[發(fā)明專利]便攜式粘度計(jì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201180031161.1
• 申請日: 2011-04-26
• 公開（公告）號: CN103080724A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·貝克
• 申請（專利權(quán)）人: 電流感應(yīng)器公司
• 主分類號: G01N11/08
• 分類號: G01N11/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周春梅;楊炯

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明落入利用流通過（flow-through）型粘度傳感器來測量液體粘度的粘度計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

粘度是液體流阻的量度，并且粘度值取決于用于非牛頓液體的變形率，如在R.B.?Bird,?R.C.?Armstrong和O.?Hassager創(chuàng)作的Dynamics?of?Polymeric?Liquids,?Vol.?1,?1987中描述的。變形率由以（時(shí)間）^-1為單位的剪切率給出。在已知剪切率下測得的粘度是“真實(shí)”粘度。真實(shí)粘度對剪切率的依賴性是粘度曲線，該粘度曲線表征材料并且是考慮有效加工的重要因素。然而，在許多情況下，粘度在不明確的測試狀況下被測量，使得剪切率不可能是已知或計(jì)算得到的。在不明確的狀況下，測量粘度值僅是“表觀”的。由于在已知剪切率下測量真實(shí)粘度，因此真實(shí)粘度是通用的，而表觀粘度不是通用的。相反，表觀粘度取決于測量系統(tǒng)。例如，作為公知常識，浸沒在測試液體池中的心軸的扭矩在以恒定速度旋轉(zhuǎn)時(shí)該心軸的扭矩被測量。在該情況下，扭矩值僅產(chǎn)生表觀粘度，這是因?yàn)闇y試狀況不明確并且剪切率是未知的。至多，表觀粘度可以被測量為心軸的旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)。僅在用于測試液體的“本構(gòu)方程”已知的情況下，心軸的旋轉(zhuǎn)速度事實(shí)上可以與剪切率相關(guān)。然而，“本構(gòu)方程”對于幾乎所有非牛頓液體是未知的。因此，對于大多數(shù)非牛頓液體來說，不可能在不明確的測試狀況下測量真實(shí)粘度。

僅給出表觀粘度的粘度測量方法已經(jīng)被研究并用于制造和材料表征的質(zhì)量控制。各種在線粘度計(jì)被設(shè)計(jì)用于實(shí)時(shí)粘度測量。美國專利5,317,908（Fitzgerald等人）和4,878,378（Harada）與用于處理控制的測量表觀粘度的系統(tǒng)相關(guān)。美國專利6,393,898（Hajduk等人）描述了一種同時(shí)測量許多測試液體的系統(tǒng)。這些粘度計(jì)測量表觀粘度。然而，由于表觀粘度測量的非通用性，在需要時(shí)必須單獨(dú)地尋找借助具體方法測量的特定試樣的表觀粘度與真實(shí)粘度之間的相關(guān)性。用于材料配方的基礎(chǔ)研究需要真實(shí)粘度測量。加工設(shè)備和附件（例如，模具、模、擠出螺桿等）的設(shè)計(jì)同樣需要材料的真實(shí)粘度。然而，表觀粘度測量在快速測試中用于指示，這是因?yàn)樗子诓⑶冶桓斓販y量并且通常更為經(jīng)濟(jì)。真實(shí)粘度更難以獲得并且僅可以借助下述數(shù)種類型的儀器來測量：流變儀和毛細(xì)管粘度計(jì)。流變儀對測試試樣獲得精確且已知的剪切率，由此測量真實(shí)粘度。流變儀是多種多樣的，并且通常裝備成還測量其他屬性。因此，流變儀通常是昂貴的。此外，大量的試樣需要借助流變儀來進(jìn)行粘度測量。同樣，流變儀不是很適于在線應(yīng)用。圓形毛細(xì)管粘度計(jì)可以測量表觀粘度和真實(shí)粘度，這取決于是否考慮到合適補(bǔ)償。毛細(xì)管粘度計(jì)需要沿毛細(xì)管的壓降測量，以用于粘度。由于毛細(xì)管是圓形截面的，因此僅可以測量在入口和出口處的壓力。由于這種限制，毛細(xì)管粘度計(jì)僅測量表觀粘度，除非通過使用具有不同長度-直徑比的兩個(gè)不同毛細(xì)管來校正入口效應(yīng)。然而，使用兩個(gè)毛細(xì)管使得毛細(xì)管粘度計(jì)是龐大的和/或費(fèi)時(shí)的。毛細(xì)管粘度計(jì)在專利6,575,019（Larson）、4,920,787（Dual等人）、4,916,678（Johnson等人）以及4,793,174（Yau）中被描述。微流體粘度計(jì)在專利6,681,616（Michael?Spaid等人）和公布2003/0182991（Michael?Spaid等人）中被公開。流體通道中的標(biāo)記器的駐留時(shí)間被用于測量粘度，只有在測試液體是牛頓液體的情況下該粘度才是真實(shí)粘度。僅測量非牛頓液體的表觀粘度。在專利5,503,003（Brookfield）中公開的便攜式粘度計(jì)采用在用于粘度測量的液體池中旋轉(zhuǎn)的心軸的公知扭矩測量。如所示的并且如公知的，本方法僅測量表觀粘度。

總之，大多數(shù)粘度測量技術(shù)得到表觀測量并且需要相對大體積的試樣。同樣，這些儀器在測量下一試樣之前需要清潔與液體接觸的部件（例如，容器、心軸等）。這種清潔是費(fèi)時(shí)的，從而粘度測量從設(shè)置到測試通常花費(fèi)30分鐘。在當(dāng)前技術(shù)下較大的試樣體積需求也增加了清潔時(shí)間和浪費(fèi)。因此，不存在測量小量試樣的真實(shí)粘度并且快速地測量的名副其實(shí)的便攜式粘度計(jì)。本申請人的專利7,290,441中公開的狹縫粘度計(jì)使得可能測量小試樣的真實(shí)粘度。然而，該狹縫粘度計(jì)需要精密液體分配系統(tǒng)以及相關(guān)電子器件，以提供并且控制通過粘度計(jì)的液體流。在現(xiàn)有技術(shù)中并未公開便攜并且可以結(jié)合各種試樣使用的簡單的精密液體分配系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容