一种微流控油液运动黏度检测方法技术

本发明专利技术属于船舶油液检测技术，涉及利用微流控两相层流技术实现船舶油液运动黏度的快速检测，具体涉及一种微流控油液运动黏度检测方法。通过制备Y型微流控芯片，选择无色无味的100#工业白油作为参比液，在Y型微流道的入口流道内以相同入口流速分别注入待测油液与参比液，然后在两相稳定界面采集图像，采集后的图像处理采用最大类间方差法(OTSU)，通过方差的计算来寻找一个合适的灰度级别来划分参比液与待测油液两个的图像区域，计算运动黏度。本发明专利技术利用微流控两相层流技术进行油液运动黏度的快速检测，可以实现滑油黏度的在线检测，相比传统油液黏度检测技术，具有快速，便携和精度高等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种微流控油液运动黏度检测方法
本专利技术属于船舶油液检测技术，涉及利用微流控两相层流技术实现船舶油液运动黏度的快速检测，具体涉及一种微流控油液运动黏度检测方法。
技术介绍
传统的油液运动黏度检测需要在实验室中进行，时效性极差，同时实验仪器不便携带，实验过程缓慢。现有的在线式黏度计，其原理是利用液体黏度不同对感应端的拖拉力度不同，通过计算损失能量来达到计算黏度的目的，然而这种黏度计的感应端在振动时，由于摩擦会使得局部液体温度发生变化，温度变化势必会引起黏度的变化，从而使得所测黏度的准确度大大降低。微流控是一种精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构的技术。微流控在在DNA芯片，芯片实验室，微进样技术，微热力学技术得到了发展。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种利用微流控两相层流技术进行油液运动黏度的快速检测的方法，可以实现滑油黏度的在线检测，相比传统油液黏度检测技术，具有快速，便携和精度高等特点。为了实现上述目的，本专利技术的技术发案如下:一种微流控油液运动黏度检测方法，包括以下几个步骤：(1)制备Y型微流控芯片利用AutoCad设计微流控芯片尺寸，打印掩模后利用光刻技术制作硅板基体，以体积比为10:1的比例将聚二甲基硅氧烷(PDMS)单体和催化剂混合，并真空除气后浇铸到硅板基体上，在真空烘箱中加热固化后，去胶打孔后邦定于ITO导电玻璃片上；所述的催化剂为带乙烯基侧链的预聚物及交联剂，ITO导电玻璃片连接外部电源；在ITO玻璃片下固定热电偶传感器，测量芯片温度；(2)参比液选定及检测处理选择无色无味的100#工业白油作为参比液，参比液及待测油液加热至40℃，在Y型微流道的入口流道内，以相同的入口流速分别注入待测油液与参比液；(3)微流控现象的图像采集及处理两相稳定界面的位置与混合流道起点的距离受两相黏度比影响，黏度比越大，达到两相稳定界面的部位离混合流道的起点越远，在混合流道内选取两相稳定界面作为检测图像采集区域，用显微镜采集图像；采集后的图像处理采用最大类间方差法(OTSU)，通过方差的计算来寻找一个合适的灰度级别来划分参比液与待测油液两个的图像区域；(4)运动黏度的计算由OTSU算法可直接得到参比液和待测油液两相流体在流道内所占的面积比，面积比近似等于两相流体的黏度比。进一步地，所述的制备Y型微流控芯片，Y型微流道的入口流道尺寸为100×100μm，混合流道尺寸为100×200μm。进一步地，所述的参比液选定及检测处理，在入口流道的PDMS层插入T型热电偶，实时对Y型微流道内的流体进行温度测定。进一步地，所述的参比液选定及检测处理，在Y型微流道的入口流道内在Y型微流道的入口流道内，以相同的入口流速分别注入待测油液与参比液，所述的入口流速控制在5μL/min～10μL/min。进一步地，所述的参比液选定及检测处理，在Y型微流道的入口流道内，以相同的入口流速分别注入待测油液与参比液，选用微量注射泵保证流体均匀稳定的注入到微流道中。进一步地，所述的参比液选定及检测处理，微量注射泵的输液导管全程置于40℃恒温水浴中，同时利用ITO导电玻璃片，实现对微流控芯片控温作用，保证温度恒定40℃。进一步地，所述的微流控现象的图像采集及处理，在混合流道内选取两相稳定界面作为检测图像采集区域，选取距离混合流道起点3cm作为采集区域，采集区域长为600μm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术利用微流控技术，选用100#工业级白油作为参比液，在Y型微流控芯片的微流道内，以相同的入口流速分别注入船舶柴油机系统油与参比液，在微尺度下实现滑油运动黏度的在线检测，相比传统油液黏度检测技术，具有快速，便携和精度高等特点，微流控芯片造价低廉，检测过程快速，检测过程可以控制待测液温度恒定，不会因为摩擦使待测液的温度升高，大大提高了检测精度。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1中Y型微流控芯片结构示意图；图2是本专利技术实施例1中不同入口流量和黏度比时所得的实验图像：图2(a)是5μL/min入口流量实验图像；图2(b)10μL/min入口流量实验图像：图2(c)20μL/min入口流量实验图像；图3是把本专利技术实施例1中最大类间方差法(OTSU)图像数据处理过程；图4是本专利技术实施例1中的所测黏度准确率验证曲线；图中：1、Y型微流道，2、入口流道，3、混合流道尺，4、微量注射泵，5、微量注射泵的输液导管，6、显微镜，7、PDMS层，8、ITO导电玻璃片。具体实施方式下面结合实例对本专利技术的技术方案作进一步具体说明。实施例1一种微流控油液运动黏度检测方法，检测船舶油液黏度，包括以下几个步骤：(1)制备Y型微流控芯片如图1所示，利用AutoCad设计微流控芯片尺寸，Y型微流道1的入口流道2的尺寸为100×100μm，混合流道3的尺寸为100×200μm；打印掩模后利用光刻技术制作硅板基体，以体积比为10:1的比例将聚二甲基硅氧烷(PDMS)单体和催化剂混合，并真空除气后浇铸到硅板基体上，在真空烘箱中加热固化后形成PDMS层7，去胶打孔后邦定于ITO导电玻璃片8上；所述的催化剂为带乙烯基侧链的预聚物及交联剂，ITO导电玻璃片8连接外部电源；在ITO玻璃片8下固定热电偶传感器，测量芯片温度；(2)参比液选定及检测处理选择无色无味的100#工业白油作为参比液，参比液及待测油液加热至40℃，在Y型微流道1的入口流道2内，选用微量注射泵4以相同的入口流速均匀稳定的分别注入待测油液与参比液。对油液黏度来说，温度的控制尤为重要，为保证检测过程中油液温度恒定，微量注射泵4的输液导管全程置于40℃恒温水浴中，在入口流道2的PDMS层7中也插入T型热电偶，实时对Y型微流道内的流体进行温度测定，ITO导电玻璃片8下固定热电偶传感器，且ITO导电玻璃片8连接外接电源，当温度低于40℃时，ITO导电玻璃片开始加热，温度达到40℃时停止加热，从而保证检测过程中Y型微流道1内即检测区域内，流体温度保持40℃恒定。如图2所示，本实施例中在Y型微流道1的入口流道2内，分别以5μL/min、10μL/min、20μL/min的入口流速分别注入待测油液与参比液，图2(a)5μL/min的入口流速和图2(b)10μL/min的入口流速能够形成两相稳定界面，两相流体能在微流道内保持稳定层流；图2(c)20μL/min的入口流速不能形成两相稳定界面，所以注入待测油液与参比液的入口流速应控制在5μL/min～10μL/min。(3)微流控现象的图像采集及处理两相稳定界面的位置与混合流道起点的距离受两相黏度比影响，黏度比越大，达到两相稳定界面的部位离混合流道的起点越远，在混合流道内选取两相稳定界面作为检测图像采集区域，用显微镜6采集图像，选取距离混合流道起点3cm作为采集区域，采集区域长为600μm。采集后的图像处理采用最大类间方差法(OTSU)，通过方差的计算来寻找一个合适的灰度级别来划分参比液与待测油本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流控油液运动黏度检测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：(1)制备Y型微流控芯片利用AutoCad设计微流控芯片尺寸，打印掩模后利用光刻技术制作硅板基体，以体积比为10:1的比例将聚PDMS单体和催化剂混合，并真空除气后浇铸到硅板基体上，在真空烘箱中加热固化后，去胶打孔后邦定于ITO导电玻璃片上；所述的催化剂为带乙烯基侧链的预聚物及交联剂，ITO导电玻璃片连接外部电源；在ITO导电玻璃片下固定热电偶传感器，测量芯片温度。(2)参比液选定及检测处理选择无色无味的100#工业白油作为参比液，参比液及待测油液加热至40℃，在Y型微流道的入口流道内，以相同的入口流速分别注入待测油液与参比液；(3)微流控现象的图像采集及处理两相稳定界面的位置与混合流道起点的距离受两相黏度比影响，黏度比越大，达到两相稳定界面的部位离混合流道的起点越远，在混合流道内选取两相稳定界面作为检测图像采集区域，用显微镜采集图像；采集后的图像处理采用最大类间方差法(OTSU)，通过方差的计算来寻找一个合适的灰度级别来划分参比液与待测油液两个的图像区域；(4)运动黏度的计算由OTSU算法可直接得到参比液和待测油液两相流体在流道内所占的面积比，面积比近似等于两相流体的黏度比。...

【技术特征摘要】
1.一种微流控油液运动黏度检测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：(1)制备Y型微流控芯片利用AutoCad设计微流控芯片尺寸，打印掩模后利用光刻技术制作硅板基体，以体积比为10:1的比例将聚PDMS单体和催化剂混合，并真空除气后浇铸到硅板基体上，在真空烘箱中加热固化后，去胶打孔后邦定于ITO导电玻璃片上；所述的催化剂为带乙烯基侧链的预聚物及交联剂，ITO导电玻璃片连接外部电源；在ITO导电玻璃片下固定热电偶传感器，测量芯片温度。(2)参比液选定及检测处理选择无色无味的100#工业白油作为参比液，参比液及待测油液加热至40℃，在Y型微流道的入口流道内，以相同的入口流速分别注入待测油液与参比液；(3)微流控现象的图像采集及处理两相稳定界面的位置与混合流道起点的距离受两相黏度比影响，黏度比越大，达到两相稳定界面的部位离混合流道的起点越远，在混合流道内选取两相稳定界面作为检测图像采集区域，用显微镜采集图像；采集后的图像处理采用最大类间方差法(OTSU)，通过方差的计算来寻找一个合适的灰度级别来划分参比液与待测油液两个的图像区域；(4)运动黏度的计算由OTSU算法可直接得到参比液和待测油液两相流体在流道内所占的面积比，面积比近似等于两相流体的黏度比。2.根据权利要求1所述的一种微流控油液运动黏度检测方法，其特征在于，所述的制备Y型微流控芯片，Y型微...

【专利技术属性】
技术研发人员：常青，张少君，王明雨，潘新祥，李晓，贾风光，赵恩蕊，孟雄飞，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：山东,37