CN202676569U - 一种全自动多管毛细管粘度计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全自动多管毛细管粘度计，包括控制***、气动***、参比液公共注入回路、参比液检测回路和至少一条样品检测回路。本实用新型采用气-液隔离器把多个毛细管并联在一起，使每个毛细管的两端任何时刻都受到相同压力的作用，并且是同时进行测量的方案，很好地解决了现有技术中不能保证每次测量的条件相同、精度低、受温度影响大、操作步骤繁琐等难题，而且可以实现自动在线测量。

Description

一种全自动多管毛细管粘度计

技术领域

本实用新型涉及一种全自动多管毛细管粘度计。

背景技术

粘度测量在许多工业部门和科学研究领域的重要性是众所周知的，在石油、化工、医学等行业应用非常广泛，例如各种石油制品和油漆的品质检验等，都需要进行粘度测量，在医学中测量血液及生物液体的粘度有着很重要的临床意义。某些食品和药物等的生产过程自动控制也要通过监测粘度来实现，还可以通过监测合成反应生成物的粘度，来自动控制反应终点。常用的粘度测量有毛细管粘度计（如奥氏粘度计），用毛细管粘度计测量粘度，一般采用是测量流出时间法（分别测量溶剂和样品的流出时间）。用这种方法测量粘度时，开始和结束时间不容易精确判定，每次测量的条件很难保证相同，所以精度比较低，受温度影响大，操作步骤繁琐，难于实现自动化，用时长，毛细管清洗也很麻繁等。

实用新型内容

针对上述现有技术，本实用新型提供了一种全自动多管毛细管粘度计，本实用新型采用气-液隔离器（这是保证压力相同的关键）把多个毛细管并联在一起，使每个毛细管的两端任何时刻都受到相同压力的作用，并且是同时进行测量的方案，该方案很好地解决了现有技术中不能保证每次测量的条件相同、精度低、受温度影响大、操作步骤繁琐等难题，而且可以实现自动在线测量。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种全自动多管毛细管粘度计，包括控制***、气动***、参比液公共注入回路、参比液检测回路和至少一条样品检测回路，其中，

参比液注入公共回路的结构为：包括弹性气囊式气动泵和参比液瓶Ⅰ，弹性气囊式气动泵的液体入口端与参比液瓶Ⅰ管路连接；

所述参比液检测回路的结构为：包括参比液瓶Ⅱ、气-液隔离器、毛细管、称重瓶、称重装置、废液瓶以及两个弹性气囊式气动泵：弹性气囊式气动泵Ⅰ、弹性气囊式气动泵Ⅱ，其中，弹性气囊式气动泵Ⅰ的液体入口端与参比液瓶Ⅱ管路连接，弹性气囊式气动泵Ⅰ的液体出口端与气-液隔离器的液体入口端管路连接，气-液隔离器的液体出口端与毛细管管路连接，毛细管与称重瓶管路连接；弹性气囊式气动泵Ⅱ的液体入口端与称重瓶管路连接，弹性气囊式气动泵Ⅱ的液体出口端与废液瓶管路连接；称重瓶位于称重装置上；

所述样品检测回路的结构为：包括样品瓶、气-液隔离器、毛细管、称重瓶、称重装置、废液瓶以及两个弹性气囊式气动泵：弹性气囊式气动泵Ⅰ、弹性气囊式气动泵Ⅱ，其中，弹性气囊式气动泵Ⅰ的液体入口端与样品瓶管路连接，弹性气囊式气动泵Ⅰ的液体出口端与气-液隔离器的液体入口端管路连接，气-液隔离器的液体出口端与毛细管管路连接，毛细管与称重瓶管路连接；弹性气囊式气动泵Ⅱ的液体入口端与称重瓶管路连接，弹性气囊式气动泵Ⅱ的液体出口端与废液瓶管路连接；称重瓶位于称重装置上；

所述弹性气囊式气动泵与参比液瓶Ⅰ连接的管路上、弹性气囊式气动泵Ⅰ与参比液瓶Ⅱ连接的管路上、弹性气囊式气动泵Ⅰ与样品瓶连接的管路上以及气-液隔离器与毛细管连接的管路上均设有阀门；

所述气动***上设有两个输出端：A输出路和B输出路；

所述弹性气囊式气动泵的充放气口端通过换向电磁阀与气动***的B输出路管路连接；

所述气-液隔离器的充放气口通过换向电磁阀与气动***的A输出路管路连接；

所述参比液公共注入回路的弹性气囊式气动泵的液体出口端分别与每条样品检测回路的气-液隔离器的液体入口端管路连接；

所述气动***、换向电磁阀、称重装置分别与控制***电路连接。

所述弹性气囊式气动泵的结构为：包括壳体，壳体内形成一个空腔——储液腔，储液腔内设有弹性气囊，壳体上端设有充放气口，充放气口与弹性气囊连通，壳体的下端设有液体出口和液体入口，液体出口和液体入口与储液腔连通。

所述气-液隔离器的结构为：包括壳体，壳体内设有柔性隔膜，从而将壳体内部分为两部分：柔性隔膜上方为充气腔，下方为储液腔；壳体上端设有充放气口，充放气口与充气腔连通，壳体下端设有液体出口和液体入口，液体出口和液体入口与储液腔连通。

优选的，所述阀门为气囊式气动阀门，气囊式气动阀门的结构为：包括阀体，阀体内形成一个空腔，空腔两侧为液体通道，空腔内设有弹性气囊，弹性气囊上设有充放气口；弹性气囊通过换向电磁阀与气动***的B输出路管路连接。

进一步地，所述弹性气囊式气动泵Ⅰ与参比液瓶Ⅱ连接的管路上设有管路回路，管路回路的末端与称重瓶连通，管路与管路回路连接处设有手动换向阀，目的是：当需要在线测量时，通过手动换向阀可以使弹性气囊式气动泵Ⅰ转换成从称重瓶中取参比液，这样可以循环使用参比液。

进一步地，所述弹性气囊式气动泵Ⅰ与气-液隔离器连接的管路上、弹性气囊式气动泵Ⅱ与称重瓶连接的管路上、弹性气囊式气动泵Ⅱ与废液瓶连接的管路上以及参比液公共注入回路的弹性气囊式气动泵与每条样品检测回路的气-液隔离器连接的管路上均设有单向阀。

进一步地，所述参比液公共注入回路的弹性气囊式气动泵与每条样品检测回路的气-液隔离器连接的管路上设有注液口和手动阀门，使用时可以通过手动注液器向注液口中手动注液。

进一步地，为保证测量过程中不受温度变化的干扰，参比液瓶、样品瓶、弹性气囊式气动泵、气-液隔离器、气囊式气动阀门、毛细管等均可以放入恒温槽中。

所述样品检测回路可以根据需要而设置多条，2条、3条、4条、5条……均可。

优选的，所述弹性气囊式气动泵以及气-液隔离器的壳体均是由通过螺栓连接的上下两部分构成。

所述控制***、气动***、称重装置、恒温槽均是现有技术中的常规装置，为常规技术，对所属领域技术人员而言是容易实现的，本实用新型对此无改进之处，不再赘述。

另外，参比液检测回路/样品检测回路中的称重装置可以共用，即：无需每条参比液检测回路/样品检测回路都独立配制一套称重装置，多条或所有参比液检测回路/样品检测回路可以共用一套称重装置，方法是共用称重装置分时进行，这对所属领域技术人员而言是容易实现的。

工作原理：把每个毛细管的一端通过气-液隔离器连到同一个气源上（同一个气压源，压力可调且稳定），另一端处在相同的大气环境中，这样就可以保证每个毛细管两端的压力都相同，当流体流过每个毛细管时，时刻都受到相同的压力作用。通过检测在相同时间（t）内流过毛细管的参比液与样品的体积（V₀和V_n）的比值，再根据泊肃叶定律（P-=KQη）推导出的计算流体粘度的公式［ηr=K(V₀/V_n)］，由微处理器计算出相对粘度。

公式推导如下：

P=K₀Q₀η₀    (参比液毛细管)

P=K_nQ_nη_n    (样品毛细管)

K₀=8L₀/ЛR₀ ⁴

K_n=8L_n/ЛR_n ⁴

P：毛细管两端的压力；（P=P₂-P₁ P₂气源压力；P₁：大气压）Q₀：参比液的体积流量；Q_n：样品的体积流量；η₀：：参比液的粘度；η_n：样品的粘度；K₀：参比液毛细管的几何常数；K_n：样品毛细管的几何常数(L：毛细管的长度；R：毛细管的半径)。

由压力相等得：K_nQ_nη_n=K₀Q₀η₀

η_n/η₀=K₀Q₀∕K_nQ_n=K₀Q₀t∕K_nQ_nt=K₀V₀∕K_nV_n

得到公式：η_r=K(V₀/V_n)

K：(K=K₀/K_n)粘度仪常数；η_r：(η_r=η_n/η₀)相对粘度；V₀：参比液的体积；V_n：样品的体积。

流体体积比值(V₀/V_n)的测量是通过称重装置间接得到的(这也是本实用新型的一个创新点)，方法是：每次测量前先定一下标，用精密微量吸液器（特制的专用精密量具，比如微量注射器）分别量出相同体积的参比液和样品进行称重，然后以参比液为一个标准单位，对样品进行定标，同样定为一个单位（这样可以消去常数m_n/m_o），这样就实现了用称重装置（称重传感能达到到很高的精度）测量流体的体积比值(V₀/V_n)，不用再进行密度测量了（对所属领域技术人员而言，很容易实现）。

依据是：V₀/V_n=(W₀/W_n)(m_n/m_o)。(m_n/m_o)为常数（质量是个常数）

公式证明如下：

ρ₀=m₀/V₀ ρ_n=m_n/V_n令：V_n=V₀

ρ₀/ρ_n=(m₀/V₀)/(m_n/V_n)=m_o/m_n ρ₀=ρ_n(m_o/m_n)

V₀/V_n=(m₀/ρ₀)/(m_n/ρ_n)=(m₀g/ρ₀)/(m_ng/ρ_n)=W₀/[ρ_n(m_o/m_n)]/W_nρ_n=(W₀/W_n)(m_n/m_o)

得到公式：V₀/V_n=(W₀/W_n)(m_n/m_o)

ρ_n：样品密度；ρ₀：溶剂的密度；W_n：样品重量；W_o：溶剂重量；V_n：样品体积；V₀：溶剂体积；m_n：样品质量m_o：；溶剂质量；g：重力加速度。

本实用新型的全自动多管毛细管粘度计的工作过程如下：

(1)排空气囊式气动泵（包括弹性气囊式气动泵Ⅰ、弹性气囊式气动泵Ⅱ和弹性气囊式气动泵）和气-液隔离器中的储液腔，为吸液准备：过程为：控制***控制相关的电路接通，气动***通过相应的换向电磁阀，向全部弹性气囊式气动泵中的弹性气囊和全部气-液隔离器中的充气腔充气，把储液腔中的气体排出（通过气囊式气动阀门和个毛细管）。

(2)吸入参比液：过程为：控制***控制相关的电路断开，参比液公共注入回路的弹性气囊式气动泵以及参比液检测回路的弹性气囊式气动泵Ⅰ中的弹性气囊通过相应的换向电磁阀收缩放气（注：换向电磁阀通电时充气，断电时放气），同时储液腔吸入参比液（从参比液瓶Ⅰ和参比液瓶Ⅱ中吸取）。

(3)向气-液隔离器注入参比液：过程为：控制***控制相关的电路接通，同时相关电路断开（使气-液隔离器的充气腔通过对应的电磁阀放气），气动***通过相应的换向电磁阀向参比液公共注入回路的弹性气囊式气动泵以及参比液检测回路的弹性气囊式气动泵Ⅰ中的弹性气囊充气，把弹性气囊式气动泵中的参比液注入三个样品检测回路的气-液隔离器中，把参比液检测回路的弹性气囊式气动泵Ⅰ中的参比液注入参比液检测回路的气-液隔离器中，同时，气囊式气动阀门关闭。

(4)测量粘度计常数K值：（K的测量只有在换新毛细管时才进行）过程为：控制***控制相关的电路接通，同时相应的电路断开使气囊式气动阀门开通，气动***通过相应的换向电磁阀，向气-液隔离器充气，参比液在气压作用下流入相应的毛细管中，尔后流入称重瓶里，由称重装置对其称重，其信号经放大器放大后送控制***处理，完成测量K（K_1n、K_2n、k_3n）。

(5)排空称重瓶：过程为：控制***控制相关的电路断开，相应的弹性气囊式气动泵Ⅱ中的弹性气囊通过换向电磁阀收缩放气，同时相应的储液腔吸进称重瓶中的参比液（排空要求不高，余下一点通过清零就解决了）。

(6)把液体排到废液瓶中：过程为：控制***控制相关的电路接通，气动***通过相应的换向电磁阀，向对应的弹性气囊式气动泵Ⅱ中的弹性气囊充气，把参比液挤到废液瓶中。

(7)吸入样品和参比液：过程为：控制***控制相关的电路断开，弹性气囊式气动泵Ⅰ中的弹性气囊通过相应的换向电磁阀收缩放气，同时储液腔吸入样品/参比液。

(8)向气-液隔离注入样品和参比液：过程为：控制***控制相关的电路接通，同时相应的电路断开，气动***通过相应的换向电磁阀向弹性气囊式气动泵Ⅰ中的弹性气囊充气，把弹性气囊式气动泵Ⅰ的储液腔中的样品/参比液注入气-液隔离器中，同时气囊式气动阀门关闭。

(9)测量样品：过程为：控制***控制相关的电路接通，同时相应的电路断开使气囊式气动阀门开通，气动***通过相应的换向电磁阀，向气-液隔离器充气，参比液/样品在气压作用下流入毛细管中，尔后流入称重瓶里，由称重装置对其称重，其信号经放大器放大后送控制***处理，完成样品测量。测量完毕后，参比液和样品可通过上述步骤（5）（6）排到废液瓶中。

本实用新型的全自动多管毛细管粘度计，其主要元件的作用和特点如下：

气-液隔离器的作用是：当储液腔充入液体后，气压通过柔性隔膜的无阻力传递作用到液体上，使之流入毛细管中（气-液隔离器是本实用新型的独创部件)，它即保证了每个毛细管受到相同气压作用，又能使气液相互隔离，同时每个毛细管中的液体不能相混。由于结构简单紧凑，又是通过气体传动的，所以可以通过气囊式气动阀门直接与毛细管连接(使连接管路很短)，这样可以消除管路的影响，耐腐蚀，因成本很低，可以一次性使用，当更换样品时可省去清洗工作。

弹性气囊式气动泵作用是：把样品瓶中的样品或参比液瓶中的参比液送入气-液隔离器中；另一个作用是把称重瓶中的液体抽出送入废液瓶中（弹性气囊式气动泵是本实用新型的独创部件)，当向弹性气囊充气时，储液腔的液体被泵出，当弹性气囊弹性收缩时，从外部吸入液体，液流向由气囊式气动阀门和单向阀确定，这为自动取液提供了保证。由于结构简单紧凑，又是通过气体传动的，很方便于管路的连接，可一次性使用，省去对泵的清洗，耐腐蚀，弹性气囊式气动泵的容积比气-液隔离器大很多，能充分保证向气-液隔离器注液，因不存在像机械泵那样卡死的问题，因此不用再设置判断充液情况的传感器了(因气体具有传递速度快的特点只要很短时间就能完成注液)。

气囊式气动阀门的作用是：在控制***作用下控制流体通断（气囊式气动阀门是本实用新型的独创部件），特点是开闭可靠，对流体的阻力可以忽略不计，是专为本粘度计设计的，特别适合在低压管路中使用，与机械结构的阀门相比，结构非常简单（可以和管子做一体使管路连接简单方便），尺寸小，耐腐蚀，成本很低，可以一次性使用，可免去清洗工作。

换向电磁阀的作用是：在控制***作用下控制气动***与弹性气囊式气动泵和气囊式气动阀门作相应的动作，以完成取液测量等自动控制，这对所属领域技术人员而言是常规的，容易实现的。

气动***分A、B两路输出，A路给气-液隔离器提供气压，压力采用PID控制，并且气压可以调节，以适应测量不同流体的需要。B路气压大于A路，给弹性气囊式气动泵和气囊式气动阀门供气。

本实用新型的全自动多管毛细管粘度计，与传统的毛细管粘度计相比，由于采用独特的气-液隔离器，把多个毛细管并联在一起，使每个毛细管的两端任何时刻都受到相同压力的作用，(当压力变化时，因为变化量相同，所以变化量在V_O与V_N的比中被消去，这样可以消除压力的波动的影响，使得测量精度得以大大提高。由于相对粘度(ηr)只取决体积的比值，体积比值(V_o/V_n)的检测是通过称重传感器来完成的，因为现有称重传感器具有很高的灵敏度和稳定性（如电子天平的精度可达0.001mg），因此，测量灵敏度非常高(由粘度的微小变化引起的流量的微小变化，都能通过称重传感器被测量出来)，并且稳定性很高。

由于溶剂和样品液体的粘度是在相同的温度环境下同步测量的，测量的又是相对粘度（其它粘度可根据它计算出来），在本仪器中，相对粘度值只取决于体积的比值(V_o/V_n)，当测定V_o与V_n的比值时，相同的变化量在相比中被抵消了，因此温度的扰动被大大的消弱了，所以受温度影响小(这对高精度的仪器是很重要)，对恒温槽的温度的控制要求也低。

总之由于通过积体同比测量和采用高精度的重量传感器，实现了对粘度的很高精度的测量。

因采用的是间接测量，称重器传感不与管路***相连，所以不会对管路产生干扰，这进一步提高了精度，同时方便于扩充。

能自动同时进行多个样品的测量（并且随时可以扩充，增加样品检测回路，可以以扩充模块的形式扩充加入，不用增加称重装置，方法是共用称重装置分时进行，这对所属领域技术人员而言是容易实现的）。而且测量速度快，非常省时省力（只要把样品放到样品瓶中就行了），因此大大提高了效率。可以进行在线自动测量，只要把样品瓶换成在线测量的液体源，就可以很方便实现在线自动测量，这有利于实现生产过程的自动控制。

由于气体传动是柔性传动，使得毛细管与管路的连接和安置都很灵活，这样可以使更换毛细管变的非常简单方便，在更换样品时，只要换上一个新的毛细管马上就可以进行测量了。因使用的毛细管结构很简单（就是一根细直筒）很容易清洗，也可以一次性使用。

因采用的是气动传动加上独特的气动元件(囊式气动泵，气-液隔离器，气囊式气动阀门三者有机组合)，所以使得自动部分的结构非常简单紧凑。

在精度要求不高时，可不用参比溶剂作参比，直接通过测量体积来测样品的粘度，（η_n=kPt/V；V=W/ρ；ρ可由查表得到，也可通过测量得到，压力P是采用PID控制的，精度可以满足要求）。

压力源A的压力可以调节可以适应测量不同流体的需要。

另外，本实用新型还有操作简单，使用方便，少维护，制做容易，成本低等优点。

附图说明

图1为本实用新型的全自动多管毛细管粘度计的结构示意图。

图2为本实用新型的测量原理示意图。

图3为本实用新型的气-液隔离器的结构示意图。

图4为本实用新型的弹性气囊式气动泵的结构示意图。

图5为本实用新型的气囊式气动阀门的结构示意图。

图6为本实用新型的恒温槽中的配置情况示意图。

其中，1、气动***；2、控制***；3、弹性气囊式气动泵Ⅰ；4、弹性气囊式气动泵Ⅱ；5、换向电磁阀；6、弹性气囊式气动泵；7、气-液隔离器；8、单向阀；9、气囊式气动阀门；10、参比液瓶Ⅰ；11、手动换向阀；12、毛细管；13、样品瓶；14、称重瓶；15、废液瓶；16、称盘；17、称重传感器；18、放大器；19、注液口；20、手动注液器；21、手动阀门；22、参比液瓶Ⅱ；23、充放气口；24、壳体；25、充气腔；26、柔性隔膜；27、储液腔；28、液体入口；29、液体出口；30、弹性气囊；31、恒温槽。A表示A输出路；B表示B输出路；小写字母a、b、c、d……q、m、x、y、z表示电路连接，如：图中有两处a，则表示此两处电路连接。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

一种全自动多管毛细管粘度计，如图1所示，包括控制***2、气动***1、参比液公共注入回路、参比液检测回路和三条样品检测回路，其中，

参比液公共注入回路的结构为：包括弹性气囊式气动泵6和参比液瓶Ⅰ10，弹性气囊式气动泵6的液体入口端与参比液瓶Ⅰ10管路连接；

所述参比液检测回路的结构为：包括参比液瓶Ⅱ22、气-液隔离器7、毛细管12、称重瓶14、称重装置（包括秤盘16、称重传感器17和放大器18，为现有技术中的常规结构）、废液瓶15以及两个弹性气囊式气动泵：弹性气囊式气动泵Ⅰ3、弹性气囊式气动泵Ⅱ4，其中，弹性气囊式气动泵Ⅰ3的液体入口端与参比液瓶Ⅱ22管路连接，弹性气囊式气动泵Ⅰ3的液体出口端与气-液隔离器7的液体入口端管路连接，气-液隔离器7的液体出口端与毛细管12管路连接，毛细管12与称重瓶14管路连接；弹性气囊式气动泵Ⅱ4的液体入口端与称重瓶14管路连接，弹性气囊式气动泵Ⅱ4的液体出口端与废液瓶15管路连接；称重瓶14位于称重装置上；

所述样品检测回路的结构为：包括样品瓶13、气-液隔离器7、毛细管12、称重瓶14、称重装置、废液瓶15以及两个弹性气囊式气动泵：弹性气囊式气动泵Ⅰ3、弹性气囊式气动泵Ⅱ4，其中，弹性气囊式气动泵Ⅰ3的液体入口端与样品瓶13管路连接，弹性气囊式气动泵Ⅰ3的液体出口端与气-液隔离器7的液体入口端管路连接，气-液隔离器7的液体出口端与毛细管12管路连接，毛细管12与称重瓶14管路连接；弹性气囊式气动泵Ⅱ4的液体入口端与称重瓶14管路连接，弹性气囊式气动泵Ⅱ4的液体出口端与废液瓶15管路连接；称重瓶14位于称重装置上；

所述弹性气囊式气动泵6与参比液瓶Ⅰ10连接的管路上、弹性气囊式气动泵Ⅰ3与参比液瓶Ⅱ22连接的管路上、弹性气囊式气动泵Ⅰ3与样品瓶13连接的管路上以及气-液隔离器7与毛细管12连接的管路上均设有气囊式气动阀门9；

所述气动***1上设有两个输出端：A输出路和B输出路；

所述弹性气囊式气动泵6、弹性气囊式气动泵Ⅰ3、弹性气囊式气动泵Ⅱ4的充放气口端通过换向电磁阀5与气动***1的B输出路管路连接；

所述气-液隔离器7的充放气口通过换向电磁阀5与气动***1的A输出路管路连接；

所述参比液公共注入回路的弹性气囊式气动泵6的液体出口端分别与每条样品检测回路的气-液隔离器7的液体入口端管路连接；

所述气动***1、换向电磁阀5、称重装置分别与控制***2电路连接。

所述弹性气囊式气动泵6（弹性气囊式气动泵Ⅰ3、弹性气囊式气动泵Ⅱ4同弹性气囊式气动泵6）的结构为：包括壳体24，壳体24内形成一个空腔——储液腔27，储液腔27内设有弹性气囊30，壳体24上端设有充放气口23，充放气口23与弹性气囊30连通，壳体24的下端设有液体出口29和液体入口28，液体出口29和液体入口28与储液腔27连通，如图4所示。

所述气-液隔离器的结构为：包括壳体24，壳体24内设有柔性隔膜26，从而将壳体24内部分为两部分：柔性隔膜26上方为充气腔25，下方为储液腔27；壳体24上端设有充放气口23，充放气口23与充气腔25连通，壳体24下端设有液体出口29和液体入口28，液体出口29和液体入口28与储液腔27连通，如图3所示。

所述气囊式气动阀门9的结构为：包括阀体，阀体内形成一个空腔，空腔两侧为液体通道，空腔内设有弹性气囊30，弹性气囊30上设有充放气口23；弹性气囊30通过换向电磁阀5与气动***1的B输出路管路连接，如图5所示。

所述弹性气囊式气动泵Ⅰ3与参比液瓶Ⅱ22连接的管路上设有管路回路，管路回路的末端与称重瓶14连通，管路与管路回路连接处设有手动换向阀11，目的是：当需要在线测量时，通过手动换向阀11可以使弹性气囊式气动泵Ⅰ3转换成从称重瓶14中取参比液，这样可以节省参比液。

所述弹性气囊式气动泵Ⅰ3与气-液隔离器7连接的管路上、弹性气囊式气动泵Ⅱ4与称重瓶14连接的管路上、弹性气囊式气动泵Ⅱ4与废液瓶15连接的管路上以及参比液公共注入回路的弹性气囊式气动泵6与每条样品检测回路的气-液隔离器7连接的管路上均设有单向阀8。

所述参比液公共注入回路的弹性气囊式气动泵6与每条样品检测回路的气-液隔离器7连接的管路上设有注液口19和手动阀门21，使用时可以通过手动注液器20向注液口19中手动注液。

所述弹性气囊式气动泵6（弹性气囊式气动泵Ⅰ3、弹性气囊式气动泵Ⅱ4同弹性气囊式气动泵6）以及气-液隔离器7的壳体均是由通过螺栓连接的上下两部分构成。

工作原理：把每个毛细管12的一端通过气-液隔离器7连到同一个气源上（同一个气压源，压力可调且稳定），另一端处在相同的大气环境中，这样就可以保证每个毛细管12两端的压力都相同，当流体流过每个毛细管12时，时刻都受到相同的压力作用。通过检测在相同时间（t）内流过毛细管12的参比液与样品的体积（V₀和V_n）的比值，再根据泊肃叶定律（P=KQη）推导出的计算流体粘度的公式［ηr＝K(V₀/V_n)］，由微处理器（控制***2的部件）计算出相对粘度。

公式推导如下：

P=K₀Q₀η₀      (参比液毛细管)

P=K_nQ_nη_n      (样品毛细管)

K₀=8L₀/ЛR₀ ⁴

K_n=8L_n/ЛR_n ⁴

P：毛细管两端的压力；（P=P₂-P₁ P₂气源压力；P₁：大气压）Q₀：参比液的体积流量；Q_n：样品的体积流量；η₀：：参比液的粘度；η_n：样品的粘度；K₀：参比液毛细管的几何常数；K_n：样品毛细管的几何常数(L：毛细管的长度；R：毛细管的半径)。

由压力相等得：K_nQ_nη_n=K₀Q₀η₀

η_n/η₀=K₀Q₀∕K_nQ_n=K₀Q₀t∕K_nQ_nt=K₀V₀∕K_nV_n

得到公式：η_r=K(V₀/V_n)

K：(K=K₀/K_n)粘度仪常数；η_r：(η_r=η_n/η₀)相对粘度；V₀：参比液的体积；V_n：样品的体积，如图2所示，图中，最左端的毛细管12为参比液检测回路上的毛细管，其余为样品检测回路上的毛细管。

流体体积比值(V₀/V_n)的测量是通过称重装置间接得到的(这也是本实用新型的一个创新点)，方法是：每次测量前先定一下标，用精密微量吸液器（特制的专用精密量具，比如微量注射器）分别量出相同体积的参比液和样品进行称重，然后以参比液为一个标准单位，对样品进行定标，同样定为一个单位（这样可以消去常数m_o/m_n），这样就实现了用称重装置（称重传感能达到到很高的精度）测量流体的体积比值(V₀/V_n)，不用再进行密度测量了（对所属领域技术人员而言，很容易实现）。

依据是：V₀/V_n=(W₀/W_n)(m_n/m_o)。(m_n/m_o)为常数（质量是个常数）

公式证明如下：

ρ₀=m₀/V₀ ρ_n=m_n/V_n 令：V_n=V₀

ρ₀/ρ_n=(m₀/V₀)/(m_n/V_n)=m_o/m_n ρ₀=ρ_n(m_o/m_n)

V₀/V_n=(m₀/ρ₀)/(m_n/ρ_n)=(m₀g/ρ₀)/(m_ng/ρ_n)=W₀/[ρ_n(m_o/m_n)]/W_nρ_n=(W₀/W_n)(m_n/m_o)

得到公式：V₀/V_n=(W₀/W_n)(m_n/m_o)

ρ_n：样品密度；ρ₀：溶剂的密度；W_n：样品重量；W_o：溶剂重量；V_n：样品体积；V₀：溶剂体积；m_n：样品质量m_o：；溶剂质量；g：重力加速度。

工作过程如下：

(1)排空气囊式气动泵（包括弹性气囊式气动泵Ⅰ3、弹性气囊式气动泵Ⅱ4和弹性气囊式气动泵6）和气-液隔离器7中的储液腔27，为吸液准备：过程为：控制***2控制相关的电路（a、b、……i、n、o、p、q）接通（注：j、k、l、m不接通），气动***1通过相应的换向电磁阀5（5a、5b、…5i、5n、5o、5p、5q），向全部弹性气囊式气动泵中的弹性气囊30和全部气-液隔离器7中的充气腔25充气，把储液腔27中的气体排出（通过气囊式气动阀门9和4个毛细管）。

(2)吸入参比液：过程为：控制***2控制相关的电路（a、b）断开，弹性气囊式气动泵6以及参比液检测回路的弹性气囊式气动泵Ⅰ3中的弹性气囊30通过相应的换向电磁阀5（5a、5b）收缩放气（注：换向电磁阀通电时充气，断电时放气），同时储液腔吸入参比液（从参比液瓶Ⅰ10和参比液瓶Ⅱ22中吸取）。

(3)向气-液隔离器7注入参比液：过程为：控制***2控制相关的电路（a、b、j、k、l、m）接通，同时电路(c、e、g、i)断开（使气-液隔离器7的充气腔25通过对应的电磁阀5c、5e、5g、5i放气），气动***1通过相应的换向电磁阀5（5a、5b、）向弹性气囊式气动泵6以及参比液检测回路的弹性气囊式气动泵Ⅰ3中的弹性气囊30充气，把弹性气囊式气动泵6中的参比液注入三个样品检测回路的气-液隔离器7中，把参比液检测回路的弹性气囊式气动泵Ⅰ3中的参比液注入参比液检测回路的气-液隔离器7中，同时，气囊式气动阀门9关闭。

(4)测量粘度计常数K值：过程为：控制***2控制相关的电路(c、e、g、i)接通，同时电路(j、k、l、m)断开使气囊式气动阀门9开通，气动***1通过相应的换向电磁阀5(5c、5e、5g、5i)，向气-液隔离器7充气，参比液在气压作用下流入相应的毛细管12中，尔后流入称重瓶14里，由称重装置对其称重，其信号经放大器18放大后送控制***2处理，完成测量K。

(5)排空称重瓶：过程为：控制***2控制相关的电路(n、o、p、q)断开，相应的弹性气囊式气动泵Ⅱ4中的弹性气囊30通过换向电磁阀5（5n、5o、5p、5q）收缩放气，同时相应的储液腔27吸进称重瓶14中的参比液。

(6)把液体排到废液瓶15中：过程为：控制***2控制相关的电路(n、o、p、q)接通，气动***1通过相应的换向电磁阀5（5n、5o、5p、5q），向对应的弹性气囊式气动泵Ⅱ4中的弹性气囊30充气，把参比液挤到废液瓶15中。

(7)吸入样品和参比液：过程为：控制***2控制相关的电路（b、d、f、h）断开，弹性气囊式气动泵Ⅰ3中的弹性气囊30通过相应的换向电磁阀5（5b、5d、5f、5h）收缩放气，同时储液腔27吸入样品/参比液。

(8)向气-液隔离注入样品和参比液：过程为：控制***2控制相关的电路（b、d、f、h，j、k、l、m）接通，同时电路(c、e、g、i)断开，气动***1通过相应的换向电磁阀5（5b、5d、5f、5h）向弹性气囊式气动泵Ⅰ3中的弹性气囊30充气，把弹性气囊式气动泵Ⅰ3的储液腔27中的样品/参比液注入气-液隔离器7中，同时气囊式气动阀门9关闭。

(9)测量样品：过程为：控制***2控制相关的电路(c、e、g、i)接通，同时电路(j、k、l、m)断开使气囊式气动阀门9开通，气动***1通过相应的换向电磁阀5，向气-液隔离器7充气，参比液/样品在气压作用下流入毛细管12中，尔后流入称重瓶14里，由称重装置对其称重，其信号经放大器18放大后送控制***2处理，完成样品测量。

换向电磁阀5通电时充放气口与气源连通进行充气，断电时充放气口与大气连通进行放气。

三个样品检测回路的毛细管12可测同样的样品，也可测不同的样品。

为保证测量过程中不受温度变化的干扰，参比液瓶、样品瓶、弹性气囊式气动泵、气-液隔离器、气囊式气动阀门、毛细管等均可以放入恒温槽中，如图6所示。

Claims (9)

1.一种全自动多管毛细管粘度计，其特征在于：包括控制***、气动***、参比液公共注入回路、参比液检测回路和至少一条样品检测回路，其中，

参比液公共注入回路的结构为：包括弹性气囊式气动泵和参比液瓶Ⅰ，弹性气囊式气动泵的液体入口端与参比液瓶Ⅰ管路连接；

所述参比液检测回路的结构为：包括参比液瓶Ⅱ、气-液隔离器、毛细管、称重瓶、称重装置、废液瓶以及两个弹性气囊式气动泵：弹性气囊式气动泵Ⅰ、弹性气囊式气动泵Ⅱ，其中，弹性气囊式气动泵Ⅰ的液体入口端与参比液瓶Ⅱ管路连接，弹性气囊式气动泵Ⅰ的液体出口端与气-液隔离器的液体入口端管路连接，气-液隔离器的液体出口端与毛细管管路连接，毛细管与称重瓶管路连接；弹性气囊式气动泵Ⅱ的液体入口端与称重瓶管路连接，弹性气囊式气动泵Ⅱ的液体出口端与废液瓶管路连接；称重瓶位于称重装置上；

所述样品检测回路的结构为：包括样品瓶、气-液隔离器、毛细管、称重瓶、称重装置、废液瓶以及两个弹性气囊式气动泵：弹性气囊式气动泵Ⅰ、弹性气囊式气动泵Ⅱ，其中，弹性气囊式气动泵Ⅰ的液体入口端与样品瓶管路连接，弹性气囊式气动泵Ⅰ的液体出口端与气-液隔离器的液体入口端管路连接，气-液隔离器的液体出口端与毛细管管路连接，毛细管与称重瓶管路连接；弹性气囊式气动泵Ⅱ的液体入口端与称重瓶管路连接，弹性气囊式气动泵Ⅱ的液体出口端与废液瓶管路连接；称重瓶位于称重装置上；

所述弹性气囊式气动泵与参比液瓶Ⅰ连接的管路上、弹性气囊式气动泵Ⅰ与参比液瓶Ⅱ连接的管路上、弹性气囊式气动泵Ⅰ与样品瓶连接的管路上以及气-液隔离器与毛细管连接的管路上均设有阀门；

所述气动***上设有两个输出端：A输出路和B输出路；

所述弹性气囊式气动泵的充放气口端通过换向电磁阀与气动***的B输出路管路连接；

所述气-液隔离器的充放气口通过换向电磁阀与气动***的A输出路管路连接；

所述参比液公共注入回路的弹性气囊式气动泵的液体出口端分别与每条样品检测回路的气-液隔离器的液体入口端管路连接；

所述气动***、换向电磁阀、称重装置分别与控制***电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种全自动多管毛细管粘度计，其特征在于：所述弹性气囊式气动泵的结构为：包括壳体，壳体内形成一个空腔——储液腔，储液腔内设有弹性气囊，壳体上端设有充放气口，充放气口与弹性气囊连通，壳体的下端设有液体出口和液体入口，液体出口和液体入口与储液腔连通。

3.根据权利要求1所述的一种全自动多管毛细管粘度计，其特征在于：所述气-液隔离器的结构为：包括壳体，壳体内设有柔性隔膜，从而将壳体内部分为两部分：柔性隔膜上方为充气腔，下方为储液腔；壳体上端设有充放气口，充放气口与充气腔连通，壳体下端设有液体出口和液体入口，液体出口和液体入口与储液腔连通。

4.根据权利要求1所述的一种全自动多管毛细管粘度计，其特征在于：所述阀门为气囊式气动阀门，气囊式气动阀门的结构为：包括阀体，阀体内形成一个空腔，空腔两侧为液体通道，空腔内设有弹性气囊，弹性气囊上设有充放气口；弹性气囊通过换向电磁阀与气动***的B输出路管路连接。

5.根据权利要求1所述的一种全自动多管毛细管粘度计，其特征在于：所述弹性气囊式气动泵Ⅰ与参比液瓶Ⅱ连接的管路上设有管路回路，管路回路的末端与称重瓶连通，管路与管路回路连接处设有手动换向阀。

6.根据权利要求1所述的一种全自动多管毛细管粘度计，其特征在于：所述弹性气囊式气动泵Ⅰ与气-液隔离器连接的管路上、弹性气囊式气动泵Ⅱ与称重瓶连接的管路上、弹性气囊式气动泵Ⅱ与废液瓶连接的管路上以及参比液公共注入回路的弹性气囊式气动泵与每条样品检测回路的气-液隔离器连接的管路上均设有单向阀。

7.根据权利要求1所述的一种全自动多管毛细管粘度计，其特征在于：所述参比液公共注入回路的弹性气囊式气动泵与每条样品检测回路的气-液隔离器连接的管路上设有注液口和手动阀门。

8.根据权利要求1所述的一种全自动多管毛细管粘度计，其特征在于：所述参比液检测回路/样品检测回路中的称重装置共用。

9.根据权利要求1所述的一种全自动多管毛细管粘度计，其特征在于：所述弹性气囊式气动泵以及气-液隔离器的壳体均是由通过螺栓连接的上下两部分构成。

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