一种用毛细管测量液体粘度的方法以及用于该方法的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用毛细管测量液体粘度的方法，属于分析化学领域。
【背景技术】
[0002] 毛细管是仪器分析、渗流力学实验中必需的一种部件。毛细管作为分析部件的核 屯、部分，在物化分析、药物分析、环境分析W及生命科学分析等领域中有着重要作用。目前 分析领域向微观尺度的发展是对微观世界的探索W及对样品的低耗W至无损分析等方面 的延伸和进步。另外，很多情况下，同一种物质在宏观尺度和微观尺度下，可能表现出不相 同的物化性质，样品在微观尺度下的毛细管中的流动性质用宏观尺度下的测量工具进行测 量的时候，与实际情况不相符。
[0003] 目前，在仪器分析和工业上广泛使用毛细管粘度计（奥氏粘度计、乌氏粘度计等） 对液体的粘度进行测定。该些测量方法是有其局限性的；第一，现有的毛细管粘度计通过 测量一定体积的液体在重力作用下通过垂直毛细管的时间计算出其流速，并通过相关理论 计算出目标液体的粘度，并且测试时必须要有参比标准样品，通过测定已知粘度的标准液 体和未知粘度的待测样品两者的流速，两者相比得出待测样品的粘度；第二在此测试过程 中，液体落下的流速只受重力影响，而不能改变测试的压强，该对某些在不同压强或剪切作 用下粘度有所改变的样品来说，是有较大的局限性的；第=，现有的毛细管粘度计其核屯、部 件毛细管的内径一般在0. 1mm~10mm，然而，若需考察在微米级别W下的液体的粘度，是无 法通过确定液体的体积来计算液体的流速的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提供一种用毛细管测量液体粘度的方法 W及用于该方法的装置。本发明方法简单、数据可靠，测定范围在微米级，突破了W往方法 的测量极限，在测量过程中不需要标准样品作为参比，并且可W自由调节所需要的压强，还 能够测量两种液体相互作用下的实时流动粘度；所用装置结构简单、设计合理，相关参数方 便控制，数值易读，处理数据方便、简单。
[0005] 本发明提供一种用毛细管测量单一液体的粘度的方法，该方法包括如下步骤：
[0006] (la)在两个储液罐之一中注入待测液体，并使毛细管的一端与注入了待测液体的 储液罐连接，使端口被液封，另一端与未注入待测液体的储液罐气密连接；
[0007](化）调节毛细管两端的压强差AP，该压强差由毛细管两端的压强测量设备的读 数差值得出，即AP=IP1-P2I，P1和P2分别为毛细管两侧储液罐的压强；
[000引 （Ic)测量出固定液柱长度L下，不同压强差AP时液体的流动速率V;
[0009] (Id)作v(A巧关系直线，其中V为纵坐标，AP为横坐标，求出直线的斜率k，计 算待测液体的粘度?7 = ^ ,其中r为毛细管的半径，L为待测液体在毛细管中的液柱长度。
[0010] 根据一种优选实施方案，本发明的用毛细管测量单一液体的粘度的方法还包括W 下步骤：
[0011] (le)在不同的液柱长度L下重复步骤（Ic)至（Id),针对不同的L分别计算待测 液体的粘度n，并对得到的多个粘度n取平均值。
[0012] 本发明还提供在两种不相溶液体在毛细管中流动时测量其中一种液体的实时粘 度的方法，其中一种液体的粘度为已知，所述方法包括如下步骤：
[0013] (2a)在两个储液罐之一中注入粘度未知的液体A，并使毛细管一端与注入了液体 A的储液罐连接，使端口被液封后，令液体A充满毛细管；
[0014] (2b)在另一个储液罐中注入粘度已知的液体B，把上述毛细管的另一侧与储液罐 B连接，使端口被液封；
[0015] (2c)调节毛细管两端的压强差AP，使得液体A和液体B共存于毛细管中，该压强 差由毛细管两端的压强测量设备上的读数差值得出，即AP=IP1-P2I，P1和P2分别为 毛细管两侧储液罐的压强；
[0016] (2d)测量出固定液柱长度La、Le下，不同压强差A P时液体的流动速率V;
[0017] (2e)作v( A巧关系直线，其中V为纵坐标，AP为横坐标，求出直线的斜率k，则 待测液体的粘度
【主权项】
1. 一种用毛细管测量单一液体的粘度的方法，该方法包括如下步骤： (la) 在两个储液罐之一中注入待测液体，并使毛细管的一端与注入了待测液体的储液 罐连接，使端口被液封，另一端与未注入待测液体的储液罐气密连接； (lb) 调节毛细管两端的压强差ΛΡ，该压强差由毛细管两端的压强测量设备的读数差 值得出，即ΛΡ= I P1-P2 I，P1和P2分别为毛细管两侧储液罐的压强； (lc) 测量出固定液柱长度L下，不同压强差△ P时液体的流动速率V ; (ld) 作ν(ΔΡ)关系直线，其中V为纵坐标，ΔΡ为横坐标，求出直线的斜率k，计算待 测液体的粘度
> 其中r为毛细管的半径，L为待测液体在毛细管中的液柱长度。
2. 根据权利要求1的方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤： (le) 在不同的液柱长度L下重复步骤（Ic)至（Id)，针对不同的L分别计算待测液体 的粘度η，并对得到的多个粘度η取平均值。
3. 在两种不相溶液体在毛细管中流动时测量其中一种液体的实时粘度的方法，其中一 种液体的粘度为已知，所述方法包括如下步骤： (2a)在两个储液罐之一中注入粘度未知的液体Α，并使毛细管一端与注入了液体A的 储液罐连接，使端口被液封后，令液体A充满毛细管； (2b)在另一个储液罐中注入粘度已知的液体B，把上述毛细管的另一侧与储液罐B连 接，使端口被液封； (2c)调节毛细管两端的压强差ΛΡ，使得液体A和液体B共存于毛细管中，该压强差由 毛细管两端的压强测量设备上的读数差值得出，即ΔΡ= I P1-P2 I，P1和P2分别为毛细 管两侧储液罐的压强； (2d)测量出固定液柱长度LA、LbT，不同压强差△ P时液体的流动速率V; (2e)作ν(ΛΡ)关系直线，其中V为纵坐标，ΛΡ为横坐标，求出直线的斜率k，则待测 液体的粘度
，其中r为毛细管的半径，LA、LB分别为毛细管中液体A、B的 液柱长度，n A、n B分别为液体A、B的粘度。
4. 根据权利要求3的方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤： (2f)在不同的液柱长度LA、LB下重复步骤（2d)至（2e)，针对不同的LA、L B分别计算待 测液体A的粘度riA，并对得到的多个粘度IIa取平均值。
5. 根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，所述毛细管的内直径在0. 5 μm~Imm 范围内。
6. 根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，所述方法在-20°C至150°C的温度范 围内实施。
7. 用于实施权利要求1至6之一所述的方法的装置，该装置包括： 两个具有开口的储液罐； 水平放置的毛细管，所述毛细管的两端分别与所述储液罐的侧壁密封连接并与储液罐 内部处于液体连通的状态； 用于调节储液罐中的液体压强的设备； 用于测量毛细管两端的液体压强的设备；以及 用于测量毛细管中的液体流动速率的设备。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于，所述毛细管的内直径在0. 5 μπι~Imm范围内。
【专利摘要】本发明公开了一种用毛细管测量液体粘度的方法以及用于该方法的装置，该方法为：在一定温度条件下，对毛细管液体两端施压，测定液体界面的运动速率，作v(ΔP)关系直线得出直线的斜率，再根据已知的毛细管半径和液柱长度计算出液体的粘度。本发明方法能够测量单一一种液体的粘度，还能够在两种不相溶液体共存时，其中一种液体的粘度已知的情况下，测量另一种液体的粘度。本发明方法测量中所用的毛细管在微米级别，测量液体的粘度范围在5×10-4～10Pa·s。本测量方法测量装置结构简单、设计合理，参数方便控制，结果可靠。
【IPC分类】G01N11-04
【公开号】CN104865161
【申请号】CN201410255184
【发明人】李文宏, 赵继勇, 李兆国, 张永强, 王丽莉, 范伟
【申请人】中国石油天然气股份有限公司, 武汉大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2014年6月10日