液体参数测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测量仪器/仪表技术领域，尤其涉及一种液体参数测量系统。
【背景技术】
[0002] 粘度、表面张力是液体的主要物性参数，是石油化工、医药等工业领域检测的重要 参数。粘度与表面张力的测量在科研、技术开发和产品制造上具有重要的意义。测量液体 粘度的方法有毛细管法、旋转柱法等。测量表面张力的方法有最大气泡压力法、气泡幅频当 量法等。
[0003] 本申请的申请人于2014年12月17日提交了两份关于液体参数测量系统的专利 申请（201410785514. 2,201420802103. 5)，该两份专利申请的内容纳入本申请作为参考。 如图1所示，该液体参数测量系统包括=Taylor气泡流产生装置；可视测量微管107,其具 有一微通道，该微通道的前端与Taylor气泡流产生装置相连通，后端连接至回收容器108 ; 温度传感器组件（111、1112)，设置于可视测量微管107的前端和后端；液膜厚度测量装置 109,设置于可视测量微管107径向的外围；高速相机110,设置于可视测量微管107径向的 外围；以及数据采集及分析系统113,电性连接至温度传感器组件（111、112)、液膜厚度测 量装置109和高速相机110。
[0004] 请继续参照图1，Taylor气泡流产生装置用于生成待测液体的Taylor气泡流，包 括：驱动电机101，注射器102,第一调节阀103,压缩气瓶104,第二调节阀105和第一三通 管106。测量前，注射器注满被测液体。驱动电机101启动后，推动活塞芯杆向前运动，挤压 待测液体流出，通过第一调节阀103调节后进入第一三通管106。打开压缩气瓶104,并调 节第二调节阀105的开度，使填充气缓慢注入第一三通管106。注射器102中流出的待测液 体与压缩气瓶流出的填充气在第一三通管106内混合，形成稳定的Taylor气泡流。
[0005] 数据采集及分析系统113采集温度传感器（111、112)获取的温度信号、液膜厚度 测量装置109测得的初始液膜厚度δ。、高速相机110捕捉的Taylor气泡流的瞬时图像。首 先，由Taylor气泡流的多个瞬时图像得到气泡流的流速U b，进而依据公式（1~3)由气泡 周边初始液膜厚度S。、气泡流的流速Ub、可视测量微管107的微通道的内径D、待测液体的 密度P i计算当前温度下待测液体的动力粘度μ i和表面张力〇 :
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[0007] 公式1中，D表示可视测量微管107的微通道的内径（D = 2R) ;Ca = μ瓜/ 〇是 毛细常数；韦伯数We和雷诺数Re的计算公式为：
[0010] 公式1表示的气泡微液膜厚度S。与毛细常数Ca之间的量化关系而设计的测量
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[0009] 系统，此关系式是由多种流体在多种流动条件下归纳得到的经验关系式，适用面广，测量精 度高。
[0011] 在公式1，有两个未知量-待测液体的动力粘度P1和表面张力〇。当被测液体 的表面张力σ已知时，可以通过一次测量（即一组Taylor气泡流）来获得待测液体的动 力粘度P1。当被测液体的动力粘度P 1已知时，可以通过一次测量（即一组Taylor气泡 流）来获得待测液体的表面张力σ。当动力粘度P1和表面张力σ都未知时，可以通过调 节Taylor气泡流参数（待测液体流量和/或填充气体量），来获得两组Taylor气泡流，而 获得两个方程，对该两个方程组成的方程组进行求解，即可同时测量动力粘度μ :和表面张 力G 〇
[0012] 然而，图1所示系统只能测量气-液系统中液体的表面张力和粘度，而无法测量 液-液系统中液体的表面张力和粘度，但在化学工业、石油工业、食品医药等领域中，如溶 液萃取、油品添加剂设计、表面活性剂的开发应用中，都需要对液-液系统中液体的表面张 力和粘度进行测量。
【发明内容】
[0013] (一）要解决的技术问题
[0014] 鉴于上述技术问题，本发明提供了一种液体参数测量系统，以实现液-液系统中 液体的表面张力和粘度的测量。
[0015] (二）技术方案
[0016] 本发明液体参数测量系统包括：第一供液管路和第二供液管路；混液部件106， 其第一接口和第二接口分别连接至第一供液管路和第二供液管路的后端；可视测量微管 107,其具有一透明的微通道，该微通道的前端与混液部件106的后端相连通；液膜厚度测 量装置109和相机110,分别设置于可视测量微管107径向的外围；以及数据采集及分析装 置113,与相机110和液膜厚度测量装置109相连接。其中，第一供液管路提供连续的待测 液体Α，第二供液管路以添加泡的形式提供液体B ;待测液体A和液体B在混液部件106内 混合，形成液-液柱塞流，待测液体A在液-液柱塞流中呈连续的液池形式，液体B在液-液 柱塞流中呈离散的液泡形式；液-液柱塞流流经可视测量微管107的微通道；液膜厚度测 量装置109透过可视测量微管测量微通道内液泡周边初始液膜厚度δ。，相机110透过可视 测量微管捕捉微通道内液泡流动的多个瞬时图像；数据采集及分析装置113利用相机110 捕捉液泡流动的多个瞬时图像得到液泡的表观流速U b，进而计算待测液体A的动力粘度μ 1 和/或表面张力σ。
[0017] 优选地，本发明液体参数测量系统中，第一供液管路和第二供液管路均包括：驱动 电极、注射器和调节阀；其中，注射器存储液体，其活塞芯杆的后端由相应驱动电机驱动，其 出口通过相应调节阀连接至混液部件106的相应接口。
[0018] 优选地，本发明液体参数测量系统还包括：第三管路，包括：压缩气源104和调节 阀105 ;其中，在进行液-液系统中液体参数测量时，第一供液管路和第二供液管路中的调 节阀打开，第三管路中的调节阀关闭；在进行气-液系统中液体参数测量时，第一供液管路 和第三供液管路中的调节阀打开，第二管路中的调节阀关闭，第一供液管路、第三管路和混 液部件106构成Taylor气泡流产生装置。
[0019] 优选地，本发明液体参数测量系统中，混液部件106为"T"型三通件，其第一直通 接口连接至第一供液管路中调节阀103的出口，其旁通接口连接至第二供液管路中调节阀 123的出口。
[0020] 优选地，本发明液体参数测量系统还包括：调温管路124,连接于混液部件106和 可视测量微管107之间，其主体部分被置入温控腔125内。
[0021] 优选地，本发明液体参数测量系统中，温控腔125为水浴/油浴/空气浴电加热类 型的温控腔。
[0022] 优选地，本发明液体参数测量系统还包括：温度传感器111、112,设置于可视测量 微管107的前端和/或后端；和/或回收器108,连接于可视测量微管107的微通道的后端。
[0023] 优选地，本发明液体参数测量系统中，相机110的拍摄速率不小于1000帧/秒；液 膜厚度测量装置为激光共焦距位移测量计或椭偏仪，其测量精度大于〇. 1 μ m ;液膜厚度测 量装置109和相机110所对应的可视测量微管107上的面为平面。
[0024] 优选地，本发明液体参数测量系统中，可视测量微管107为外方内圆的透明玻璃 管，其内径小于I. 5mm〇
[0025] 优选地，本发明液体参数测量系统还包括：数据采集及分析装置113利用以下公 式计算待测液体A的动力粘度μ :和/或表面张力σ :
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