曝气测试器的制作方法

相关申请

本申请要求于2017年5月19日提交的序列号为62/509,043的美国申请的优先权，并且该美国申请通过引用并入本文。

本发明涉及一种用于测量可以分散或夹带在液体中的空气的量的方法和装置。该装置和方法特别适合用于评估液体油(例如机油)、润滑剂、液压液体、水和油的分散液和其他液体的特性，其中了解在给定的压力下超出这些液体的气体的溶解能力的正常极限的空气吸收夹带或分散性质是很有用的。

背景技术：

本发明涉及一种用于测量油的曝气的装置和方法。油的曝气是重要的，因为对于润滑或液压驱动的组件，许多利用油的方法将由于设备内的油的运动而夹带另外的空气。油中的空气或其他气体的量会影响发动机、变速箱的机械性能，并影响油在其他应用中的性能。例如，油中的空气可能会导致气蚀和影响机械设备的操作和耐用性的油的可压缩性，油的氧化反应都会对机械设备内的油或其他液体的性能产生影响。通常，随着油或其他感兴趣的液体在机械设备中暴露和使用，这些油的曝气性质可能会随时间变化。

有许多用于曝气测试的现有测试方法。然而，这些测试运行起来很昂贵，并且常常无法提供有用的信息，这些信息本身实际上能够被应用于评估油的性能。

例如，astmd-8047程序被设计用于测试重型柴油发动机的油的曝气阻力。曝气测试运行起来很昂贵，并且为该发动机提供有关油的曝气的信息。

astmd-3427和astmd-892涉及空气释放和发泡标准。然而，生成的数据不代表机械组件内的实际的油的曝气性能。

iso12152(flender发泡任务)能够用于测量由于曝气导致的增加的体积，但关于测量该增加的体积的方法，得到不准确的数据。

因此，在本领域内仍存在改进和变化的空间。

技术实现要素：

本实施例中的至少一个实施例的一方面是提供一种能够测量油中的曝气的装置和方法。

本发明的至少一个实施例的另一方面是提供一种用于测量液体中存在的空气的量的装置和方法，并且还提供一种用于通过将另外的空气夹带到在一定温度范围内的液体中来测量该液体中的空气的装置和方法。

本发明的至少一个实施例的另一方面是提供一种用于计算气液比的装置，该装置包括：容器，用于容纳液体的样本，该液体从由润滑油、液压油、液体添加剂、水、水乳液、水性液体、清洁产品和类似液体组成的组中选择；温度调节器，用于将液体加热或冷却至期望的测试温度；变速混合器，用于将样本与周围的空气源混合，该变速混合器从由超声混合器、涡旋混合器、静态混合器、旋转叶片混合器、磁力搅拌棒及其组合组成的组中选择；第一导管，具有与容器连通的第一端和与流通池的输入端口连通的第二端；第二导管，具有与流通池的输出端口连通的第一端和与容器组合的第二端；光源，位于流通池的第一侧；数字成像捕获设备，位于流通池的第二侧；通信端口，便于将数据从数字成像捕获设备传输到微处理器，微处理器控制用于检测和表征流通池中存在的样本液体中的气泡的软件分析平台。

本发明的至少一个实施例的另一方面是提供一种用于确定液体中的气液比的方法，该方法包括以下步骤：提供用于容纳液体的样本的容器；使液体样本达到期望的测试温度；使用混合器将空气夹带到液体样本中；将液体的样本的一部分转移到其中具有透明窗口的流通池；利用光源照射流通池中的样本的一部分；收集流通池中内容物的视觉图像，该收集的图像包括存在于样本液体的一部分中和流通池中的气泡的图像；分析捕获的数据以确定存在于捕获的图像中的气泡的物理性质；使用所述数据来计算样本液体的气液比。

参考以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。

附图说明

本发明的充分实现的公开，包括对于本领域普通技术人员的本发明最佳方式，被更具体地阐述在说明书的其余部分(包括对附图的参考)中。

该图是示意图，其示出了曝气测试器的组件以及由液体(例如油)的曝气测试所涉及的各种组件所提供的方法。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，在下面阐述本发明的一个或多个示例。通过说明本发明而不是限制本发明来提供每个示例。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，能够对本发明进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分示出或描述的特征能够用于另一实施例以得到又一实施例。因此，本发明旨在覆盖在所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变型。在下面的详细描述中公开了本发明的其他目的、特征和方面。本领域普通技术人员应理解，本讨论仅是对示例性实施例的描述，并且不旨在限制本发明的更广泛的方面，这些更广泛的方面包含在示例性构造中。

应当理解，本文提及的范围包括位于规定范围内的所有范围。因此，本文提及的所有范围包括所提及的范围中包括的所有子范围。例如，从100-200的范围还包括从110-150、170-190和153-162的范围。此外，本文提及的所有限制包括所提及的限制中包括的所有其他限制。例如，最多7个的限制还包括最多5个、最多3个和最多4.5个的限制。

在描述本文的各个附图时，始终使用相同的附图标记来描述相同的材料、装置或方法路径。为了避免冗余，曾经相对于附图描述的许多装置的详细描述在随后的附图的描述中不再重复，尽管这些装置或方法被标有相同的附图标记。

如参考附图最佳所示，提供了一种装置和使用装置的方法。如参考附图所示，该装置和方法允许评估在模拟的条件下液体(例如油)能够容纳多少空气。如本文所使用的，术语“空气”包括在被测试的液体附近并且能够被夹带在被测试的液体中的任何周围大气气体。因此，术语“空气”，当与油和内燃机一起使用时，将包括在油的直接环境中的任何气态产物，这些气态产物可能是由于油的加热和可能在油附近的任何周围气体的吸收而产生的。

图中所示的装置提供了用于容纳液体(例如油)的样本的储藏器。该储藏器可以是烧杯或烧瓶。一旦将期望量的液体/油放置在容器内，就将叶轮装置放置在容器内并使该叶轮装置与待曝气的液体接触。根据待模拟的条件，能够使用具有不同形状的叶片的各种不同的叶轮和/或混合器。叶轮将在液体中产生涡旋和搅拌反应，并且在选择的速度范围内会导致液体中夹带周围的空气。通常，叶轮(例如旋转叶片)的运动越快，夹带在液体中的空气的量就越大。

能够将容器放到加热垫上或在加热或冷却套内，使得能够将液体的温度保持在期望的温度，并且能够以逐步的方式升高或降低液体的温度，以根据液体温度生成比较数据。

通常，期望在恒定温度下并在已经获得曝气饱和水平平衡的时间间隔内使用稳定搅动进行曝气。平衡后，通过蠕动泵移动被曝气的测试液体的样本，该蠕动泵将被曝气的液体的样本移动到测试池。该测试池适于与光学成像设备(例如带有相机的显微镜)一起使用，该光学成像设备能够获得测试池内气泡的数字图像。使用常规的分析软件，能够量化液体中可视化的气泡图像，以获得以下信息：油中空气比的百分比、油中的气泡的表面积、油中的气泡的相对尺寸。从测试间隔开始到测试间隔结束的曝气数据的一致性还提供了有关液体的特性以及该液体与所夹带的空气进行反应和释放所夹带的空气的趋势的有用信息。

合适的测试池的一种形式可以是被提供在两个玻璃板之间的室的形式，在两个玻璃板之间的液体的层流将允许显示气泡。诸如led之类的光源能够用于通过任何形式的定向光(包括逆光)照射池，这可以有益于液体和所夹带的气泡的特定组合。当光学成像设备捕获到图像时，能够将捕获的图像传输到计算机以利用软件进行分析，该软件能够计算气泡的数量、基于半径计算气泡的体积，并允许计算出所得的气液比。测试仪器和用于光学成像的能力的本质允许在池内对液体进行任何期望频率的采样，并为确定所得的气液比和数据的可变性提供基础。

例如，在多个样本中计算出的比的一致性范围表示在测试温度下，油和空气组合达到了平衡测试条件。能够在其他温度下进行另外的采样，以随温度变化而提供关于气体比的数据。另外，还可以在从一个温度到另一个温度的加热过渡时间期间采样和评估气体比，从一个温度到另一个温度还将模拟液体在各种机械条件下的工作条件。

能够利用偏振光和/或交叉偏振滤光片对光源进行另外的变化，以增加对比度和可视化，就在使用不同波长的光被可视化的气流中可能有多种组分来说，改变光源特性能够是有所帮助的。在确定利用独特的颜色容易辨别出气泡的方面，这能够是有用的。另外，改变光源能够帮助识别可能与增加的气泡形成相关联的可能的成核剂的存在。成核剂可以是小碎片、化学添加剂或其他结构颗粒的本质，这将引发气泡的形成和/或通过产生能够影响液体的性能特性的大量较小的体积的泡来可能提供有关气泡尺寸的上限。

在附图所示的装置10中能够看到本发明的一个实施例，并且该装置10提供了用于容纳液体(例如油)的样本的容器20。容器20可以是烧杯或烧瓶。一旦将期望量的液体/油30放置在容器中，就将叶轮装置40放置在容器中并使该叶轮装置40与待曝气的液体30接触。根据待模拟的条件，能够使用具有不同形状的叶片的各种不同的叶轮和/或混合器。叶轮将在液体中产生涡旋和搅拌反应，并且在选择的速度范围内将导致液体中夹带周围的空气。通常，叶轮(例如旋转叶片)的运动越快，夹带在液体中的空气的量就越大。

能够将容器20放置到加热器50(例如加热垫)上，或者在加热或冷却套内，使得能够将液体的温度保持在期望的温度，并且能够以逐步的方式升高或降低液体的温度，以根据液体温度生成比较数据。

通常，期望在恒定温度下并在已经获得曝气饱和水平平衡的时间间隔内使用稳定搅动进行曝气。平衡后，通过蠕动泵60移动曝气的测试液体的样本，该蠕动泵60将曝气的液体的样本移动到测试池。该测试池适于与光学成像设备(例如具有相机或ccd传感器80的显微镜或其他放大镜70)一起使用，该光学成像设备能够获得测试池内气泡的数字图像。使用常规的分析软件，能够量化液体中的可视化的气泡图像，以获得以下信息：油中空气比的百分比、油中气泡的表面积以及油中气泡的相对尺寸。一种合适的软件是imagej，该imagej可从美国马里兰州贝塞斯达的国立卫生研究院(thenationalinstituteofhealth)获得。从测试间隔开始到测试间隔结束的曝气数据的一致性还提供了有关液体的特性以及该液体与所夹带的空气进行反应和释放所夹带的空气的趋势的有用信息。

合适的测试池的一种形式可以是被提供在两个玻璃板之间的流通池室90的形式，在两个玻璃板之间的液体的层流将允许显示气泡。这允许使用液体和气泡之间的追溯入口以可视化气泡并对气泡物理性质和尺寸进行测量。诸如led之类的光源100能够用于通过任何形式的定向光(包括逆光)照射池，这可以有益于液体和所夹带的气泡的特定组合。流通池90具有入口110和出口120，该出口120具有将流通池连接到容器20的管道130。当ccd传感器80光学成像设备捕获到图像时，可以将捕获的图像传输到计算机以利用软件进行分析，该软件能够计算气泡的数量、基于半径计算气泡的体积，并允许计算出所得的气液比。测试仪器和用于光学成像的能力的本质允许在池内对液体进行任何期望频率的采样，并为确定所得的气液比和数据的可变性提供基础。

尽管液体的许多测试数据都可以在周围压力下进行，但测试仪器确实适合于使用密封器皿，在该密封器皿中能够改变压力，使得能够评估温度和压力的变化。这在某些操作条件下是重要的，在某些操作条件下，液体的压力会在操作期间迅速变化，或者在操作下的压力条件可能与周围压力不同。

该装置和方法适合于有能力在温度或压力或温度和压力的组合的过渡时间期间评估液体。例如，相对于气体比，液体的性质可以相对于特定液体以非线性方式在明显的断裂点处变化。

尽管合适的光学成像设备可以利用数码相机和显微镜，但是其他设备，例如科里奥利装置(coriolisapparatus)、伽马射线吸收装置、放射性核示踪剂装置和类似的方法能够用于通过评估液体中的气泡来确定气体比。

在压力温度变化期间评估气体比的另一种能力是，它能够提供有关在场景条件会迅速变化的情况下的油(例如润滑油)的性能性质的准确信息。例如，润滑油或液压油在操作中可能会受到快速的压力变化的影响。因此，现在可以评估在快速的压力变化的间隔期间的液体内的气体比，并且从而更好地表征油在更现实的操作条件下的性能特性。

除了使用叶轮将周围的空气和气体直接夹带到流体中之外，对于某些应用，可以期望增加供应管线，该供应管线将直接在适当的气体混合物中起泡，然后叶轮在液体内充分混合。对于某些类型的流体和操作条件，将单独的空气流添加到流体中然后进行混合，对于在夹带空气、转移样本以及收集内容物的可视化图像的步骤期间将液体的样本保持在期望的压力下的某些应用可以是有用的。

性能装置和方法还适合于不仅可以评估被引入机械环境中的原始材料，而且还能够用于评估在期望的时间间隔后的液体。例如，可以在原始的、未使用的条件下分析来自内燃机的用过的润滑油以及在现场操作了期望的操作小时数的用过的油的性能。在使用中，许多润滑油和液压液体将获取与液体在机械环境中正常操作相关联的颗粒、细屑、化学污染物和各种降解产物。现在可以实时测量这些液体相对于气体比的性质，以确定正常磨损对液体特性的影响。反过来，这允许液体制造商调整建议的维护计划、各种添加剂的添加量以改善相对于气油比的性能，并允许液体制造商根据年龄、操作时间、温度曲线和其他条件评估产物降解和性能降级的影响，这些条件会影响所测量和反映在气油比中的油的物理质量。

尽管已经使用特定的术语、设备和方法描述了本发明的优选实施例，但是这些描述仅用于说明性目的。所使用的词语是描述性词语，而非限制性词语。应当理解，本领域普通技术人员可以在不脱离所附权利要求书所阐述的本发明的精神或范围的情况下进行改变和变型。另外，应当理解，各个实施例的方面可以全部或部分互换。因此，所附权利要求的精神和范围不应限于本文所包含的优选版本的描述。