[发明专利]压力式细管粘度计

说明书

本发明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发明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等人发明的环路式粘度计，保留了haney发明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。

本发明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。

本发明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。