一种测量超低液体流速的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量超低液体流速的装置，包括储液槽和流通池，所述储液槽和流通池通过管道连成液体流通回路；所述的储液槽中放置有温度传感器、参比电极和pH玻璃电极；所述的流通池中放置有氧化钨电极；所述的氧化钨电极和参比电极之间设有开路电压E1检测单元；所述的参比电极和pH玻璃电极之间设有开路电压E2检测单元；所述的装置还包括处理器，用于根据E1、E2和温度传感器测量的温度值T，计算出液体的超低流速。本发明专利技术还公开了采用上述装置的测量超低液体流速方法。本发明专利技术结构简单、成本低且节能，测量超低液体流速的方法既能应用在小型芯片上，也能应用于各种形状的管道中甚至在明渠中使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液体流速测量领域，尤其涉及一种测量超低液体流速的装置及方法。
技术介绍
流速是反映流动液体的一个重要参量，流速测量在工农业生产、国防建设、贸易和人民生活等各方面都有着重要的作用。目前有许多测量流速的方法，主要采用的仪器包括电磁流量计，超声流量计，热学流量计，压差流量计，涡轮流量计和涡街流量计。由于缺乏足够的灵敏度和长期稳定性，这些流量计都不能测量足够低的流速。而在许多半导体工业和化学分析中，这些液体的流速都很小，目前有采用光热效应和光学微天平来实现小型低流速的测量，但只能测量的最小的流速为3mm/s。虽然通过跟踪散入在流体中颗粒的方法可以测量极小的流速，但散入到流体中的颗粒可能会对化学反应造成影响，同时也会污染溶液。另外，申请号为201310001989.3的专利技术专利提供了一种流体流速测量装置及方法。它包括电压信号源、超声干涉源、超声接收器、放大器、电压测量装置，电压信号源、超声干涉源相连，超声接收器、放大器、电压测量装置顺次相连，超声干涉源和超声接收器分别置于被测流体两侧，被测流体流速垂直于干涉源与接收器的连线方向。利用超声波干涉源在接收器位置形成干涉强度，当流体在干涉源和接收器间流动时，测量接收器测得的电压，代入计算或标准流场标定所确定的标准曲线，计算得到流体流动速度，该专利的装置结构复杂，数据处理繁琐。因此，目前这些测量低流速的方法具有复杂的结构并且需要繁琐的数r>据处理方法，同时在明渠中低流速的测量仍较难实现。所以目前非常需要开发一种能够可靠的、简单的、低成本的测量超低液体流速的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提供一种结构简单的、低成本的、节能的测量超低液体流速的装置及方法，而且这种测量超低液体流速的方法既能应用在小型芯片上，也能应用于各种形状的管道中甚至在明渠中使用。为解决以上问题，本专利技术采用的具体技术方案如下：一种测量超低液体流速的装置，包括储液槽和流通池，所述储液槽和流通池通过管道连成液体流通回路；所述的储液槽中放置有温度传感器、参比电极和pH玻璃电极；所述的流通池中放置有氧化钨电极；所述的氧化钨电极和参比电极之间设有开路电压E1检测单元；所述的参比电极和pH玻璃电极之间设有开路电压E2检测单元；所述的装置还包括处理器，用于根据E1、E2和温度传感器测量的温度值T，计算出液体的超低流速。本专利技术的装置中，氧化钨电极用于传感超低液体流速，参比电极可提供溶液中稳定电极电位，pH玻璃电极用于传感液体的pH值，温度传感器用来测量溶液温度，另外还设有获取温度传感器信息的温度转换采集电路。其中，所述的开路电压E1检测单元和/或开路电压E2检测单元为依次连接的电压跟随器、电压信号放大滤波电路和A/D转换器。开路电压E1检测单元和开路电压E2检测单元用于获取氧化钨电极和pH玻璃电极与参比电极之间开路电压。所述的氧化钨电极或pH玻璃电极接入一个高阻运算放大器的正端，参比电极接地，构成所述的电压跟随器，电压跟随器可以提取出氧化钨电极或pH玻璃电极与参比电极之间的开路电压。同时，所述的管道上设有控制液体流速的泵阀，通过泵阀形成超低的液体流速，用于后续的流速标定。在本专利技术中，所述的氧化钨电极由纯度大于99.99％的纯钨电极电氧化而成，其表面由紧密的WO3内层和松弛的WO3.xH2O外层组成。其表面由紧密的WO3内层和松弛的WO3.xH2O外层组成。表面液体流速变大时，松弛的WO3.xH2O外层被削薄，从而改变了氧化钨电极的电位。基于上述的装置，测量超低液体流速的方法包括以下步骤：1)参比电极接入电路中的模拟地，氧化钨电极接入高阻运算放大器的正端，构成电压跟随器，经过后端信号放大、滤波后接入A/D转换器，测量出氧化钨电极与参比电极之间的开路电压E1；2)参比电极接入电路中的模拟地，pH玻璃电极接入高阻运算放大器的正端，构成电压跟随器，经过后端信号放大、滤波后接入A/D转换器，测量出pH玻璃电极与参比电极之间的开路电压E2，根据能斯特方程从而得到溶液的pH值。3)温度传感器接入温度转换采集电路，从而测量得到温度值T；4)在25摄氏度下，分别在pH4、pH6.86和pH9.18的溶液中，使用泵阀改变通过流通池的流速值，测量得到在不同流速下的E1值；通过在三种溶液中静止状态下的E1值，得出pH对E1值的影响；而后在20摄氏度和30摄氏度下重复进行上述步骤，得出T对E1值的影响。从而可以得到E1与液体流速，溶液pH值和T之间的关系，而开路电压E2又能得出溶液的pH值，从而处理器根据E1，E2和T，计算出液体的超低流速。氧化钨电极在溶液中的电极电位根据溶液流速、pH、温度的变化而变化，pH玻璃电极的电极电位随pH变化而变化，用于测量溶液pH值，温度传感器用于测量溶液温度值，得到的溶液pH值和温度值用于补偿pH值和温度值对氧化钨电极电位的影响。所述氧化钨电极的制备步骤如下：将纯度大于99.99％的纯钨电极置于0.1M的硫酸溶液中，将纯钨电极作为工作电极，铂电极作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，使用电化学工作站扫描1V到2V的电压20次，使扫描速率一直维持在20mV/s，然后在0.1M的硫酸溶液中放置12个小时，最后用去离子水清洗，放入pH6.86的磷酸盐缓冲液中，由此纯钨电极表面被电氧化成氧化钨电极。本专利技术的优点在于：能够测量超低的液体流速，最低可测量的流速达到0.4mm/s，同时这种测量超低液体流速的方法既能应用在小型芯片上，也能应用于各种形状的管道中甚至在明渠中使用。小型化和便携化的设备都可以基于这种方法进行开发，同时不需要任何的信号发生装置，而且也避免了复杂的信号处理，很容易开发低功耗及电池供电的产品。纯钨电极是一种便宜的金属，而且制作氧化钨的过程也很简单，同时这种流速测量方法对仪器没有过高要求，很容易开发低成本的产品。附图说明图1为本专利技术的标定装置结构。图2A为氧化钨电极与参比电极之间开路电压在pH6.86溶液中对液体流速的响应。图2B为氧化钨电极与参比电极之间开路电压在pH4溶液中对液体流速的响应。图2C为氧化钨电极与参比电极之间开路电压在pH9.18溶液中对液体流速的响应。图3为本专利技术的流量标定图。具体实施方式本专利技术提供了一种用于测量超低液体流速的方法。该方法适合于以简...

【技术保护点】
一种测量超低液体流速的装置，其特征在于，包括储液槽和流通池，所述储液槽和流通池通过管道连成液体流通回路；所述的储液槽中放置有温度传感器、参比电极和pH玻璃电极；所述的流通池中放置有氧化钨电极；所述的氧化钨电极和参比电极之间设有开路电压E1检测单元；所述的参比电极和pH玻璃电极之间设有开路电压E2检测单元；所述的装置还包括处理器，用于根据E1、E2和温度传感器测量的温度值T，计算出液体的超低流速。

【技术特征摘要】
1.一种测量超低液体流速的装置，其特征在于，包括储液槽和流通
池，所述储液槽和流通池通过管道连成液体流通回路；
所述的储液槽中放置有温度传感器、参比电极和pH玻璃电极；
所述的流通池中放置有氧化钨电极；
所述的氧化钨电极和参比电极之间设有开路电压E1检测单元；
所述的参比电极和pH玻璃电极之间设有开路电压E2检测单元；
所述的装置还包括处理器，用于根据E1、E2和温度传感器测量的温度
值T，计算出液体的超低流速。
2.如权利要求1所述的测量超低液体流速的装置，其特征在于，所
述的开路电压E1检测单元和/或开路电压E2检测单元为依次连接的电压跟
随器、电压信号放大滤波电路和A/D转换器。
3.如权利要求2所述的测量超低液体流速的装置，其特征在于，所
述的氧化钨电极或pH玻璃电极接入一个高阻运算放大器的正端，构成所
述的电压跟随器。
4.如权利要求1所述的测量超低液体流速的装置，其特征在于，所
述的管道上设有控制液体流速的泵阀。
5.如权利要求1所述的测量超低液体流速的装置，其特征在于，所
述的氧化钨电极由纯度大于99.99％的纯钨电极电氧化而成，其表面由紧
密的WO3内层和松弛的WO3.xH2O外层组成。

【专利技术属性】
技术研发人员：文一章，王晓萍，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33