CN1065336A - 用于测量液体粘度中的空心针 - Google Patents

Abstract

一种用于液体粘度测量中的空心针，包括至少一 个小而细长的直管和一个固定在该管上并带有连接 装置(7)的套节，管子包括刺穿部分(2)和吸入部分 (3)，吸入部分延伸形成一个用于吸入待测液体的开 口，刺穿部分(2)的一端有一个尖锐的刀刃，其另一端 固定到套节(4)上，包括刃口的刺穿部分(2)的管子， 在由公式：L/D＝50-500，确定的待定长度(L)上 其孔内径(D)是均匀的。

Description

本发明涉及用于测量液体粘度中的空心针，更具体地说，是涉及用在测量液体粘度的装置中的空心针，该装置易于操作，并能在很短时间内测量出一液体粘度。

十分清楚，人的健康状况对血液的粘度有很大影响，事实上，对于患有贫血症、需要作血液透析的慢性肾功能不全、心肌梗塞、糖尿病或恶性肿瘤的人来说，他的血液粘度与健康人的血液粘度显著不同。在发达国家中，例如象心肌梗塞、血栓栓塞和糖尿病等成年人的疾病正在随着老龄人口的增加而增加。因此，可以认为血液粘度的测量结果对于疾病的治疗和/或预防是一个重要的和有效的因素，是必不可少的。

到目前为止，已经研制出各种测量液体或溶液的粘度的装置。但在临床医学领域仅采用两种装置，即毛细管粘度计和旋转式粘度计。在前者，通过把液体导入到毛细管粘度计，然后使液体在外力（例如重力）的作用下流过毛细管或孔径均匀的细管，得到液体弯月面通过两个预定的水平面间所需的时间，从而测定一个液体的粘度。这样一个毛细管粘度计广泛用于测量血浆的粘度，但是，因为天然血液在流动特性中是非牛顿流体，所以很少采用毛细管粘度计测量血液粘度。

为了测量特性粘度，需要利用不同直径的毛细管和同一液体测量粘度几次。

一般用旋转式粘度计来进行血液粘度的测量，典型的旋转式粘度计包括两个同轴的圆筒，内圆筒在固定的外圆筒内旋转或者外圆筒围绕着固定的内圆筒旋转。在这样的粘度计中，液体装在两个圆筒之间，而圆筒中任何一个围绕它的轴旋转，以测量它的转力矩。

但是，旋转式粘度计有下述缺点：（a）为了确定血液的特性粘度，必须在不同剪切应力对同一血液进行几次测量;（b）因为在计算时要利用图解法进行对数值与对数值的微分运算，所以计算繁锁并且引入显著的误差;（c）在高转速下会发生特殊的和不稳定的流动，例如Taylor涡流;（d）由于被检验的液体的粘度，液体产生热;（e）由于离心力的作用，可能会使血液的血细胞变形;（f）对每个样品测量需要一个长时间;以及（g）这种粘度计操作麻烦，因为这种粘度计每次测量必须进行清洗，然后进行干燥，以除去粘到粘度计上的血液。

为解决这些问题，人们已经提出采用滚柱泵***或空心纤维组件用于测量血液粘度的各种新方法，但是已有技术中的粘度计没有一种能够满足用于临床医学所需的全部条件。

人们都知道，血液在流动特性中属于非牛顿流体，而血浆则表现出牛顿流体特性，因此这就是说，血液的非牛顿流体特性是由于在血浆中浮有血细胞引起的。特别是，据说，影响血液流动特性的因素是血细胞的方向性和它们的各种形状，例如，具有凹表面圆盘形、流线型或炮弹体状。在血液流动特性上这些因素的效果随血液采集后经过的时间而变化，并且受加入的其他物质例如血液的抗凝剂的影响。这样，可以说，检测包含非牛顿特性的血液的流动特性的最好途经是选择在人体血管中循环的血液作为测量对象。

但是，现在还没有能够直接测量在人体血管中循环血液的流动特性的粘度计，于是，用采集血液作测量对象是不可避免的。在这种情况，需要在血液采集后尽可能少的时间内，以及采集的血液不掺入任何其它物质，例如抗凝剂到新鲜的抽取的血液中去的情况下，精确测量血液的流动特性。

此外，为了使流变的血液试验适应于常规的临床医学需要，必须满足下述三个条件：（a）测量可以用天然血液进行;（b）测量可以在病床边立即进行;以及（c）粘度计易于操作，并对于任何人都可能操作。

为解决这些问题，日本专利申请平2-418855中提出使用一个用于测量液体粘度的装置，它包括：一个由空心圆筒和一对塞子构成的抽空容器，这对塞子装在圆筒的两个端部，以便保持抽空容器内的低压力;一个适于刺入一个塞子中，进入抽空容器内的空心针;一个用于检测抽空容器内部压力的压力传感器;一个刺入另一个塞子把压力传感器与抽空容器内部连通的联通针;以及一个根据抽空容器内部压力变化计算液体粘度的组件。这个装置容易操作，并且使用小量液体精确和快速地测量液体的粘度成为可能。

在这样的装置中，在液体容器中的被测量液体由于在抽空容器的内部压力和作用在容器中液体表面的大气压之间压差通过空心针导入抽空容器。为了使这样的装置实用化，需要研制低成本的空心针，以便容易进行批量生产。

因此，本发明的一个目的是提供一种能用在测量这样一类液体粘度的装置中的空心针，在该装置里，在液体容器中的被测量液体在抽空容器内部压力和作用在液体容器中液体表面的大气压之间的压差作用下通过空心针流入该抽空容器内。

本发明的上述和其它目的通过提供一种用于测量液体粘度中空心针来达到，空心针包括至少一小的和细长管和一附着其上并在它的表面提供一连接器的衬套，所述的管包括一刺穿部分和一个延伸出供吸入待测液体用的开口的吸入部分，该刺穿部分在其一端有一锐利的刃口，并且在另一端固定到衬套上，包括刺穿部分的刃口的所述管，在由公式：L/D＝50-500所确定的长度（L）上其孔内径（D）是均匀的。

由下面参照附图的描述，本发明的上述的和其它目的、特征和优点将会充分被理解，仅用举例方式来说明本发明的优选的实施例。

图1是示出本发明的一实施例的空心针的平面图;

图2是图1的空心针沿通过它的轴线的直线的剖视图;

图3是示出本发明的另一个实施例的空心针的侧视图;

图4是用于测量液体粘度的包括图1的空心针的装置的示意图。

参照图1和2，上面示出了本发明的一空心针（1），它包括一个小和细长直的管子，该管子包括两部分：即刺穿部分（2）和吸入部分（3）;以及在空心针外表面上的套节（4），该衬套带有用作连接器的螺丝（7）。

刺穿部分（2）在它一端有锐利的刃口（6），它的另一端***到套节（4）的孔腔内，并用粘合剂固定到套节上。刺穿部分（2）一般是由金属或相当坚硬的合成树脂制成，典型的金属是不锈钢（例如由JIS规定的SUS304）。典型的坚硬的合成树脂包括但不限于：聚丙烯类、ABS树脂类、刚性的聚氯乙烯和聚碳酸酯类。

包括它的刃口的刺穿部分（2）的孔内径（D），或刺穿部分（2）和吸入部分（3）两者的孔内径在由公式：L/D＝50-500，确定的特定长度（L）上是均匀不变的，L/D的最佳值是150左右，把L对D（即L/D）的比限制在50-500范围的理由如下。如果L/D的值小于50，液体的流动速度显示出一种由于受到不同直径的吸入部分（3）、下面提到的抽空容器或液体容器的形状的影响所造成的变化，这样使测量液体粘度变成不可能。如果L/D的值超过500，由于压力损失变大，而高粘度的液体的流动不能出现。

通常，刺穿部分（2）的内径在0.2到2.5mm，因为，若内径（D）小于0.2mm，流动阻力变得相当大，液体便不能流动，如果孔内径（D）超过2.5mm，把空心针刺入塞子而不引起下面提到的抽空容器的内压增加是困难的。

如图3所示，刺穿部分（2）可以用橡皮帽（8）遮盖住以保护它的尖锐的刃口（6）或防止它被细菌污染，这样就可以直接从人体抽血。

吸入部分（3）有一个供吸入待测液体用的开口，并且，通常吸入部分和刺穿部分（2）形成一个整体，当然，吸入部分（3）根据需要也可以制成一个单独的部件。在这种情况下，吸入部分（3）用套节（4）连接到刺穿部分（2）上，或用合适的连接器（未示出）连接到套节（4）上，如果吸入部分（3）是刺穿部分（2）的一个整体部分，吸入部分由刺穿部分（2）的同样的材料制造，这些材料，即金属例如不锈钢，或相当坚硬的合成树脂，如聚丙烯类、ABS树脂类，刚性的聚氯乙烯类，聚碳酸酯类等等。但是，如果吸入部分（3）是与刺穿部分（2）分开的小的细长管，那就可以由非刚性的合成树脂如聚乙烯和非刚性的聚氯乙烯制成。

通常吸入部分（3）不具有锐利的刃口，但是当需要时，它也可以有类似于刺穿部分（2）的锐利的刃口。如果，空心针的吸入部分用作从人体直接抽血的血液采集尖端，需要用合适的帽子保护吸入部分（3）的锐利刃口，以防止它损坏，以及在无菌条件下抽血。

如图4所示，套节（4）是把针（1）固定到座架（12）的一部分，并被装置在具有用作连接器的螺丝（7）的刺穿部分（2）的侧边。可以采用如鲁耳锁，压配合件等作为连接器。套节（4）也可以装配有法兰（20），当把针（1）固定到座架（12）时，限制针在刺穿部分（2）方向上针的活动，因此在套节（4）上装配法兰（20）是必定需要的。可以用如聚丙烯类、刚性的聚氯乙烯类、ABS树脂以及聚碳酸酯作为制造套节（4）的材料。

上述空心针（1）用作测量液体粘度的装置的一部分，或下述粘度计的一部分。

参照图4，图中示出一用于测量液体粘度的装置，它包括：一用于存储液体（10）的液体容器（9），恒温槽（11），空心针（1），座架（12），抽空容器（13），一个连接针（16），一个用于检测抽空容器的内部压力的压力传感器（17），一个A/D转换器（18），以及一个用于计算液体粘度的计算机***（19）。

抽空容器（13），即在其中气体压小于大气压的一小的密封容器，通常由一空心圆筒和一对配置在抽空容器的两个开口的胶质弹性材料的密封部件（14）、（15）组成。抽空容器（13）的气体压力低于一预定的压力，一般是相对于大气压-180mmHg左右，这样在容器（9）中的液体（10）通过刺进抽空容器（13）的密封部件（14）的空心针（1）流入抽空容器（13），连接针（16）刺进抽空容器（13）对侧的密封部件（15），从而把抽空容器的内部压力传递到压力传感器（17）。座架（12）由一个在一端封闭的短的空心圆筒组成，在设计时应考虑到既使空心针（1）定位，又能使空心针（1）严格地对准抽空容器（13）的密封部件（14）的中心部分。

在使用时，抽空容器（13）用一个合适的夹持装置（未示出）固定住，然后把连接针（16）刺进密封部件（15）直到它的下端伸进抽空容器（13）的内部，如图4所示。

在上述操作后或前，包含待测液体（10）的液体容器（9）放进保持在一试验温度的恒温槽中，并放置一定时间，以便使液体温度恒定，然后把空心针（1）的吸入部（3）插进容器（9）的液体（10）中。

在计算机（19）完成准备工作后，空心针（1）的刃口（6）刺穿抽空容器的密封部件（14），只要刺穿部分（2）一进入抽空容器（13）的内部，在容器（9）中的液体（10）由于在抽空容器（13）的内部压力和作用在容器（9）中的液体（10）的表面的压力（实际上大气压）之间压差作用下通过空心针（1）流进抽空容器（13）中。

随着液体（10）流入量的增加，抽空容器（13）中未装液体的空间体积减小，从而抽空容器（13）的内部压力逐渐增加。液体的流入一直持续到抽空容器（13）的内部压力达到大气压。

在液体流入期间，抽空容器（13）内部压力变化由压力传感器（17）测定并转换成电信号，并由A/D转换器（18）把电信号转换为数字信号。在一定时间间隔内，A/D转换器（18）的输出信号由计算机（19）经I/O接口（未示出）接收，以测定抽空容器（13）内部压力变化。根据波义耳定律将压力变化转换为抽空容器（13）的未装液体空间体积的变化。

在一个给定的时间隔内，抽空容器（13）内部压力变化速率取决于流经空心针（1）的液体（10）的流动速率，而液体的流动速率随液体粘度变化。因此，液体的粘度可以通过测定抽空容器（13）的内部压力变化来确定。因为，在稳定流动状态中流动的液体粘度系数是由在针（1）的壁上的一个位置上切应力对表观剪切速率的比值来确定的，并且切应力和表观剪切速率分别与抽空容器（13）的内部压力变化和液体流动速率有关，粘度系数可以通过由抽空容器（13）的压力变化和抽空容器（13）未装液体空间体积变化计算切应力和表观剪切速率确定，计算利用了根据液体流动模型推导出的理论方程。这些计算是由计算机***（19）根据编制的程序步骤来完成，但是测定液体粘度的步骤在本说明书中予以略去，因为这些步骤不是本发明的主要内容。

从上述不难看出把本发明的空心针用作测量液体粘度装置的一部分具有如下优点：

（a）可以相当大地改进测量效率，使用本发明的空心针的测量液体粘度的装置对测量血液粘度是有效的，人们要求它在血液采集后的约10分钟内完成血液粘度的测量。在已有技术的粘度计，因为对同一液体需要在不同压差下测量液体粘度几次，以确定特性粘度。与此相反，在使用了本发明的空心针的测量液体粘度的装置的情况，不需要重复测量液体的粘度，因为测定液体粘度是通过检测抽空容器的内部压力，内部压力随时间连续地变化，测定在抽空容器内部压力和大气压之间压差，然后根据波义耳定律在连续计算相应的液体流动速率，这样就可以在1或2分钟的时间，用5-8ml血液测量出血液粘度。

（b）因为空心针成本低并且每次使用后可以丢弃，因此不需要清洗空心针以及用于测量液体粘度的装置的其他部件。

（c）因为本发明的空心针结构简单，所以在低价格生产空心针是可能的。

（d）本发明的空心针使容易完成液体粘度测量成为可能，仅通过把空心针刺穿抽空容器的密封部件即完成测量。

（e）可以测量任何对人体有害的液体，因为待测液体根本不与人体接触。

Claims (7)

1、一种用于测量液体粘度的空心针，包括：至少一个小而细长的管和附在其上的套节(4)，并在其表面装配以连接器(7)，所述管子包括：刺穿部分(2)和吸入部分(3)，吸入部分延伸形成一个用于吸入待测液体的开口，所述刺穿部分(2)在它一端有一锐利的刃口(6)，并在另一端被固定到所述的套节(4)上，所述包括刺穿部分(2)刃口的管在由公式：L/D=50-500所确定的该管的特定长度(L)上其孔内径(D)是均匀的。

2、根据权利要求1所述的空心针，其特征在于孔内径（D）从0.2-2.5mm。

3、根据权利要求1所述的空心针，其特征在于所述针的刺穿部分（2）用一个胶质弹性材料的帽（8）遮盖。

4、根据权利要求1所述的空心针，其特征在于吸入部分（3）带有一个刃口。

5、根据权利要求4所的空心针，其特征在于吸入部分（3）用一个帽遮盖。

6、根据权利要求1所述的空心针，其特征在于刺穿部分（2）和吸入部分（3）彼此形成一个整体。

7、根据权利要求1所述的空心针，其特征在于吸入部分（3）是一个与刺穿部分（2）分离的小和细长的管子，并用所述的套节（4）连接到刺穿部分（2）上。

Images