一种测量液体粘度的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种测量液体粘度的方法及系统。该方法包括：建立液体在微/纳通道中做毛细流动时流动长度与时间的实际关系模型；确定液体动力粘度与实际拟合斜率之间的关系模型：

Method and system for measuring viscosity of liquid

The present invention discloses a method and system for measuring liquid viscosity. The method includes: establishing the actual relationship model between the length and time of the liquid in the micro / nano channel, and determining the relationship model between the liquid dynamic viscosity and the actual fitting slope:

【技术实现步骤摘要】
一种测量液体粘度的方法及系统
本专利技术涉及液体测量领域，特别是涉及一种测量液体粘度的方法及系统。
技术介绍
粘度是表征液体性质的重要物理量之一，反映了液体抵抗变形的能力。粘度的准确测量对于石油化工、医学、国防等领域有着重要的意义。现有的粘度测量方法主要是毛细管法。由于毛细管法简单实用，因此目前基于毛细管法设计的测量装置的应用范围较广。毛细管法的原理是哈根-泊肃叶公式，通过外部压力驱动液体流过毛细管，测出毛细管两端的压差和液体的流量，并加以修正，就可以计算得到液体的粘度。目前基于毛细管法测量粘度的装置存在的主要问题有：压差、流量的精确测量较为困难，另外测量所需要的实验液体较多(测量装置中毛细管内径一般为mm量级，所需实验液体在几十毫升)，但有时所能提供的实验液体却非常有限(例如血液或者某些生理液体样品一般为几十微升)，如果此时仍然用毛细管法进行测量，则测量结果准确度很低，甚至可能无法实现液体粘度的测量，这些都给毛细管法测量技术的发展带来了挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种测量液体粘度的方法及系统，通过极少的液体实现液体粘度的测量，提高测量的准确性。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种测量液体粘度的方法，所述方法包括：建立液体流动长度与时间的实际关系模型：其中a和b为与通道深度有关的未知参数，Aexp为实际的拟合斜率，l(t)表示t时刻液体的流动距离，σ表示液体表面张力，θe表示液体与通道壁间的平衡接触角，η表示液体动力粘度，h表示通道高度；确定液体动力粘度与实际拟合斜率之间的关系模型：确定未知参数a和b的值，确定所述关系模型根据液体流动的实际的拟合斜率，确定所述液体的动力粘度。可选的，所述确定未知参数a和b的值，具体包括：利用N种已知液体对应进行N组实验，N为大于1的整数；根据公式获取N组实验中的每组实验的拟合斜率Aexp；根据公式获取N组实验中的每组实验的理论斜率ALW；获取N组实验中的每组实验的拟合斜率和对应理论斜率的比值，得到：其中Aexp(k)表示第k组实验得到的拟合斜率，k＝1，2，……N，ALW(k)表示第k组实验对应的理论斜率，σ(k)表示第k组实验中液体表面张力，θe(k)表示第k组实验中液体与通道壁间的平衡接触角，η(k)表示第k组实验中液体动力粘度的理论值；根据所述N组实验的已知液体的相关参数，获得每组实验已知液体对应的参数，其中所述相关参数包括液体表面张力σ(k)、液体与通道壁间的平衡接触角θe(k)、液体动力粘度的理论值η(k)；确定所述a和所述b的值。可选的，所述确定所述a和b的值之后，还包括：获得M组不同深度的通道对应的液体流动过程中流动长度与时间的关系模型中的未知参数a(i)和b(i)的值，其中M为大于1的整数，其中a(i)和b(i)为与通道深度h(i)有关的未知参数，通道深度h(i)为通道i的深度；确定通道深度h与未知参数a、b之间的关系函数h＝f(a,b)以及未知参数a和b之间的关系函数a＝g(b)。一种测量液体粘度的系统，所述系统包括：流动长度与时间的关系模型建立模块，用于建立液体流动长度与时间的实际关系模型：其中a和b为与通道深度有关的未知参数，Aexp为实际的拟合斜率，l(t)表示t时刻液体的流动距离，σ表示液体表面张力，θe表示液体与通道壁间的平衡接触角，η表示液体动力粘度，h表示通道高度；液体动力粘度与实际拟合斜率关系模型确定模块，用于确定液体动力粘度与实际拟合斜率之间的关系模型：未知参数确定模块，用于确定未知参数a和b的值，确定所述关系模型动力粘度确定模块，用于根据液体流动的实际的拟合斜率，确定所述液体的动力粘度。可选的，所述未知参数确定模块，具体包括：实验控制单元，用于利用N种已知液体对应进行N组实验，N为大于1的整数；拟合斜率获取模块，用于根据公式获取N组实验中的每组实验的拟合斜率Aexp；理论斜率获取单元，用于根据公式获取N组实验中的每组实验的理论斜率ALW；比值计算单元，用于计算N组实验中的每组实验的拟合斜率和对应理论斜率的比值，得到：其中Aexp(k)表示第k组实验得到的拟合斜率，k＝1，2，……N，ALW(k)表示第k组实验对应的理论斜率，σ(k)表示第k组实验中液体表面张力，θe(k)表示第k组实验中液体与通道壁间的平衡接触角，η(k)表示第k组实验中液体动力粘度的理论值；液体参数计算单元，用于根据所述N组实验的已知液体的相关参数，获得每组实验已知液体对应的参数，其中所述相关参数包括液体表面张力σ(k)、液体与通道壁间的平衡接触角θe(k)、液体动力粘度的理论值η(k)；未知参数确定单元，用于确定所述a和b的值。可选的，所述系统还包括：不同深度通道对应的未知参数确定模块，用于确定所述a和b的值之后，获得M组不同深度的通道对应的液体流动过程中流动长度与时间的关系模型中的未知参数a(i)和b(i)的值，其中M为大于1的整数，a(i)和b(i)为与通道深度h(i)有关的未知参数，通道深度h(i)为通道i的深度；关系函数确定模块，用于确定通道深度h与未知参数a、b之间的关系函数h＝f(a,b)以及未知参数a和b之间的关系函数a＝g(b)。一种测量液体粘度的装置，所述装置包括：电源、进样装置、微米/纳米通道、温控装置、控制器、数据采集装置；所述电源连接所述进样装置；所述进样装置的输出端与所述微米/纳米通道的入口连接，所述微米/纳米通道的出口直通大气；所述控制器的第一输出端连接所述进样装置的输入端；所述控制器的第二输出端连接所述温控装置的输入端；所述微米/纳米通道位于所述温控装置内部；所述数据采集装置用于采集液体的流动距离和时间；所述控制器的输入端连接所述数据采集装置，用于根据所述数据采集装置采集的液体距离和时间，利用液体的流动长度与时间的关系模型获得实际的拟合斜率Aexp，还用于结合液体流动长度与时间的理论关系式确定未知参数a和b的值，确定液体动力粘度与实际拟合斜率之间的关系模型根据液体流动的实际的拟合斜率，确定所述液体的动力粘度，其中l(t)表示t时刻液体的流动距离，σ表示液体表面张力，η表示液体动力粘度，h表示通道高度，θe表示液体与通道壁间的平衡接触角，a和b为与通道深度有关的未知参数。可选的，所述数据采集装置具体包括：E组光电组件、计时电路、第一数据处理装置；其中E为大于2的整数；每组光电组件包括一个光发射器和一个光接收器，所述E组光电组件的E个光发射器依次位于所述微米/纳米通道的下方，所述E组光电组件的E个光接收器依次位于所述微米/纳米通道的上方，与所述E个光发射器对应设置；所述E组光电组件的E个光接收器与所述计时电路相连；所述第一数据处理装置与所述计时电路的输出端连接，用于根据所述E组光电组件之间的距离和所述微米/纳米通道中液体到达每一组光电组件的时间，获得液体的E组流动距离和时间。可选的，所述数据采集装置具体包括：F个光源、F个光电传感器、第二数据处理装置；其中F为大于2的整数；所述F个光源与所述F个光电传感器一一对应；所述F个光电传感器依次位于所述微米/纳米通道的上方，所述F个光源依次位于所述微米/纳米通道的下方，与所述F个光电传感器相对设置；所述第二数据处理装置与所述F个光电传感器的输出端连接，用于根据所述F个光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量液体粘度的方法，其特征在于，所述方法包括：建立液体流动长度与时间的实际关系模型：

【技术特征摘要】
1.一种测量液体粘度的方法，其特征在于，所述方法包括：建立液体流动长度与时间的实际关系模型：其中a和b为与通道深度有关的未知参数，Aexp为实际的拟合斜率，l(t)表示t时刻液体的流动距离，σ表示液体表面张力，θe表示液体与通道壁间的平衡接触角，η表示液体动力粘度，h表示通道高度；确定液体动力粘度与实际拟合斜率之间的关系模型：确定未知参数a和b的值，确定所述关系模型根据液体流动的实际的拟合斜率，确定所述液体的动力粘度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定未知参数a和b的值，具体包括：利用N种已知液体对应进行N组实验，N为大于1的整数；根据公式获取N组实验中的每组实验的拟合斜率Aexp；根据公式获取N组实验中的每组实验的理论斜率ALW；获取N组实验中的每组实验的拟合斜率和对应理论斜率的比值，得到：其中Aexp(k)表示第k组实验得到的拟合斜率，k＝1，2，……N，ALW(k)表示第k组实验对应的理论斜率，σ(k)表示第k组实验中液体表面张力，θe(k)表示第k组实验中液体与通道壁间的平衡接触角，η(k)表示第k组实验中液体动力粘度的理论值；根据所述N组实验的已知液体的相关参数，获得每组实验已知液体对应的参数，其中所述相关参数包括液体表面张力σ(k)、液体与通道壁间的平衡接触角θe(k)、液体动力粘度的理论值η(k)；确定所述a和所述b的值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述a和b的值之后，还包括：获得M组不同深度的通道对应的液体流动过程中流动长度与时间的关系模型中的未知参数a(i)和b(i)的值，其中M为大于1的整数，a(i)和b(i)为与通道深度h(i)有关的未知参数，通道深度h(i)为通道i的深度；确定通道深度h与未知参数a、b之间的关系函数h＝f(a,b)以及未知参数a和b之间的关系函数a＝g(b)。4.一种测量液体粘度的系统，其特征在于，所述系统包括：流动长度与时间的关系模型建立模块，用于建立液体流动长度与时间的实际关系模型：其中a和b为与通道深度有关的未知参数，Aexp为实际的拟合斜率，l(t)表示t时刻液体的流动距离，σ表示液体表面张力，θe表示液体与通道壁间的平衡接触角，η表示液体动力粘度，h表示通道高度；液体动力粘度与实际拟合斜率关系模型确定模块，用于确定液体动力粘度与实际拟合斜率之间的关系模型：未知参数确定模块，用于确定未知参数a和b的值，确定所述关系模型动力粘度确定模块，用于根据液体流动的实际的拟合斜率，确定所述液体的动力粘度。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述未知参数确定模块，具体包括：实验控制单元，用于利用N种已知液体对应进行N组实验；拟合斜率获取模块，用于根据公式获取N组实验中的每组实验的拟合斜率Aexp；理论斜率获取单元，用于根据公式获取N组实验中的每组实验的理论斜率ALW；比值计算单元，用于计算N组实验中的每组实验的拟合斜率和对应理论斜率的比值，得到：其中Aexp(k)表示第k组实验得到的拟合斜率，k＝1，2，……N，ALW(k)表示第k组实验对应的理论斜率，σ(k)表示第k组实验中液体表面张力，θe(k)表示第k组实验中液体与通道壁间的平衡接触角，η(k)表示第k组实验中液体动力粘度的理论值；液体参数计算单元，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹炳阳，杨敏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11