一种自动测量制冷剂与润滑油粘度的毛细管装置及方法与流程

本发明属于液体粘度测试领域，具体涉及一种在高压环境下测量制冷剂与润滑油粘度的毛细管装置及方法。

背景技术

粘度计是用于测量流体(液体和气体)的粘度的仪器。粘度是流体的基本物性参数之一，粘性参数的获得对于诸多行业的发展起着至关重要的作用。因此，粘度的测量研究工作越来越得到重视。粘度计主要分为毛细管粘度计、旋转粘度计和落球粘度计三类。毛细管粘度计因其简单可靠、精确度高等特点而被广泛应用，且适用于一些有特殊要求的场合，占据了国内粘度测量领域的广大市场。

目前常用的毛细管粘度计适用于不同场合，可测量多种液体粘度，但它们无法自动化精确测量易挥发混合工质的粘度，主要存在如下问题：(1)目前毛细管粘度测量多使用手控秒表计时，存在人为误差，降低了结果的准确度，且难以实现自动化测量(2)常用的粘度计测量时，待测液体多与外界空气直接接触，因此对于低沸点易挥发混合工质，需在高压密封环境下使用毛细管粘度计测定，目前国内常采用的测定方法，或测量精度不高，或稳定性不高(3)毛细管粘度计测量范围较窄，单支粘度计难以测量几种粘度相差较大的工质。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种自动测量制冷剂与润滑油粘度的毛细管装置及方法，该装置耐高压，且能测量多种粘度相差较大的低沸点混合工质。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种自动测量制冷剂与润滑油粘度的毛细管装置，设置于恒温槽中，毛细管装置内压力容器的顶部通过连接管与真空泵、制冷剂罐相连，压力容器与真空泵之间的连接通过总阀门和第二阀门控制，压力容器与制冷剂罐之间的连接通过总阀门和第一阀门控制，压力容器与压力传感器的连接通过第三阀门控制，控制及数据采集系统控制整个毛细管装置，并通过压力传感器和铂电阻温度计测量和显示实时的温度和压力数值；所述毛细管装置由固定支架、激光传感器、旋转传动机构和压力容器组成，所述压力容器内部固定安装有毛细管粘度计，所述毛细管粘度计由上贮液器、上计时球、下计时球、毛细管、下贮液器、旁通管和n型管构成，所述上贮液器、上计时球、下计时球、毛细管和下贮液器从上到下依次相互连通；上贮液器和下贮液器之间通过所述旁通管相互连接，所述上贮液器、下贮液器体积相同且皆大于上计时球、下计时球的体积，所述n型管设置于旁通管的上端，用于实现注液和防止翻转漏液两种功能；

所述固定支架、旋转传动机构与所述压力容器连接为一体，方便毛细管装置整体从恒温槽中取出；旋转传动机构由链条、上传动齿轮和下传动齿轮构成，通过控制及数据采集系统控制上传动齿轮旋转，通过链条传动的方式，带动下传动齿轮旋转，进而通过下传动齿轮带动压力容器的翻转；

所述激光传感器与固定支架连接为一体，分别设置于毛细管粘度计的上、中、下标线处，当液体流经上标线或中标线处，激光传感器感应信号传输到控制及数据采集系统，定时器开始计时，当液体降落到下标线处，定时器结束计时，控制及数据采集系统的延迟机构控制固定支架上的传动机构带动压力容器旋转360°，重复上述过程，循环测量液体粘度。

进一步的，所述n型管与毛细管水平方向呈45°角分布，以确保n型管不会遮挡计时球，影响计时测量过程。

进一步的，所述压力容器的上部和下部分别设有上观察窗和下观察窗。

一种自动测量制冷剂与润滑油粘度的方法，包括以下步骤：

(1)打开总阀门、第二阀门，关闭第一阀门、第三阀门，打开真空泵对压力容器抽真空，待压力容器内部及相通管道内的真空度达到设定值后，先关闭第二阀门，再关闭真空泵；打开第一阀门，通过n型管，向毛细管粘度计注入液态制冷剂；测量制冷剂粘度时，直至液体充满下贮液器，关闭第一阀门，再关闭总阀门；测量制冷剂和润滑油粘度时，液体充满下注液器一半体积时关闭第一阀门，再关闭总阀门；

(2)通过恒温槽实现对毛细管装置的温度控制，铂电阻温度计测量恒温槽内的温度，待装置达到充分的热平衡后开始翻转升液过程；

(3)通过旋转传动机构控制压力容器旋转180°，直至下贮液器的液体全部进入上贮液器，再控制压力容器旋转180°；测量制冷剂的粘度时，使液体充满上计时球和下计时球；测量制冷剂和润滑油的粘度时，由于充注液体少，制冷剂充满下计时球，液面最高至上计时球的2/3处；

(4)当液面经过上计时球或下计时球的上计时线时，激光传感器发出信号，定时器开始计时，当液面下降至下计时球的下计时线处，激光传感器发出信号，定时器结束计时；由计时所得的时间t计算得到待测液体的粘度；

(5)当待测液体液面流经下计时球的下计时线处，激光传感器发出信号，延迟1分钟后，控制压力容器进行翻转升液过程，重复步骤(3)和(4)，实现循环测量待测液体的粘度。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明中n型管的设计，使得毛细管粘度计与压力容器连通，粘度计内外压力平衡，压差由压力容器承担，因此可在高压下实现低沸点易挥发工质粘度的测量。

(2)目前毛细管粘度计的注液管都采用直管形式来达到注液的目的。本发明采用n型管设计，不仅能方便注液，并且在翻转升液过程中，可防止液体由注液口漏入压力容器，因此可避免重复充注待测液体，并且翻转升液方式，不会影响待测液体组分，可实现易挥发混合工质的重复测量。

(3)现有毛细管粘度计大多采用单计时球结构，难以测量多种粘度不同的液体。本发明采用的双计时球结构可实现单支粘度计测量制冷剂和制冷剂+润滑油这两种粘度相差较大的工质。

(4)本发明中激光传感器可实现毛细管粘度计的自动测量，提高了实验结果的准确性和稳定性。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明毛细管粘度计的结构示意图。

图3为图1的左视结构示意图。

附图标记：1-毛细管粘度计；2-压力容器；3-n型管；4-上贮液器；5-上计时球；6-下计时球；7-毛细管；8-下贮液器；9-旁通管；10-第一阀门；11-第二阀门；12-总阀门；13-第三阀门；14-压力传感器；15-上传动齿轮；16-下传动齿轮；17-激光传感器；18-上观察窗；19-下观察窗；20-固定支架；21-恒温槽；22-铂电阻温度计；23-制冷剂罐；24-真空泵；25-控制及数据采集系统

具体实施方式

为了对本方法的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，下面结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1至图3所示，本发明提供了一种自动测量制冷剂与润滑油粘度的毛细管装置，设置于恒温槽21中，压力容器2的顶部通过连接管与真空泵24、制冷剂罐23相连，压力容器2与真空泵24之间的连接通过总阀门12和第二阀门11控制，压力容器2与制冷剂罐23之间的连接通过总阀门12和第一阀门10控制，压力容器2与压力传感器14的连接通过第三阀门13控制。控制及数据采集系统25控制整个毛细管装置，并通过压力传感器14和铂电阻温度计22来测量和显示实时的温度和压力数值。

毛细管装置包括固定支架20、激光传感器17、旋转传动机构、压力容器2，压力容器2、激光传感器17、固定支架20及旋转传动机构连接为一体，在清洗装置时，可整体从恒温槽21中取出，防止装置生锈老化。压力容器2内部固定安装有毛细管粘度计1，毛细管粘度计1由上贮液器4、上计时球5、下计时球6、毛细管7、下贮液器8、旁通管9和n型管3构成，上贮液器4、上计时球5、下计时球6、毛细管7和下贮液器8从上到下依次相互连通；上计时球5和下计时球6的上、下部均标有计时线。上贮液器4与下贮液器8通过旁通管9进行连接，n型管3作为注液管，一端用来注入被测液体，一端与旁通管9上部连接。俯视毛细管粘度计1，可以看到毛细管7与n型管3呈45°角分布。

在上计时球5、下计时球6和下贮液器8两侧分别安装有上观察窗18和下观察窗19，以便观察下贮液器8和上计时球5、下计时球6内的液面高度。上观察窗18和下观察窗19主要由蓝宝石玻璃构成，以保证有足够的耐高压能力。当液面流经上或中标线时，激光传感器17发送信号至控制及数据采集系统，定时器开始计时，液面流经下标线时，定时器结束计时，延迟机构延时一分钟后，系统控制固定支架20上的传动机构带动压力容器2旋转360°。

旋转传动机构由上齿轮15、下齿轮16、链条构成，旋转传动机构由控制及数据采集系统自动控制。

通过本装置进行测量时的具体步骤如下：

步骤1、打开总阀门12、第二阀门11，关闭第一阀门10、第三阀门13，打开真空泵对压力容器2抽真空，待压力容器2内部及相通管道内的真空度达到设定值后，先关闭第二阀门11，再关闭真空泵。打开第一阀门10，通过n型管3，向毛细管粘度计1注入液态制冷剂。测量制冷剂粘度时，直至液体充满下贮液器8，关闭第一阀门10，再关闭总阀门12；测量制冷剂+润滑油粘度时，液体充满下注液器8一半体积时即可关闭第一阀门10，再关闭总阀门12。

步骤2、通过恒温槽21实现对试验装置的温度控制，铂电阻温度计22精确测量恒温槽21内的温度，待装置达到充分的热平衡后开始翻转升液过程。

步骤3、操控系统控制压力容器2旋转180°，直至下贮液器8的液体全部进入上贮液器4，再控制压力容器2旋转180°。测量制冷剂的粘度时，使液体充满上计时球5和下计时球6；测量制冷剂+润滑油的粘度时，由于充注液体较少，制冷剂充满下计时球6，液面最高至上计时球5的2/3处。

步骤4、当液面经过上计时球5或下计时球6的上计时线时，激光传感器17发出信号，定时器开始计时，当液面下降至下计时球6的下计时线处，激光传感器17发出信号，定时器结束计时。由计时所得的时间t，根据hagen-poiseuille(哈根-泊肃叶)公式得到待测液体的粘度。

步骤5、当待测液体液面流经下计时球6的下计时线处，激光传感器17发出信号，延迟1分钟后，控制压力容器2进行翻转升液过程，重复步骤3、4，便可循环测量待测液体的粘度。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。