專利名稱：用于測量粘度的移液管系統(tǒng)和方法
用于測量粘度的移液管系統(tǒng)和方法相關(guān)申請的交叉引用根據(jù)巴黎公約，本申請要求法國專利申請No. 0851120的優(yōu)先權(quán)，該法國專利申請 No. 0851120的申請日為2008年2月21日，該文獻(xiàn)整個被本文參引。
背景技術(shù)：
當(dāng)使用移液管時，一定容積的液體吸入移液管中。然后，該容積的液體分配至一 個或多個分配容積中?；钊?qū)動機(jī)構(gòu)通過使得活塞運(yùn)動而控制特定容積中液體的吸入和 分配?；钊倪\(yùn)動由活塞驅(qū)動機(jī)構(gòu)施加的推力來控制。移液管可以以人工模式來操作，其 中，用戶人工或者以機(jī)動模式控制液體的吸入或分配的速度和容積，其中，馬達(dá)控制液體的 吸入和/或分配。通過使用輸入界面，各種參數(shù)(包括速度、容積、吸入的次數(shù)、分配的次數(shù) 等)可以進(jìn)行選擇。多槽道移液系統(tǒng)包括多槽道移液管，該多槽道移液管包括多個活塞。移 液管還可以在液體的吸入和分配過程中保持在操作人員的手中，或者可以作為自動系統(tǒng)的 一部分。

發(fā)明內(nèi)容
在示例性實(shí)施例中，提供了一種用于確定流體的粘度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括但不局 限于吸入腔室、管、活塞、促動器、傳感器和處理器。管與吸入腔室連通，并包括槽道，該槽 道包括具有恒定直徑截面的圓柱形部分?；钊惭b在吸入腔室中。促動器設(shè)置成使得活塞 在時間窗口中以恒定速度在吸入腔室中運(yùn)動，以便調(diào)節(jié)圓柱形部分中的流體。傳感器設(shè)置 成在時間窗口中多次測量壓力，以便限定多個壓力測量值。處理器設(shè)置成接收限定的多個 壓力測量值，以便確定與接收的多個壓力測量值相關(guān)聯(lián)的斜率，并根據(jù)該確定的斜率來確 定流體的粘度。在另一示例性實(shí)施例，提供了一種用于確定流體的粘度的方法。安裝在吸入腔室 中的活塞在第一時間窗口中以第一恒定速度沿第一方向促動，以便將流體吸入管的槽道的 圓柱形部分中。槽道與吸入腔室連通。圓柱形部分有恒定直徑截面。在第一時間窗口中測 量壓力第一多次，以便限定第一多個壓力測量值。確定與該限定的第一多個壓力測量值相 關(guān)聯(lián)的第一斜率?；钊嘏c第一方向相對的第二方向促動，以便從管分配一部分吸入流體。 活塞在第二時間窗口中以第二恒定速度沿第一方向促動，以便將流體吸入管的槽道的圓柱 形部分中。在第二時間窗口中測量壓力第二多次，以便限定第二多個壓力測量值。確定與 該限定的第二多個壓力測量值相關(guān)聯(lián)的第二斜率。根據(jù)確定的第一斜率和確定的第二斜率 來確定流體的粘度。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀下面的附圖、詳細(xì)說明和附加權(quán)利要求將清楚本發(fā)明的 其它主要特征和優(yōu)點(diǎn)。


下面將參考附圖介紹本發(fā)明的示例性實(shí)施例，附圖中，相同參考標(biāo)號表示相同元件。圖1表示了根據(jù)示例性實(shí)施例的粘度計(jì)的側(cè)視圖。圖2表示了根據(jù)第一示例性實(shí)施例的、圖1的粘度計(jì)的移液管的底部部分的示意 圖。圖3表示了根據(jù)示例性實(shí)施例在移液操作過程中作為時間函數(shù)的函數(shù)ΔΡα)的 曲線圖。圖4表示了根據(jù)第二示例性實(shí)施例的、圖1的粘度計(jì)的移液管的底部部分的示意 圖。圖5表示了根據(jù)第三示例性實(shí)施例的、圖1的粘度計(jì)的移液管的底部部分的部分 示意圖。圖6表示了根據(jù)示例性實(shí)施例在使用圖5的粘度計(jì)的移液管的底部部分的移液操 作過程中作為時間函數(shù)的函數(shù)Δρα)的曲線圖。圖7表示了根據(jù)第四示例性實(shí)施例的、圖1的粘度計(jì)的移液管的底部部分的部分 示意圖。圖8表示了根據(jù)示例性實(shí)施例在使用圖7的粘度計(jì)的移液管的底部部分的移液操 作過程中作為時間函數(shù)的函數(shù)Δρα)的曲線圖。圖9表示了根據(jù)第二示例性實(shí)施例的、圖1的粘度計(jì)的管的示意圖。圖10包括與根據(jù)示例性實(shí)施例使用圖1的粘度計(jì)來確定牛頓液體的粘度的不同 階段相關(guān)的一系列曲線圖。圖11包括與根據(jù)示例性實(shí)施例使用圖1的粘度計(jì)來確定非牛頓液體對于不同剪 切速率的粘度的不同階段相關(guān)的一系列曲線圖。
具體實(shí)施例方式參考圖1，圖中表示了根據(jù)示例性實(shí)施例的粘度計(jì)1的側(cè)視圖。粘度計(jì)1設(shè)置成確 定液體的粘度。粘度計(jì)1可以包括移液管2和管10，該管10安裝在移液管2上。這里使用 的術(shù)語“安裝”包括結(jié)合、聯(lián)合、連接、相連、插入、懸掛、保持、粘附、附連、緊固、捆綁、粘貼、 固定、螺栓連接、螺釘連接、鉚接、釬焊、焊接、壓配合、模制和其它類似術(shù)語。管10可以可拆 卸地安裝在移液管2上，例如利用壓配合。移液管2可以包括馬達(dá)驅(qū)動的單槽道或多槽道 移液管。移液管2還可以是可手持的電子控制移液管。因此，移液管2可以為便攜式和小 尺寸。任何普通移液管可以進(jìn)行變化，以便形成粘度計(jì)1。移液管2可以包括頂部部分4和底部部分6，該底部部分6安裝在頂部部分4上。 底部部分6可以可拆卸地安裝在頂部部分4上，例如使用螺母結(jié)構(gòu)。底部部分6可以包括 端部件8，用于保持管10。例如，管10可以以可拆卸的方式滑動至端部件8上。頂部部分 4可以包括形成手柄的本體，該手柄由用戶保持。頂部部分4可以包括顯示器12、輸入裝置14、處理器16、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)18、促動 器19和電源20。顯示器12向移液管2的用戶顯示信息。輸入裝置14提供用于將信息輸 入移液管2內(nèi)的機(jī)構(gòu)。輸入裝置14可以包括利用各種輸入技術(shù)的一個或多個輸入機(jī)構(gòu)，這 些輸入技術(shù)包括但不局限于鍵盤、筆和觸摸屏、鼠標(biāo)、跟蹤球、觸摸屏、小鍵盤、指輪、按鈕 等，以便允許用戶將信息輸入移液管2內(nèi)，或者從顯示器12顯示的項(xiàng)中進(jìn)行選擇。
計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)18是用于信息的電子保存位置或存儲器，這樣，信息可以由處理 器16存取。移液管2可以有使用相同或不同存儲技術(shù)的一個或多個計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。存 儲技術(shù)包括但不局限于任意類型的隨機(jī)存取存儲器(RAM)、任意類型的只讀存儲器、任意類 型的閃存等。移液管2還可以有一個或多個驅(qū)動器，該驅(qū)動器支持計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的裝載， 例如光盤或數(shù)字視頻光盤。移液管2還可以有一個或多個通信界面，該通信界面能夠與外 部裝置通信，該外部裝置可以包括一個或多個計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。處理器16執(zhí)行指令，如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知。指令可以通過專用目的的計(jì)算機(jī)、 邏輯電路或硬件電路來執(zhí)行。因此，處理器16可以在硬件、固件、軟件或者這些方法的任意 組合中執(zhí)行。術(shù)語“執(zhí)行”是運(yùn)行應(yīng)用的處理或執(zhí)行由指令要求的操作。指令可以利用一 種或多種編程語言、腳本語言、匯編語言等來書寫。處理器16執(zhí)行指令，意思是它執(zhí)行由該 指令要求的操作。處理器16與顯示器12、輸入裝置14、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)18和任意通信界 面可操作地連接，以便接收、發(fā)送和處理信息。處理器16可以從永久性存儲器裝置中取回 一組指令(例如粘度計(jì)應(yīng)用)，并將這些指令以可執(zhí)行的形式拷貝至臨時存儲器裝置中，該 臨時存儲器裝置通常為某些形式的RAM。移液管2可以包括多個處理器，這些處理器使用相 同或不同的處理技術(shù)。粘度計(jì)應(yīng)用可以執(zhí)行與確定液體的粘度相關(guān)的操作。隨后介紹的一些或全部操作 和界面可以體現(xiàn)在粘度計(jì)應(yīng)用中。操作可以使用硬件、固件、軟件或者這些方法的任意組合 來實(shí)施。粘度計(jì)應(yīng)用可以利用一種或多種編程語言、匯編語言、腳本語言等來書寫。促動器19可以是馬達(dá)，它設(shè)置成在粘度計(jì)應(yīng)用和處理器16的控制下對控制桿的 運(yùn)動進(jìn)行控制。在示例性實(shí)施例中，促動器19可以使用各種機(jī)電裝置來實(shí)施，如本領(lǐng)域技 術(shù)人員已知。電源20可以包括電池，以便向移液管2的各個部件供電。底部部分6可以包括吸入腔室22，該吸入腔室22與端部件8的孔24連通?？?4 大致與移液管2的縱向軸線26平行或重合地延伸。孔24的第一端開口于吸入腔室22中， 第二端開口于外部環(huán)境或管10 (當(dāng)安裝在端部件8上時)。活塞30安裝成在吸入腔室22 內(nèi)沿平行于縱向軸線26的滑動方向32滑動。在已知方式中，例如使用促動器19來控制活 塞30沿滑動方向32的運(yùn)動，以便分配和吸入液體。在示例性實(shí)施例中，管10由玻璃或塑料形成，并可以在每次使用后丟棄。管10包 括槽道36，液體通過該槽道36來吸入和分配。在示例性實(shí)施例中，槽道36包括具有恒定 截面的至少一部分，例如圓柱形部分，當(dāng)安裝于移液管2上時，該部分大致與縱向軸線26垂 直。在圖1所示的示例中，槽道36在它的整個長度上為圓柱形，因此形成恒定截面的單個 部分，盡管并不需要這樣。例如，槽道36可以包括底端，該底端為圓錐形，并與圓柱形部分 連通。作為另一示例，槽道36可以包括多個圓柱形部分，這些圓柱形部分有不同直徑，并與 圓錐形部分連接，該圓錐形部分在不同直徑之間逐漸過渡，或者在不同直徑之間突然變化。粘度計(jì)1還可以包括測量裝置。例如，參考圖1，粘度計(jì)1可以包括相對壓力傳感 器38，該相對壓力傳感器38安裝在吸入腔室22內(nèi)部，因此在移液管2的死區(qū)容積(dead volume)內(nèi)。相對壓力傳感器38設(shè)置成提供吸入腔室22內(nèi)部的壓力P相對于移液管2外 部的大氣壓力P。的數(shù)據(jù)值。因此，相對壓力傳感器38可以設(shè)置成監(jiān)測作為時間函數(shù)AP(t) = P。_P(t)的壓力。粘度計(jì)1還可以包括絕對壓力傳感器40，該絕對壓力傳感器40例如安 裝在端部件8的外部，以便測量大氣壓力P。。在可選實(shí)施例中，粘度計(jì)1可以不包括相對壓力傳感器，這樣，p(t)被測量，并用于計(jì)算作為多個壓力測量值的函數(shù)的Δρα)。絕對壓力 傳感器40可以當(dāng)吸入腔室22與外部空氣連通時測量大氣壓力P。。當(dāng)使用時，相對壓力傳 感器38可以安裝在移液管2的其它位置或者靠近該移液管2。相對壓力傳感器38和絕對壓力傳感器40可以由移液管2的電源20來供電。相 對壓力傳感器38和絕對壓力傳感器40還可以連接成向用于由移液管2的處理器16存取 的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)18發(fā)送測量數(shù)據(jù)。在另一實(shí)施例中，測量裝置可以與在移液管2外部的 計(jì)算機(jī)和/或電源連接。另外，相對壓力傳感器38和絕對壓力傳感器40可以包含在頂部 部分4中，并利用合適的導(dǎo)管與底部部分6連接。粘度計(jì)1可以用于確定牛頓或非牛頓流體的粘度。參考圖2，移液管2定位成使得 管10的槽道36的底端37位于包含在容器41中的液體39的表面下面幾毫米處。使用移 液管2開始移液操作，使得通過在吸入腔室22中升高活塞30來進(jìn)行液體吸入，如箭頭42 所示。在該操作過程中，活塞30以恒定速度控制，這樣，液體39也以恒定速度進(jìn)入管10的 槽道36的圓柱形部分中。同時，相對壓力傳感器38測量函數(shù)值A(chǔ)P(t) =P。_P(t)，并將該測量值發(fā)送給用 于由移液管2的處理器16存取的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)18。例如，相對壓力傳感器38在液體吸 入管10的槽道36的圓柱形部分中的過程中在多個時間瞬時測量函數(shù)AP(t)的相對壓力 值。為了提高粘度的精確性，在活塞30的向上沖程過程中進(jìn)行很多次測量。由于管10的槽道36的圓柱形部分的圓柱形特性和活塞30的恒定速度，函數(shù) AP(t)是導(dǎo)引系數(shù)λ的線性時間函數(shù)，對應(yīng)于函數(shù)ΔΡα)的導(dǎo)數(shù)，因此對應(yīng)于ΔΡα)的 斜度。例如，如參考圖3所示，λ可以計(jì)算為λ = (Δ^-ΔΡ^Λ、-、)。通過使用由相對 壓力傳感器38在不同時間接收的多個相對壓力值，處理器16設(shè)置成通過本領(lǐng)域技術(shù)人員 已知的任何方法來確定導(dǎo)引系數(shù)λ的值。例如，處理器16可以執(zhí)行粘度計(jì)用途，它設(shè)置成 執(zhí)行與導(dǎo)引系數(shù)λ或?qū)б禂?shù)-λ的值的計(jì)算相關(guān)聯(lián)的操作。導(dǎo)引系數(shù)λ的確定值可以用于方程式(1)中，以便非常精確地確定液體39的粘 度ηη = (d2/32k2) ((P0/V0) qp- ((P0/V0) ( π d2/4) +Pg) k) (1)其中，k = (qp-V0 λ /P0) (4/ π d2)，qp是由活塞30掃過的容積，并等于活塞30的速 度與活塞30相對縱向軸線26的橫截面積的乘積，d是管10的槽道36的圓柱形部分的直 徑，P是液體39的密度，g是重力加速度，V0是移液管2在測量時間t = O時的死區(qū)容積， P0是大氣壓力。粘度計(jì)1可以適應(yīng)液體39的性質(zhì)。例如，管10可以從具有不同直徑的多個管中 選擇，和/或活塞30可以從具有不同直徑的多個活塞中選擇，和/或促動器19可以用于控 制活塞30的速度，以便以在不同階段恒定的不同速度來操作；和/或移液管2的死區(qū)容積 可以調(diào)節(jié)。通過增加槽道36的直徑，可以測試更高粘度的液體，反之亦然。移液管2的多 個可互換的底部部分可以用于選擇不同的活塞直徑?；钊?0直徑的增加將增大由活塞30 掃過的容積，從而導(dǎo)致液體39的剪切速率增加，因此用于測量更低粘度。而且，更大直徑的 活塞通常與具有較大通道直徑的管相關(guān)聯(lián)，以便保證它們將充滿和進(jìn)行粘性液體的更有效 清除。也可選擇，活塞直徑的選擇可以使用多級活塞來提供。通過增加活塞30的速度，液 體39的剪切速率增加，因此增加粘性力的值，因此可以測量具有較低粘度的液體。優(yōu)選地采用較低活塞速度，這樣，管10中的液體39的流動保持層狀，測量值并不包括由于湍流引 起的液壓降。為了支持這樣的適用性，底部部分6可以拆卸和更換，以便支承不同管尺寸和/或 形狀和/或包括不同直徑的活塞。也可選擇，參考圖4的示例性實(shí)施例，活塞30可以包括 多級活塞，例如在轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人的美國專利申請No. 11/619882中所述，該文獻(xiàn)整 個被本文參引。在圖4的示例性實(shí)施例中，活塞30包括多個不同直徑的部分，它們分別與 由一個或多個電動閥46連接在一起的吸入腔室匹配。最底側(cè)的吸入腔室22與端部件8連 通。用戶可以控制電動閥46，以便選擇所需的活塞直徑。為了獲得精確的λ值和因此獲得流體粘度，希望具有較小的死區(qū)容積，其中，死 區(qū)容積可以由管的槽道36的、在相對壓力傳感器38和吸入腔室22之間的流體連通裝置 的、端部件8的孔24的和延伸至環(huán)繞活塞30的密封環(huán)35的吸入腔室22的容積總和來確 定。在示例性實(shí)施例中，使用較小的死區(qū)容積，以便在確定粘度時提高精度，因?yàn)樗绤^(qū)容積 越低，吸入腔室22中的真空越大，因此函數(shù)AP(t)的斜率更陡峭，并更容易確定。在可以 由用戶改變的上述參數(shù)中，活塞30的直徑以及管10的槽道36的直徑對死區(qū)容積有直接影 響。不過，較小的死區(qū)容積可能導(dǎo)致吸入腔室22中有高壓力，相對壓力傳感器38可能 無法接受該高壓力。為了克服這一可能問題，可以使用圖5中所示的第一可選實(shí)施例。參 考圖5的示例性實(shí)施例，相對壓力傳感器38由第一傳感器38a和第二傳感器38b來代替。 第一傳感器38a和第二傳感器38b具有不同的靈敏度范圍，這樣，它們各自能夠確定不同壓 力范圍上的ΔΡα)的值。該不同壓力范圍可以重疊。第一傳感器38a和第二傳感器38b 連接在一起，這樣，當(dāng)由更高靈敏度范圍的第一傳感器38a測量的壓力達(dá)到閾值(該閾值預(yù) 先確定并可以接近第一傳感器38a的飽和壓力)時，具有最低靈敏度范圍的第二傳感器38b 自動執(zhí)行壓力測量。例如，可以使用電動閥50，該電動閥50首先通過導(dǎo)管52而與吸入腔 室22連通，并交替地與第一傳感器38a和第二傳感器38b中的每一個連通。因此，只要壓 力不超過前述閾值，具有比第二傳感器38b更高靈敏度范圍的第一傳感器38a保持操作，并 將測量值ΔΡα)發(fā)送給用于由移液管2的處理器16存取的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)18。在測量的 任意時刻t’處(壓力達(dá)到預(yù)定閾值)，電動閥50自動轉(zhuǎn)換成操作第二傳感器38b，該第二 傳感器38b的靈敏度范圍低于第一傳感器38a。如參考圖6所示，值A(chǔ)P(t)的曲線保持具有斜率λ的直線形式，甚至在測量過程 中進(jìn)行轉(zhuǎn)換也是如此。因此，用于確定斜率λ的值可以在轉(zhuǎn)換時間t'之前和/或之后來 獲取。也可選擇，可以提供較小的死區(qū)容積，以便獲得良好的測量精度，并可以在測量過 程中保持增大它的能力(當(dāng)吸入腔室22中有過大壓力時)。因此，圖7中所示的第二可選 實(shí)施例表示了相對壓力傳感器38通過具有不同直徑的第一導(dǎo)管56a和第二導(dǎo)管56b而與 吸入腔室22連接。例如，如圖7的示例性實(shí)施例中所示，第一導(dǎo)管56a具有比第二導(dǎo)管56b 更小的直徑。電動閥58與相對壓力傳感器38連接，并可選擇地與第一導(dǎo)管56a和第二導(dǎo) 管56b (它們與吸入腔室22連通)連接。默認(rèn)的是，在相對壓力傳感器38和吸入腔室22 之間的連通可以利用具有更小直徑導(dǎo)管的第一導(dǎo)管56a來進(jìn)行，以便形成較小死區(qū)容積， 并提供較高測量精度。當(dāng)在吸入腔室22中有過大壓力時，電動閥58自動轉(zhuǎn)換成改變在相對壓力傳感器38和吸入腔室22之間的連通，以便使用具有更大直徑的第二導(dǎo)管56b。在該 時刻t"，結(jié)果是在吸入腔室22中有壓力降，因此有不同斜率λ，如圖8的曲線圖中所示。 在瞬時時刻t"之后獲得的斜率λ由移液管2的處理器16選擇為用于確定值λ。再有， 可以通過使得測量壓力與相對壓力傳感器38的飽和壓力比較來實(shí)現(xiàn)連通。其它方法可以用于在測量過程中改變死區(qū)容積，例如改變活塞，利用如圖4中所 示的多級活塞等。如公式(1)中所示，粘度值取決于液體39的密度P，該密度P可以在最初儲存 在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)18中，和/或由用戶輸入。參考圖9，當(dāng)P為未知時，槽道36的管10 可以設(shè)置成包括圓柱形的水平部分36'。水平部分36'大致與活塞30的滑動方向32垂 直。利用該結(jié)構(gòu)，當(dāng)液體39越過恒定部分36'的水平部分時，壓力AP(t)只由流體的粘 度而產(chǎn)生，而對于流體靜壓不再敏感，該流體靜壓取決于流體的密度，如同例如液體在管10 的垂直底部部分中升高時的情況那樣。因此，信號AP(t)只考慮粘度分量。因此，為了利 用公式(1)來確定液體粘度，值P設(shè)置為零。作為另一示例，液體39的密度P可以在移液操作結(jié)束時當(dāng)槽道36包含高度h的 液柱時、當(dāng)活塞30不動時和當(dāng)壓力變化ΔΡ穩(wěn)定時通過測量吸入腔室22中的流體液壓而 利用下面的公式(2)來確定。P = ΔΡ/gh (2)對于牛頓流體，另一選擇取決于在不同的實(shí)驗(yàn)條件下執(zhí)行兩個測試，以便推導(dǎo)出 用于這兩個測試的每一個的值λ，并對于各自由公式(1)導(dǎo)出的兩個公式的系統(tǒng)進(jìn)行求 解，其中，要確定的兩個未知參數(shù)是η和P。假定液體39的牛頓特征的意思是不管試驗(yàn)條 件如何粘度都相同，則通過使得兩個公式相等而獲得解值。在這一點(diǎn)，通過改變槽道36的 圓柱形部分的直徑和/或活塞30的速度和/或活塞30的直徑和/或通過死區(qū)容積的任何 其它變化，試驗(yàn)條件可以在兩個測試之間改變。參考圖10，圖中表示的示例性實(shí)施例用于進(jìn)行單獨(dú)的試驗(yàn)，以便推導(dǎo)出值λ和對 于兩個未知參數(shù)η和P求解由公式(1)得出的兩個公式系統(tǒng)。在使得液體39保持在槽 道36中的兩個連續(xù)吸入沖程的每一個中的值ΔΡα)的測量利用第一向上沖程、向下沖程 和第二向上沖程(設(shè)計(jì)成用于吸入液體39)來進(jìn)行，它們都通過將液體39保持在槽道36 中進(jìn)行，但是例如通過在第二向上沖程過程中降低活塞30的速度。在圖10的示例性實(shí)施 例中，在第一時間窗口上的第一階段60與以給定活塞速度V1實(shí)施的活塞30的第一向上沖 程相關(guān)聯(lián)，它產(chǎn)生了升高的直線A1Pa),從而得出值X1，它自身通過方程式(1)而與粘度 n相關(guān)連。在第二時間窗口上的第二階段62中，活塞30的向下沖程導(dǎo)致分配位于槽道36 中的液體39。在示例性實(shí)施例中，在第二階段62中并不進(jìn)行測量。在第三時間窗口上的 第三階段64中，當(dāng)液體39保持少量存在于槽道36中時，以速度V2執(zhí)行活塞30的第二向 上沖程，速度V2例如通過相對于速度V1減小一半來執(zhí)行，這產(chǎn)生了直線A2P(t)，從而得出 值λ 2，它自身通過公式(1)而與粘度η相關(guān)連。使得兩個公式相等將確定粘度η和密度
P O圖10中所示的處理可以執(zhí)行任意次數(shù)。因此，當(dāng)沒有確定大氣壓力Ptl時，例如當(dāng) 并不使用絕對壓力傳感器40時，可以使用與第一和第二向上沖程不同條件的、活塞30的第 三向上沖程來求解由方程式(1)導(dǎo)出的三個公式系統(tǒng)，其中，要確定的三個未知參數(shù)是η、
9P 和 P0。更通常是，對于牛頓液體，除了粘度外，對于N次不同試驗(yàn)條件(嚴(yán)格大于1)的值 λ可以用于確定N' = N-I個還未知參數(shù)的各值。因此，例如確定粘度和N-I個其它未知 參數(shù)可以通過求解具有N個未知數(shù)的N個公式系統(tǒng)來進(jìn)行，各公式使用通過與施加的特殊 試驗(yàn)條件相關(guān)的數(shù)據(jù)而完成的公式(1)來建立。由于能夠在連續(xù)向上沖程階段進(jìn)行測量，因此可以確定非牛頓液體的流變圖，即 剪切值。參考圖11，所示的示例性方法表示了剪切速率在活塞30的每個新的向上沖程中通 過施加相應(yīng)的活塞速度而變化。對于所涉及的剪切速率，第一階段70與以給定活塞速度V1 執(zhí)行的活塞30的第一向上沖程相關(guān)聯(lián)，這產(chǎn)生了升高的直線A1PU),從而得出值X1，它自 身通過公式(1)而與粘度1相關(guān)連。在第二階段72中，活塞30的第一向下沖程導(dǎo)致分配 位于槽道36中的液體39。在示例性實(shí)施例中，在第二階段72中并不進(jìn)行測量。對于所涉 及的新的剪切速率，在第三階段74中，當(dāng)液體39保持少量存在于槽道36中時，以速度V2執(zhí) 行活塞30的第二向上沖程，速度V2例如相對于速度V1加倍，這產(chǎn)生了直線Δ 2P (t)，從而得 出值λ2，它自身通過公式(1)而與粘度η相關(guān)連。在第四階段76中，活塞30的第二向下 沖程導(dǎo)致分配位于槽道36中的液體39。對于所涉及的新的剪切塑料，在示例性實(shí)施例中， 在第四階段76中并不進(jìn)行測量。在第五階段78中，當(dāng)液體39保持少量存在于槽道36中 時，以速度V3執(zhí)行活塞30的第三向上沖程，速度V3例如相對于速度V2加倍，這產(chǎn)生了直線 A3P(t)，從而得出值λ 3，它自身通過公式(1)而與粘度η相關(guān)連。通過使液體39保持在 管10的槽道36中，可以用這樣的方式按需要繼續(xù)這種方法多次。根據(jù)另一可選實(shí)施例，液體39的流速可以在活塞30的給定吸入沖程中變化，在該 過程中，獲得函數(shù)Δρα)或函數(shù)p(t)的斜率的多個測量值，以便確定不同剪切速率的粘 度。液體39的速度(因此液體39的剪切速率)可以通過布置成使得液體39連續(xù)通過布 置在管10中的、不同直徑的槽道36的圓柱形分段部分而自動變化。非牛頓液體和牛頓液 體的粘度可以利用該方法來確定。非牛頓液體的粘度可以通過改變液體39在槽道36的圓柱形部分內(nèi)的流速而對于 不同剪切速率進(jìn)行計(jì)算。通過在各階段后充滿和然后完全排空管10，各個階段一個接一個 地進(jìn)行，其中，各階段向液體施加給定流速，它自身與給定剪切速率相對應(yīng)。用于改變液體 速度的參數(shù)包括活塞30的速度和/或管10的直徑和/或活塞30的直徑。這里使用的措辭“示例”的意思是用作示例、例證或圖示。這里介紹為“示例”的 任意方面或設(shè)計(jì)并不必須構(gòu)成為比其它方面或設(shè)計(jì)更優(yōu)選或有利。而且，在本說明書中，除 非另外特別說明，“一”的意思是“一個或多個”。本發(fā)明示例性實(shí)施例的前述說明是用于舉例說明的目的。它并不是窮舉或?qū)⒈景l(fā) 明限制為所述精確形式，根據(jù)上述教導(dǎo)或者根據(jù)本發(fā)明的實(shí)際需要可以進(jìn)行多種變化和改 變。實(shí)施例進(jìn)行了選擇和介紹，以便解釋本發(fā)明的原理和本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用，以便使得本領(lǐng) 域技術(shù)人員能夠以適合特殊應(yīng)用的各種實(shí)施例和各種變化形式來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。本發(fā)明的范 圍將由附加權(quán)利要求和它們的等同物來確定。
權(quán)利要求
一種用于確定流體的粘度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括吸入腔室；管，該管與吸入腔室連通并包括槽道，該槽道包括具有恒定直徑截面的圓柱形部分；活塞，該活塞安裝在吸入腔室中；促動器，該促動器設(shè)置成使得活塞在時間窗口中以恒定速度在吸入腔室中運(yùn)動，以便調(diào)節(jié)在槽道的圓柱形部分中的流體；傳感器，該傳感器設(shè)置成在時間窗口中多次測量壓力，以便限定多個壓力測量值；以及處理器，該處理器設(shè)置成接收所限定的多個壓力測量值，以便確定與接收的多個壓力測量值相關(guān)聯(lián)的斜率，并根據(jù)該確定的斜率來確定流體的粘度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中圓柱形部分大致與活塞的運(yùn)動方向垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中圓柱形部分大致與活塞的運(yùn)動方向平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所測量的壓力是相對壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所測量的壓力是絕對壓力，斜率是利用由多個絕 對壓力測量值計(jì)算的多個相對壓力測量值來確定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中粘度根據(jù)η= (d2/32k2) ((P0/V0) qp-( (P0/V0) (jid2/4) + Pg)k)來計(jì)算，其中，k= (qp-V0 λ/P0) (4/Jid2)，、是由活塞掃過的容積，d是圓 柱形部分的直徑，P是液體的密度，g是重力加速度，V0是管和吸入腔室的死區(qū)容積，P0是 大氣壓力，而λ是所確定的斜率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理器還設(shè)置成控制所述促動器的速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述活塞是多級活塞。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器包括設(shè)置成測量相對壓力的第一傳 感器和設(shè)置成測量絕對壓力的第二傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述第一傳感器安裝在吸入腔室上，以便測量 所述吸入腔室內(nèi)的壓力。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括端部件，該端部件包括孔，該孔提供吸入腔室 和槽道之間的連通。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述管可拆卸地安裝在所述端部件上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器包括第一傳感器，該第一傳感器設(shè) 置成以第一靈敏度范圍測量第一壓力；以及第二傳感器，該第二傳感器設(shè)置成以第二靈敏 度范圍測量第二壓力，第一靈敏度范圍低于第二靈敏度范圍。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括電動閥，該電動閥連接于吸入腔室、第一傳 感器和第二傳感器之間，其中，該電動閥設(shè)置成根據(jù)所測量的壓力、第一靈敏度范圍和第二 靈敏度范圍而將與吸入腔室的連接自動地從第一傳感器轉(zhuǎn)換至第二傳感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括電動閥，該電動閥通過第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管 而連接于所述吸入腔室和所述傳感器之間，其中，所述第一導(dǎo)管具有與所述第二導(dǎo)管不同 的直徑，所述電動閥設(shè)置成根據(jù)所測量的壓力而在第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管之間轉(zhuǎn)換。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述吸入腔室、活塞和促動器安裝在移液管中， 所述傳感器安裝在所述移液管的殼體上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述處理器還安裝在移液管中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述移液管為手持的。
19.一種確定流體的粘度的方法，該方法包括在第一時間窗口中以第一恒定速度沿第一方向促動安裝在吸入腔室中的活塞，以便將 流體吸入管的槽道的圓柱形部分中，其中，所述槽道與所述吸入腔室連通，所述圓柱形部分 具有恒定的直徑截面；在所述第一時間窗口中測量壓力第一多次，以便限定第一多個壓力測量值；確定與該限定的第一多個壓力測量值相關(guān)聯(lián)的第一斜率；沿與所述第一方向相反的第二方向促動所述活塞，以便從所述管分配一部分所吸入的 流體；在第二時間窗口中以第二恒定速度沿第一方向促動活塞，以便將流體吸入所述管的槽 道的圓柱形部分中；在第二時間窗口中測量壓力第二多次，以便限定第二多個壓力測量值；確定與該限定的第二多個壓力測量值相關(guān)聯(lián)的第二斜率；以及根據(jù)確定的第一斜率和確定的第二斜率來確定流體的粘度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一恒定速度小于所述第二恒定速度。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述粘度根據(jù)η= (d2/32k2) ((P0/V0) qp-((P0/ V0) ( π d2/4) + P g) k)來計(jì)算，其中，k = (qp-V0 λ /P0) (4/ π d2)，qp是由所述活塞掃過的容積， d是圓柱形部分的直徑，P是液體的密度，g是重力加速度，Vtl是管和吸入腔室的死區(qū)容積， P。是大氣壓力，λ是所確定的第一斜率。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述流體是牛頓流體，從包括由活塞掃過的容 積、圓柱形部分的直徑、液體的密度、重力加速度、管和吸入腔室的死區(qū)容積以及大氣壓力 的組中選定的參數(shù)為未知，利用確定的第一斜率和確定的第二斜率通過對η和未知參數(shù) 的公式 n = (d2/32k2) ((P0/V0) qp- ((P0/V0) ( π d2/4) + P g) k)進(jìn)行求解來計(jì)算粘度。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中粘度包括根據(jù)確定的第一斜率確定的第一粘 度以及根據(jù)確定的第二斜率確定的第二粘度。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述第一恒定速度大于所述第二恒定速度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于確定流體的粘度的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括吸入腔室、管、活塞、促動器、傳感器和處理器。管與吸入腔室連通，并包括槽道，該槽道包括具有恒定直徑截面的圓柱形部分?；钊惭b在吸入腔室中。促動器設(shè)置成使得活塞在時間窗口中以恒定速度在吸入腔室中運(yùn)動，以便調(diào)節(jié)圓柱形部分中的流體。傳感器設(shè)置成在時間窗口中多次測量壓力，以便限定多個壓力測量值。處理器設(shè)置成接收所限定的多個壓力測量值，以便確定與所接收的多個壓力測量值相關(guān)聯(lián)的斜率，并根據(jù)該確定斜率來確定流體的粘度。
文檔編號G01N11/04GK101971004SQ200980108800
公開日2011年2月9日 申請日期2009年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月21日
發(fā)明者F·米勒 申請人:吉爾松有限合伙公司