压力式细管粘度计制造技术

本发明专利技术属于压力式细管粘度计。本发明专利技术采用非环路测试系统，用单腔的压力传感器作为传感元件，从而使其对流路的干扰小，同时在测试系统中接入一个换向阀在校准时可使两个传感器并联测同一测量点的压力，从而使测定和校准时间短、速度快。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于压力式细管粘度计。粘度测定在许多工业部门和科学研究中的重要性是人所共知的。用细管式粘度计测定粘度的基本原理可用泊松(poiseuile)粘度定律满意地描述。P＝ 8/(π) (L)/(r40) θη(1)式(1)中L和r分别为所用细管的长度和内半径，Q和η分别为所测液体的体积流速和粘度，P为流经该细管的压力降。在实际应用(1)测定粘度时，有时需要测定一种液体的粘度η本身，而只要求测定两种液体的粘度比，后者在高分子科学和工业中用的更为普遍。当然测定了两种液体各自的粘度后也可算出粘度比，反过来，知道了一种液体的粘度后也可从粘度比得到另一种液体的粘度。早期使用的细管粘度计多采用固定P而测定Q的办法从(1)计算出η，因为那时测定Q比测定P方便。例如直到今天在工业和实验室中仍广泛使用的乌氏(Ubblohole)和奥式(Ostwald)粘度计就是这类粘度计的代表。这类粘度计实际上是测定η，要得到粘度比就要分别测各自的粘度后换算。这类仪器的优点是造价低，操作也比较简单;缺点是测定时间长需严格控制温度，粘度计清洗不方便，不便于自动化测量。随着压力传感器和电子技术的进步，使测定压力降变得比测定流速更为方便，精度也可以提高，随之出现了各种以测定压力降为基础的粘度计设计。这类粘度计的共同特征是差压式传感器的两个压力腔借助三通分别与测量细管的两端连接成测量环路，在细管中有液体流过时，差压传感就测出流经该管的差压。最简单的设计仅有一个这样的环路。由恒流泵驱动液体流经环路时差压传感器测出压力降用(1)式计算出粘度。优点是测定速度快，粘度计清洗方便，自动化容易，缺点是要严格控温，传感器输出讯号受泵压和流速的影响很大，测量精度不高。为克服单环式测量的缺点出现了多环路设计，可以1984年Haney专利技术的桥式差压粘度计为例。它的基本结构是一个由四条等阻力的细管构成一个类似惠斯登电桥的桥式结构，在管路的入口和出口端连结压差传感器的两压力腔，用以测量流经桥的总压差(这非常像惠斯登电桥的总电压)，在另两对角上连接另一个差压传感器的两压力腔，用来测量两对角的差压(类似惠斯登电桥的检流计)，在这两个对角的一个角上，连接样品引入器，用以改变一个管中液体的种类。这就形成了多个环路结构，它是一种直接测定粘度比为基础的设计，不需要严格控温，也可在很大程度上消除泵压波动对测量精度的影响。是一种高精度快速测量粘度比的仪器，而且也清洗方便，容易自动化。缺点是两个管要等阻力匹配、两个差压传感器的量程相差很大，要用不同的标准压力计分别校准后才能代入Haney给出的公式计算粘度比。这就给制造、校准、使用都带来些不方便。而且不能完全消除泵压波动的影响。1986年由Abbott等人专利技术的环路式粘度计，保留了haney专利技术的粘度计的全部优点，克服了桥路的阻力需要匹配，两个差压传感器量程相差很大，需要单独校准的困难。Abbott粘度计的实质是把两个独立的测量环路串联在一起构成测量系统。两个独立环路的输出讯号同时输入到一个示差对数放大器使两讯号相关联从而消除了泵压波动的影响。采用在两个独立环路中流经同一种液体并达到对数放大器输出稳定后调整一个差压传感器(或两个差压传感器)的放大倍数使对数放大器输出为零的方法对测量系统进行校准，这要比对两个差压传感器分别进行压力对输出讯号的校准方便很多。本专利技术的粘度计的目的是采用一种非环路测试系统，用两只压力传感器，在两个压力传感器之间接入一个换向阀，使其在校准时可使两个传感器并联到同一个测量点的压力，从而使测定和校准时间短，速度快。本专利技术的粘度计每个压力传感器有一个压力腔与细管的进液端相连接，传感器和细管并不构成环路，两个传感器的输出讯号也不独立而是相关的，为确定这一相关性，在两个压力传感器之间接入一个测量换向阀。在校准时可使两个传感器并联测同一个测量点的压力，这时两个传感器输出讯号的比就是这一相关性的量度，这种讯号比是在除法器上输出的，因而也像Abbott的粘度计一样能消除泵压波动的影响。本专利技术的粘度计结构如附图说明图1所示，图1中12是驱动液贮槽，11是驱动液加压泵，10是脉冲缓冲器兼温度平衡器，它的作用是使从泵来的驱动液的脉冲减小并使温度与样品液的温度达到平衡。测量系统由进样器3、细管2和1，体积延迟管O组成的液体流路和由压力传感器4和5、放大器8和9及除法器(或对数放大器)7组成的讯号转换器所构成。进样器的作用是把被测液引入流路而不改变流路的流速。O的作用是使样品暂存并不改变流速地把原存的驱动液顶入1。4的作用是测定流经2和1的总压力，5是测定流经1的压力;8和9对4和5的讯号分别进行放大(或转换)以适应7对讯号的要求，由7输出的讯号与两种液体粘度比成直线关系，原理如下P＝ 8/(π) (L2)/(r42) Qη1+ 8/(π) (L1)/(r41) Qη(2)P5＝ 8/(π) (L1)/(r14) Qη2(3)(2)和(3)式中P4和P1分别为压力传感器4和5上的压力降、L2和L1分别为细管2和1的长度，r2和r1分别为2和1的内半径，Q为流经管路的流速，η2和η1分别为流经2和1的液体的粘度。传感器的电讯号与压力成正比，即V4＝K4P4(4)V5＝K5P5(5)这里V4和V5分别为传感器4和5在压力分别为P4和P5时的电讯号，K4和K5是传感器4和5的压力系数，为适应除法器的输入要求，一般需要把V4和V5进行放大(或转换)设放大(或转换)值分别为G4和G5，则有V4=G4V4=G4K4( 8/(π) (L2)/(r14) Qη2+ 8/(π) (L1)/(r41) Qη1)(6)V5=G5V5=G5K58/(π) (L2)/(r14) Qη2(7)(6)除以(7)得V4/V5= (G4K4)/(G5K5) ( (L2)/(L1) (r14)/(r24) (η2)/(η1) +1)(8)在(8)中含有两个常数即G4K4/G5K5和 (L2)/(L1) (r14)/(r24) 可分别叫做仪器的电器常数和管路常数。如何方便地确定这两个常数就是关键。在本专利技术的粘度计中这一问题是通过一个换向阀6解决的。在传感器4和5之间接入这一换向阀，在通常测定条件下换向阀的切换位置如图所示，4只与2的入口处相连。在校准时，该阀切换到与1的进口处相连，并且与5并联，这时除法器的输出讯号的就是电器常数，因为这时仅有一条细管，在(8)中L2＝L1，r2＝r1，η2＝η1，所以括号中的值等于2。这一校准电器常数的方法是很快也很方便的，因为它与温度是否平衡，液体是否有组成的变化，压力是否稳定都无关，与管路的几何常数和性质也都无关，所以速度很快，只是切换阀所需的时间。记下这一电器常数且记为K，然后把6切换到正常位置，使2和1中流动的为同一液体时，从除法器输出的值被K除减1就是管路常数，且记为C。这样通过切换阀6，就可在一次泵驱动液达到校正两个常数的目的，迅速而方便。如果2和1是等阻力的校准就更方便而快速了。在完成校准过程中不影响管路中液体的流动。这样公式(8)可写为(9)。V4/V5=K(C η2/η1+1) (9)在(9)的导出过程中唯一的假定是管O中的压力降是可以忽略不计的，现加以验证。为保证在管2和1中测定时液体不相混而又有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力式细管粘度计，是由溶剂输送、样品引入及测量管路和电器系统组成的测量体系，本专利技术的特征在于，测量系统的管路采用非环路测试体系。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张兆漠，杨国钧，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：22[中国|吉林]