waterQa-tsop/Qb-tsop.]]>液體微流動(dòng)壁面效應(yīng)的雙管相對(duì)測(cè)量裝置，包括一壓力源1，為液體在微管道中流動(dòng)提供壓力，采用壓縮空氣罐作為壓力源；一儲(chǔ)液罐2，與所述壓力源1連通，容積為30ml，用于儲(chǔ)存實(shí)驗(yàn)液體；一進(jìn)液閥3，該進(jìn)液閥3、所述壓力源1通過一位于儲(chǔ)液罐2上端的第一四通接頭4與所述儲(chǔ)液罐2連通，該第一四通接頭4還與一壓力傳感器5連接；一第一三通接頭6，連接在所述儲(chǔ)液罐2的下端，該三通接頭6的另兩個(gè)開口分別連接一排液閥7和一第二三通接頭8；一第一微管道9和一第二微管道10分別與所述第二三通接頭8的兩個(gè)開口連通，其中第一微管道9內(nèi)壁進(jìn)行了疏水分子膜處理；一第一流量計(jì)11和一第二流量計(jì)12分別與所述第一微管道9和所述第二微管道10的另一端連接，本實(shí)施例的第一和第二流量計(jì)采用本申請(qǐng)人的專利4專利號(hào)ZL02256879.4，名稱為“一種液體微流量自動(dòng)測(cè)定裝置”中公開的流量計(jì)，即光電流量計(jì)；還包括一第二四通接頭13連接在所述第一三通接頭6和所述第二三通接頭8之間，在該第二四通接頭13的兩個(gè)開口上分別接一壓力傳感器14和一溫度傳感器15，所述壓力傳感器14用于測(cè)量微管道9和10的入口壓力，所述溫度傳感器15用于測(cè)量微管道9和10的入口溫度。
本實(shí)施例中各部件，除特別聲明外，均采用市場(chǎng)所售的常規(guī)部件，如壓力傳感器、溫度傳感器、三通接頭、四通接頭、閥以及部件之間的連接管線等。
最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種液體微流動(dòng)的雙管相對(duì)測(cè)量方法，包括如下步驟1)提供第一微管道和第二微管道；2)將一低壓或高壓壓力源與上述兩個(gè)微管道相連；所述低壓是指0MPa～1MPa，所述高壓是指1MPa～40MPa；3)分別測(cè)量第一液體在上述第一微管道和第二微管道中的流量用Qa1、Qb1表示，并在測(cè)量過程中使兩微管道的壓力、溫度一致；4)提供一種第二液體，其物性參數(shù)在上述兩個(gè)微管道中實(shí)驗(yàn)時(shí)保持常數(shù)；5)分別測(cè)量第二液體在上述第一微管道和第二微管道中的流量用Qa2、Qb2表示，并在測(cè)量過程中使兩微管道的壓力、溫度一致；6)通過流量比消除管徑的差別，按照如下公式計(jì)算相應(yīng)的表觀黏性系數(shù)比ξ=Qa1/Qb1Qa2/Qb2.]]>
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述液體微流動(dòng)的雙管相對(duì)測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟3)和5)中測(cè)量流量采用位移法或電子天平稱重法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述液體微流動(dòng)的雙管相對(duì)測(cè)量方法，其特征在于，所述微管道的內(nèi)徑為10um～50um。
4.一種液體微流動(dòng)的雙管相對(duì)測(cè)量裝置，包括一壓力源(1)，為液體在微管道中流動(dòng)提供壓力；一儲(chǔ)液罐(2)，與所述壓力源(1)連通；一進(jìn)液閥(3)，該進(jìn)液閥(3)、所述壓力源(1)通過一位于儲(chǔ)液罐(2)上端的第一四通接頭(4)與所述儲(chǔ)液罐(2)連通，該第一四通接頭(4)還與一壓力傳感器(5)連接；一第一三通接頭(6)，連接在所述儲(chǔ)液罐(2)的下端，該三通接頭(6)的另兩個(gè)開口分別連接一排液閥(7)和一第二三通接頭(8)；其特征在于，還包括一第一微管道(9)和一第二微管道(10)分別與所述第二三通接頭(8)的兩個(gè)開口連通；一第一流量計(jì)(11)和一第二流量計(jì)(12)分別與所述第一微管道(9)和所述第二微管道(10)的另一端連接，所述第一流量計(jì)(11)和第二流量計(jì)(12)用來測(cè)量相應(yīng)的微管道中液體的流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述液體微流動(dòng)的雙管相對(duì)測(cè)量裝置，其特征在于，還包括一第二四通接頭(13)連接在所述第一三通接頭(6)和所述第二三通接頭(8)之間，在該第二四通接頭(13)的兩個(gè)開口上分別接一用于測(cè)量第一微管道(9)和第二微管道(10)的入口壓力的壓力傳感器(14)和一用于測(cè)量第一微管道(9)和第二微管道(10)的入口溫度的溫度傳感器(15)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述液體微流動(dòng)的雙管相對(duì)測(cè)量裝置，其特征在于，所述儲(chǔ)液罐(2)的容積為10ml～50ml。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述液體微流動(dòng)的雙管相對(duì)測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一微管道(9)和第二微管道(10)的內(nèi)徑為10um～50um。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述液體微流動(dòng)的雙管相對(duì)測(cè)量裝置，其特征在于，所述壓力源(1)采用壓縮空氣罐。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述液體微流動(dòng)的雙管相對(duì)測(cè)量裝置，其特征在于，所述流量計(jì)采用光電流量計(jì)或電子天平稱重流量計(jì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5、6、8或9其中任一個(gè)所述液體微流動(dòng)的雙管相對(duì)測(cè)量裝置，其特征在于，所述微管道的內(nèi)徑為10um～50um。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種消除管徑尺寸測(cè)量誤差的影響的液體微流動(dòng)雙管相對(duì)測(cè)量方法及裝置。該方法包括如下步驟1)提供兩個(gè)微管道a、b；2)將壓力源與上述兩個(gè)微管道相連；3)測(cè)量第一液體在上述兩個(gè)微管道中的流量Q
文檔編號(hào)F15D1/00GK1955707SQ20051011458
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月26日
發(fā)明者崔海航, 李戰(zhàn)華, 劉宗源 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所