專(zhuān)利名稱(chēng)：便攜式粘度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明落入利用流通過(guò)(flow-through)型粘度傳感器來(lái)測(cè)量液體粘度的粘度計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
粘度是液體流阻的量度，并且粘度值取決于用于非牛頓液體的變形率，如在R. B.Bird, R. C. Armstrong和O. Hassager創(chuàng)作的Dynamics of Polymeric Liquids, Vol.1,1987中描述的。變形率由以(時(shí)間廣為單位的剪切率給出。在已知剪切率下測(cè)得的粘度是“真實(shí)”粘度。真實(shí)粘度對(duì)剪切率的依賴(lài)性是粘度曲線，該粘度曲線表征材料并且是考慮有效加工的重要因素。然而，在許多情況下，粘度在不明確的測(cè)試狀況下被測(cè)量，使得剪切率不可能是已知或計(jì)算得到的。在不明確的狀況下，測(cè)量粘度值僅是“表觀”的。由于在已知剪切率下測(cè)量真實(shí)粘度，因此真實(shí)粘度是通用的，而表觀粘度不是通用的。相反，表觀粘度取決于測(cè)量系統(tǒng)。例如，作為公知常識(shí)，浸沒(méi)在測(cè)試液體池中的心軸的扭矩在以恒定速度旋轉(zhuǎn)時(shí)該心軸的扭矩被測(cè)量。在該情況下，扭矩值僅產(chǎn)生表觀粘度，這是因?yàn)闇y(cè)試狀況不明確并且剪切率是未知的。至多，表觀粘度可以被測(cè)量為心軸的旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)。僅在用于測(cè)試液體的“本構(gòu)方程”已知的情況下，心軸的旋轉(zhuǎn)速度事實(shí)上可以與剪切率相關(guān)。然而，“本構(gòu)方程”對(duì)于幾乎所有非牛頓液體是未知的。因此，對(duì)于大多數(shù)非牛頓液體來(lái)說(shuō)，不可能在不明確的測(cè)試狀況下測(cè)量真實(shí)粘度。僅給出表觀粘度的粘度測(cè)量方法已經(jīng)被研究并用于制造和材料表征的質(zhì)量控制。各種在線粘度計(jì)被設(shè)計(jì)用于實(shí)時(shí)粘度測(cè)量。美國(guó)專(zhuān)利5，317，908 (Fitzgerald等人)和4，878，378 (Harada)與用于處理控制的測(cè)量表觀粘度的系統(tǒng)相關(guān)。美國(guó)專(zhuān)利6，393，898(Hajduk等人)描述了一種同時(shí)測(cè)量許多測(cè)試液體的系統(tǒng)。這些粘度計(jì)測(cè)量表觀粘度。然而，由于表觀粘度測(cè)量的非通用性，在需要時(shí)必須單獨(dú)地尋找借助具體方法測(cè)量的特定試樣的表觀粘度與真實(shí)粘度之間的相關(guān)性。用于材料配方的基礎(chǔ)研究需要真實(shí)粘度測(cè)量。加工設(shè)備和附件(例如，模具、模、擠出螺桿等)的設(shè)計(jì)同樣需要材料的真實(shí)粘度。然而，表觀粘度測(cè)量在快速測(cè)試中用于指示，這是因?yàn)樗子诓⑶冶桓斓販y(cè)量并且通常更為經(jīng)濟(jì)。真實(shí)粘度更難以獲得并且僅可以借助下述數(shù)種類(lèi)型的儀器來(lái)測(cè)量流變儀和毛細(xì)管粘度計(jì)。流變儀對(duì)測(cè)試試樣獲得精確且已知的剪切率，由此測(cè)量真實(shí)粘度。流變儀是多種多樣的，并且通常裝備成還測(cè)量其他屬性。因此，流變儀通常是昂貴的。此外，大量的試樣需要借助流變儀來(lái)進(jìn)行粘度測(cè)量。同樣，流變儀不是很適于在線應(yīng)用。圓形毛細(xì)管粘度計(jì)可以測(cè)量表觀粘度和真實(shí)粘度，這取決于是否考慮到合適補(bǔ)償。毛細(xì)管粘度計(jì)需要沿毛細(xì)管的壓降測(cè)量，以用于粘度。由于毛細(xì)管是圓形截面的，因此僅可以測(cè)量在入口和出口處的壓力。由于這種限制，毛細(xì)管粘度計(jì)僅測(cè)量表觀粘度，除非通過(guò)使用具有不同長(zhǎng)度-直徑比的兩個(gè)不同毛細(xì)管來(lái)校正入口效應(yīng)。然而，使用兩個(gè)毛細(xì)管使得毛細(xì)管粘度計(jì)是龐大的和/或費(fèi)時(shí)的。毛細(xì)管粘度計(jì)在專(zhuān)利 6，575，019 (Larson),4, 920, 787 (Dual 等人)、4，916，678 (Johnson等人)以及4，793，174 (Yau)中被描述。微流體粘度計(jì)在專(zhuān)利6，681，616 (Michael Spaid等人)和公布2003/0182991 (Michael Spaid等人)中被公開(kāi)。流體通道中的標(biāo)記器的駐留時(shí)間被用于測(cè)量粘度，只有在測(cè)試液體是牛頓液體的情況下該粘度才是真實(shí)粘度。僅測(cè)量非牛頓液體的表觀粘度。在專(zhuān)利5，503，003 (Brookfield)中公開(kāi)的便攜式粘度計(jì)采用在用于粘度測(cè)量的液體池中旋轉(zhuǎn)的心軸的公知扭矩測(cè)量。如所示的并且如公知的，本方法僅測(cè)量表觀粘度?？傊?，大多數(shù)粘度測(cè)量技術(shù)得到表觀測(cè)量并且需要相對(duì)大體積的試樣。同樣，這些儀器在測(cè)量下一試樣之前需要清潔與液體接觸的部件(例如，容器、心軸等)。這種清潔是費(fèi)時(shí)的，從而粘度測(cè)量從設(shè)置到測(cè)試通?；ㄙM(fèi)30分鐘。在當(dāng)前技術(shù)下較大的試樣體積需求也增加了清潔時(shí)間和浪費(fèi)。因此，不存在測(cè)量小量試樣的真實(shí)粘度并且快速地測(cè)量的名副其實(shí)的便攜式粘度計(jì)。本申請(qǐng)人的專(zhuān)利7，290，441中公開(kāi)的狹縫粘度計(jì)使得可能測(cè)量小試樣的真實(shí)粘度。然而，該狹縫粘度計(jì)需要精密液體分配系統(tǒng)以及相關(guān)電子器件，以提供并且控制通過(guò)粘度計(jì)的液體流。在現(xiàn)有技術(shù)中并未公開(kāi)便攜并且可以結(jié)合各種試樣使用的簡(jiǎn)單的精密液體分配系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，便攜式粘度測(cè)量?jī)x器或粘度計(jì)包括微型粘度測(cè)量傳感器；用于強(qiáng)制液體試樣通過(guò)該微型粘度測(cè)量傳感器的便攜精密液體分配系統(tǒng)；用于控制粘度計(jì)的操作的控制器；以及用于顯示液體的測(cè)量粘度的顯示器。傳感器設(shè)計(jì)在本申請(qǐng)人的專(zhuān)利6，892，583和7，290，441中被描述，這些文獻(xiàn)以引用的方式結(jié)合到本文，就像在本文被全文闡述的那樣。本發(fā)明的便攜系統(tǒng)測(cè)量液體的真實(shí)粘度并且僅需要小體積的液體試樣以用于測(cè)量。本發(fā)明還提供獲得待被測(cè)試的液體試樣并且將該液體試樣置入粘度計(jì)中以用于測(cè)試的快速且簡(jiǎn)單的方法。本發(fā)明的便攜精密液體分配系統(tǒng)包括正排量泵，所述正排量泵結(jié)合將在下文中稱(chēng)為正排量移液管的正排量試樣容器操作，在所述正排量試樣容器中供應(yīng)待測(cè)量其粘度的液體試樣。移液管可以從粘度計(jì)被移除以及被更換，使得當(dāng)移液管被移除并且從粘度計(jì)分離時(shí)，待被測(cè)試的液體試樣能夠被抽吸到移液管中，并且然后在其中具有液體試樣的移液管被插入到粘度計(jì)中，用于測(cè)量移液管中液體試樣的粘度。移液管包括柱塞，所述柱塞在所述移液管中滑動(dòng)以將試樣抽吸到移液管中(這可以用手完成)以及當(dāng)移液管在粘度計(jì)中時(shí)迫使試樣離開(kāi)移液管。在正排量泵的一個(gè)實(shí)施方式中，精密馬達(dá)驅(qū)動(dòng)絲杠，當(dāng)所述移液管柱塞被定位在粘度計(jì)中時(shí)，所述絲杠移動(dòng)推回部以使其接觸所述移液管柱塞。當(dāng)推回部使得柱塞在移液管中移動(dòng)時(shí)，液體從移液管被分配到微型粘度測(cè)量傳感器的流通道中。控制電子器件控制精密馬達(dá)的操作，以按照已知的流率將待被測(cè)試的液體從移液管分配到微型粘度測(cè)量傳感器的流通道中。微型流通過(guò)粘度測(cè)量傳感器包括微米級(jí)流通道，該微米級(jí)流通道結(jié)合壓力傳感器陣列，所述壓力傳感器陣列測(cè)量流通道中的液體的完全展開(kāi)流的壓降。該壓降與流經(jīng)該通道的液體的剪切應(yīng)力成比例。剪切率與流率成比例。通過(guò)將剪切應(yīng)力除以剪切率來(lái)計(jì)算試樣液體的粘度。粘度的得到測(cè)量結(jié)果能被示出在顯示器中?；谖⒖刂破骰蛭⑻幚砥鞯碾娮悠骷梢孕纬烧扯扔?jì)的控制器電子器件，以控制泵的馬達(dá)并且處理來(lái)自壓力傳感器的數(shù)據(jù)。該處理數(shù)據(jù)可以被顯示并且還可以被存儲(chǔ)和/或發(fā)送到遠(yuǎn)程裝置。如果期望實(shí)現(xiàn)試樣的溫度控制，那么粘度計(jì)、粘度傳感器和/或移液管中的試樣可以借助基于帕爾貼的溫度控制裝置或其他大致接受的溫度控制裝置被調(diào)節(jié)至設(shè)置溫度。粘度計(jì)可以存儲(chǔ)測(cè)量粘度值的歷史以用于各種用途，和/或可以存儲(chǔ)各種液體(例如，預(yù)期經(jīng)常被測(cè)量的液體)的已知粘度值的數(shù)據(jù)庫(kù)。這可以允許將已知液體的已知粘度與被認(rèn)為是已知液體的試樣的測(cè)量粘度進(jìn)行快速比較。已知值和測(cè)量值之間的差異可以表明該測(cè)試液體不是其被認(rèn)為的那種液體，或者可以表明粘度計(jì)存在問(wèn)題，使得能夠檢查粘度計(jì)。


本發(fā)明的附加特征和優(yōu)勢(shì)從下述詳細(xì)說(shuō)明結(jié)合附圖將顯而易見(jiàn)，所述詳細(xì)說(shuō)明和附圖一起通過(guò)示例的方式描述了本發(fā)明的特征，并且在附圖中
圖1是本發(fā)明的便攜式粘度計(jì)的示意圖2是本發(fā)明的流體通過(guò)粘度傳感器的示意性截面圖3是可用于本發(fā)明的系統(tǒng)中的移液管的截面圖，示出了處于移液管的中間位置的移
液管柱塞；
圖4是與圖3的移液管類(lèi)似的截面圖，示出了處于在液體試樣被抽吸到移液管中之前或在液體試樣從移液管被分配之后的位置的移液管柱塞；以及
圖5是如圖1所示的本發(fā)明的便攜式粘度計(jì)的示意圖，所述便攜式粘度計(jì)包括附加溫
度調(diào)節(jié)裝置?，F(xiàn)將參考所述的示例性實(shí)施方式，并且在本文將使用具體語(yǔ)言來(lái)描述該示例性實(shí)施方式。然而要理解的是，并不由此旨在對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種改進(jìn)的粘度計(jì)，與現(xiàn)有技術(shù)的粘度計(jì)相比，該改進(jìn)的粘度計(jì)是便攜的、更易于使用、更精確、并且采用測(cè)量液體試樣粘度的更快方法。參考圖1，粘度計(jì)22包括精密泵，總體上用附圖標(biāo)記20表示；用于供應(yīng)液體試樣的液體容器14，所述液體試樣期望進(jìn)行粘度測(cè)量；流通過(guò)粘度傳感器15 ;控制器18 ;以及顯示器19。泵20結(jié)合所示的試樣容器使用，所述試樣容器被稱(chēng)為移液管14，并且所述移液管14包括移液管筒或主體13以及柱塞12，所述柱塞可滑動(dòng)地定位在移液管筒13內(nèi)，并且柱塞端部24從筒13的端部延伸。移液管14借助安裝機(jī)構(gòu)28能夠可移除地定位并保持在粘度計(jì)中，使得移液管可以被移除、填充有待被測(cè)試的液體試樣、并且然后被放回到粘度計(jì)的安裝機(jī)構(gòu)中，或者可以被移除并且更換為盛裝待被測(cè)試的液體試樣的另一類(lèi)似移液管。移液管可以被制造為一次性的，使得對(duì)于每個(gè)液體試樣來(lái)說(shuō)，都使用新的清潔的移液管。泵包括精密馬達(dá)23 ;絲杠10，所述絲杠由馬達(dá)23通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置26 (例如，齒輪驅(qū)動(dòng)器或帶驅(qū)動(dòng)器)而旋轉(zhuǎn)；以及推回部11，所述推回部被安裝在絲杠10上，當(dāng)移液管14定位在粘度計(jì)上時(shí)，所述推回部接觸移液管柱塞端部24的末端25。推回部11響應(yīng)于由馬達(dá)23引起的絲杠10的旋轉(zhuǎn)而沿絲杠10橫向移動(dòng)。本發(fā)明可以使用的移液管構(gòu)造的示例在圖3和圖4中被示出。移液管柱塞41具有柱塞頭部42，所述柱塞頭部以密封且可滑動(dòng)的方式接收在移液管筒40中，端部45從移液管筒40的一端延伸。移液管筒以及移液管柱塞都可以由塑料通過(guò)注射成型來(lái)制造。柱塞可以在筒40的內(nèi)部前后滑動(dòng)。為了最小化用試樣液體填充移液管時(shí)的空氣夾帶，柱塞頭部42的端部成形為緊貼地裝配到液體流筒端部43中，如圖4所示以最小化它們之間的任何氣隙44。在移液管處于如圖4所示的狀況下，移液管的液體流端部43可以被插入到液體中，以確定所述液體的粘度。使用者可以握持柱塞41的從移液管筒40延伸的端部45并且將該柱塞從移液管筒的端部43回拉以將試樣通過(guò)筒端部43中的開(kāi)口抽吸到移液管筒中。圖3示出了從筒端部回拉以形成移液管筒中的空間46的柱塞41，該空間46將容納被抽吸到移液管中的液體試樣。當(dāng)移液管柱塞41在移液管筒40中被繼續(xù)回拉時(shí)，試樣將繼續(xù)被抽吸到增加的空間46中。當(dāng)期望量的試樣被抽吸到移液管筒中時(shí)，使用者停止回拉該柱塞41。如果柱塞41朝向筒40的液體流端部43被推動(dòng)，那么空間46中的液體通過(guò)筒端部43中的開(kāi)口從筒40被排出。流通過(guò)粘度傳感器15包括液體入口連接器16和液體出口連接器21。如圖1所示，從移液管筒13的端部排出的液體通過(guò)液體入口連接器16被聯(lián)接到粘度傳感器15的液體入口。液體排出管17通過(guò)液體出口連接器21被聯(lián)接，以引導(dǎo)液體遠(yuǎn)離粘度傳感器15的液體出口。參考圖2，流通過(guò)粘度傳感器15包括液體流通道31，其中流通道入口 35和流通道出口 36被形成在通道基板39中。流通道31具有矩形截面，其中通道基板39提供流通道31的三個(gè)側(cè)面，而留有一個(gè)敞開(kāi)側(cè)面。由壓力傳感器膜37和壓力傳感器基板30形成的整體式傳感器板38結(jié)合通道基板39以封閉流通道31的敞開(kāi)側(cè)面。整體式傳感器板38提供多個(gè)獨(dú)立壓力傳感器，并且相對(duì)于通道基板39定位，以將至少兩個(gè)獨(dú)立壓力傳感器沿流通道31足夠遠(yuǎn)離通道入口 35和通道出口 36地間隔開(kāi)地定位，由此可以由壓力傳感器來(lái)測(cè)量通過(guò)流通道31的液體的完全展開(kāi)流的壓降。在如圖2所示的實(shí)施方式中，由整體式傳感器板38沿流通道31提供三個(gè)獨(dú)立的壓力傳感器。每個(gè)獨(dú)立的壓力傳感器由壓力傳感器膜37中的腔33來(lái)形成。通過(guò)向壓力傳感器膜37的在相應(yīng)腔33上方延伸的部分34施加壓力，壓力傳感器膜37的在相應(yīng)腔33上方延伸的該部分34將偏轉(zhuǎn)到相應(yīng)腔33中。到相應(yīng)腔中的偏轉(zhuǎn)量與由在流通道31中流動(dòng)的流體施加到在相應(yīng)腔上方的壓力傳感器膜上的壓力成比例。檢測(cè)器被設(shè)置在每個(gè)腔中，用于檢測(cè)進(jìn)入到相應(yīng)腔中的膜位移，該膜位移提供施加到在腔上方的膜上的壓力的量度?？梢允褂酶鞣N檢測(cè)器，例如電容檢測(cè)器，其中一個(gè)電容器電極位于在腔上方的壓力傳感器膜上，而另一電容器電極定位在覆蓋該腔的傳感器基板30上。膜位移使得電容器電極彼此更靠近地移動(dòng)并且改變提供壓力的量度的電容。將理解的是，壓力傳感器膜37沿液體通道31的表面是大致平滑連續(xù)表面，而沒(méi)有單獨(dú)壓力傳感器被插入到該表面中以形成不規(guī)則或斷續(xù)。該平滑通道表面對(duì)于獲得精確的壓力測(cè)量來(lái)說(shuō)是重要的。壓力傳感器的更詳細(xì)說(shuō)明以及壓力傳感器構(gòu)造和流通過(guò)粘度傳感器的變形和不同實(shí)施方式在本申請(qǐng)人的專(zhuān)利6，892，583和7，290，441中被提供，這些文獻(xiàn)以引用的方式結(jié)合到本文中。附接到通道基板39的圍繞液體通道入口 35的液體入口連接器16提供與加壓試樣液體(在此，從移液管14排出的液體)源的連接，并且附接到通道基板39的圍繞液體通道出口 36的液體出口連接器21提供與試樣液體排出口或盛裝貯存器的連接。
控制器18控制一個(gè)或多個(gè)微控制器或微處理器以及其他電氣和電子部件，用于控制粘度計(jì)和外圍部件的操作、用于執(zhí)行計(jì)算、用于控制可以顯示測(cè)量粘度和其他信息(例如，粘度計(jì)的狀態(tài))的顯示器19、以及用于與諸如其他計(jì)算機(jī)的其他設(shè)備通信以及傳送數(shù)據(jù)。通信可以通過(guò)端口(例如，RS232或USB端口)進(jìn)行，或通過(guò)無(wú)線或其他通信手段進(jìn)行?？刂破?8通常將包括接口裝置，例如鍵盤(pán)、觸摸按鈕板或鍵板、外部計(jì)算機(jī)、或諸如按鈕、鼠標(biāo)或顯示器19中的觸摸屏的其他數(shù)據(jù)輸入裝置，由此使用者可以將控制和其他指令和信息輸入到控制器中。為了測(cè)量液體試樣的粘度，要確定其粘度的液體試樣在液體試樣盛裝移液管中被獲得。移液管中的液體試樣可以借助粘度計(jì)的使用者從液體源被抽回到移液管中，或者可以以其他方式被供應(yīng)到粘度計(jì)使用者而達(dá)到移液管中。如圖1所示，移液管14被安裝在粘度計(jì)22中并且借助安裝機(jī)構(gòu)28在粘度計(jì)中被保持就位。然后，控制器被致動(dòng)以控制粘度計(jì)，以得到粘度測(cè)量?？刂破鲗⒉僮黢R達(dá)23，以使得推回部11前進(jìn)到如圖1所示的靠在移液管柱塞的末端25上的位置。替代地，當(dāng)在致動(dòng)控制器之前移液管被安裝在粘度計(jì)中時(shí)，推回部11可以由使用者例如手動(dòng)地定位。在推回部11靠在移液管柱塞的末端25上定位的情況下，控制器控制馬達(dá)23以便使得絲杠10旋轉(zhuǎn)，從而使得推回部11和移液管柱塞12以期望速度前進(jìn)，以將液體按照已知的期望流率從移液管排出。當(dāng)柱塞移動(dòng)時(shí)，液體被強(qiáng)制從移液管進(jìn)入到粘度傳感器15中并且流經(jīng)流通道31，在該流通道中，由整體式壓力傳感器38的壓力傳感器來(lái)測(cè)量液體的完全形成流的壓降。所述壓力被測(cè)量為壓力傳感器沿流通道31的將傳感器膜部分34偏轉(zhuǎn)到相應(yīng)腔33中的相應(yīng)膜部分上方的局部壓力。沿流通道31測(cè)量的壓降(沿流通道的相繼壓力傳感器之間測(cè)量的壓差)與在特定流率下的流體的粘度成比例。如果試樣粘度隨著流率而變化，那么控制裝置可以被指令以在流停止或流不停止的情況下順次分配具有不同流率的液體。當(dāng)壓力值被獲得并且粘度值被計(jì)算為流率的函數(shù)時(shí)，以公知的方式校正非牛頓粘度的關(guān)系。測(cè)量粘度可以被顯示在顯示器19上、可以被存儲(chǔ)在控制器存儲(chǔ)器或輔助存儲(chǔ)器中、和/或被傳送到遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器或計(jì)算機(jī)。當(dāng)液體以最初設(shè)定流率(或剪切速率)被注入到粘度傳感器15的液體流通道31中時(shí)，粘度計(jì)感測(cè)液體流通道31內(nèi)部的壓力?？刂破骺梢员痪幊桃源_定壓力水平對(duì)于粘度測(cè)量的最高精度或假定精度來(lái)說(shuō)是否是最優(yōu)的。如果壓力水平太低，那么控制器確定并設(shè)置下一流率值并且將流率增加到新的設(shè)定值?？刂破骼^續(xù)迭代以達(dá)到用于該具體粘度測(cè)量的最優(yōu)流率。由此，未知液體的粘度可以被精確且自動(dòng)地測(cè)量。當(dāng)已經(jīng)獲得用于液體試樣的粘度測(cè)量時(shí)，推回部11操作以使其移回到如下位置，該位置允許用過(guò)的移液管被移除并且在其中具有用于測(cè)試的新液體試樣的新移液管被插入到該粘度計(jì)中。具有待被測(cè)試的新液體試樣的移液管可以是新的一次性移液管或者是用過(guò)的再裝載的移液管。為了進(jìn)行新粘度測(cè)量，控制器操作如上所述的粘度計(jì)以確定新液體試樣的粘度。在該測(cè)試中，新試樣液體取代在粘度傳感器15中的舊試樣液體。由此，不需要粘度傳感器的清潔。如果待被測(cè)試的兩種相繼液體是不相容或混溶的，那么在將新液體分配到粘度傳感器15中之前，粘度傳感器15需要用與這兩種液體都相容的清潔液體來(lái)清潔。這種清潔可以在被測(cè)試的兩種液體之間如下進(jìn)行將盛裝清潔液體的移液管裝載到粘度計(jì)中，并且操作該粘度計(jì)以迫使清潔液體通過(guò)該粘度傳感器15。
粘度計(jì)22可以由電池(例如，可再充電電池)來(lái)供電，使得該粘度計(jì)是相當(dāng)便攜的；或者當(dāng)粘度計(jì)22在各個(gè)位置之間移動(dòng)時(shí)，通過(guò)將該粘度計(jì)連接到電源來(lái)向該粘度計(jì)供電。在一些情況下，可能期望的是控制被測(cè)量其粘度的液體的溫度。如果期望溫度控制，那么粘度計(jì)22、粘度傳感器15和/或移液管14中的試樣可以借助基于帕爾貼溫度控制裝置或其他大致接受的溫度控制裝置在設(shè)定溫度下被調(diào)節(jié)。例如，如圖5所示，該圖與圖1類(lèi)似，溫度控制裝置50可以設(shè)置在移液管安裝機(jī)構(gòu)28中或與移液管安裝機(jī)構(gòu)28接觸，以便當(dāng)移液管被安裝在安裝機(jī)構(gòu)28中時(shí)加熱或冷卻液體試樣盛裝移液管14及盛裝在其中的液體試樣。取決于溫度控制裝置50被如何安裝在移液管安裝機(jī)構(gòu)28中，移液管安裝機(jī)構(gòu)還可以被加熱或冷卻到設(shè)定溫度。可能需要一些時(shí)間以使得移液管中的試樣達(dá)到設(shè)定溫度。類(lèi)似地，溫度控制裝置52可以設(shè)置在粘度傳感器15中或與粘度傳感器15接觸，以便加熱或冷卻粘度傳感器15的材料形成流通道31以及將該材料形成流通道31的溫度保持在設(shè)定溫度。這將趨于將流過(guò)流通道31的材料保持在大致設(shè)定溫度。如所示的，溫度控制裝置可以是帕爾貼裝置或其他已知溫度控制裝置。此外，溫度傳感器可以定位成測(cè)量在粘度計(jì)的各個(gè)位置處的試樣液體的溫度。例如，溫度傳感器可以被包括在傳感器膜37沿流通道31的一個(gè)或多個(gè)位置處，如本申請(qǐng)人的先前引用的專(zhuān)利所示的。不是單獨(dú)控制如上所述的粘度計(jì)22的單獨(dú)部件的溫度，而是粘度計(jì)22或其溫度被控制的部分可以被安裝在殼體中，其中，在該殼體內(nèi)的溫度且因此在該殼體內(nèi)的整個(gè)粘度計(jì)或其部分的溫度一起被溫度控制。如本申請(qǐng)人的先前引用的專(zhuān)利所示的，所述流通過(guò)粘度傳感器是很小的，通常由用于微制造工藝的半導(dǎo)體材料或其他材料構(gòu)造成。例如，壓力傳感器膜可以是硅晶片的一部分，而壓力傳感器基板和通道基板可以是硅酸鹽玻璃晶片的部分。流通道通?？梢孕≈链蠹s10微米的寬度以及大約I微米的深度，并且長(zhǎng)度短至大約100微米。因此，流通道粘度傳感器很小，并且小試樣尺寸可以被用于確定粘度。流通過(guò)粘度傳感器的小尺寸以及用于粘度測(cè)試裝置所需的試樣的小量意味著，諸如移液管和泵的其他粘度部件也可以被制造得相對(duì)較小，使得粘度計(jì)可以容易地被制造為相對(duì)小的便攜式單元。不是制造便攜式粘度計(jì)，相同粘度計(jì)構(gòu)造可以被用于提供靜態(tài)粘度計(jì)，其中待被測(cè)試的液體試樣可以從不同移液管的不同位置被收集，并接著傳送到粘度計(jì)并且在粘度計(jì)的位置處被測(cè)試。需要時(shí)，用于經(jīng)常被測(cè)量或可能被測(cè)量的液體的公布或以其他方式公知的粘度值的數(shù)據(jù)庫(kù)可以被存儲(chǔ)在粘度計(jì)控制器的存儲(chǔ)器中。在這種數(shù)據(jù)庫(kù)可用的情況下，使用者可以從用于選定液體的數(shù)據(jù)庫(kù)容易地顯示公知的粘度值，并且將其與針對(duì)被認(rèn)為是已知液體的試樣液體測(cè)量的粘度值比較。公布值和測(cè)量值之間的差異可以表明測(cè)試液體不是其被認(rèn)作的液體或者可以表明粘度計(jì)存在問(wèn)題，使得能夠檢查粘度計(jì)。此外，出于各種理由，可能有利的是，使用者不時(shí)地訪問(wèn)除了此時(shí)被測(cè)試的液體之外的具體液體的已知粘度值。此外，粘度計(jì)可以借助合適識(shí)別碼來(lái)存儲(chǔ)測(cè)量粘度值的歷史，所述歷史同樣可能由粘度計(jì)的使用者用于各種目的。例如，在具有測(cè)量粘度值的歷史的情況下，使用者可能將在不同時(shí)間用于制造工藝的液體成分的粘度比較以確保該液體成分處于液體成分所需的規(guī)格內(nèi)，或者可能確定并且將成分的粘度值與所形成產(chǎn)品的具體期望屬性相關(guān)聯(lián)。雖然本發(fā)明的泵的描述性實(shí)施方式被示出并描述為包括馬達(dá)、絲杠、以及使得柱塞在移液管中移動(dòng)的推回部，但是可以使用用于使得柱塞在移液管中移動(dòng)的各種其他裝置以及可以從試樣容器提供試樣液體的精確排出的各種其他裝置。 雖然本發(fā)明在此參考本發(fā)明的當(dāng)前被構(gòu)想為在實(shí)踐中實(shí)施本發(fā)明的最佳模式的實(shí)施方式被描述并示出，但是要認(rèn)識(shí)的是，可以作出各種變化以使得本發(fā)明適于不同的實(shí)施方式，而不偏離本文所公開(kāi)的本發(fā)明概念。
權(quán)利要求
1.一種便攜式粘度計(jì)，所述便攜式粘度計(jì)包括:分配泵機(jī)構(gòu)；粘度傳感器，所述粘度傳感器具有矩形液體流通道以及沿所述流通道定位的至少兩個(gè)壓力傳感器，所述至少兩個(gè)壓力傳感器測(cè)量流過(guò)所述流通道的液體的完全展開(kāi)流的壓降；正排量移液管，所述正排量移液管適于盛裝期望測(cè)量其粘度的液體試樣，所述分配泵機(jī)構(gòu)和所述正排量移液管協(xié)作地聯(lián)接，使得所述分配泵機(jī)構(gòu)的操作，與所述正排量移液管協(xié)作，以已知的流率從所述移液管分配測(cè)試液體，并且所述正排量移液管被聯(lián)接到所述粘度傳感器，使得期望測(cè)量其粘度的所述液體在其從所述正排量移液管被分配時(shí)被強(qiáng)制進(jìn)入到所述粘度傳感器中；以及控制器，所述控制器控制所述粘度計(jì)的操作并且處理傳感器數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式粘度計(jì)，所述便攜式粘度計(jì)附加地包括顯示測(cè)試結(jié)果的顯不器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述控制器包括編程微控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述控制器包括用于輸入測(cè)試變量的用戶(hù)接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述正排量移液管包括移液管筒以及移液管柱塞，所述移液管柱塞以密封且可滑動(dòng)的方式定位在所述移液管筒內(nèi)，其中，所述移液管柱塞包括從所述移液管筒延伸的柱塞端部，所述移液管柱塞借助所述柱塞端部能夠在所述移液管筒中滑動(dòng)地移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述移液管柱塞能夠相對(duì)于所述移液管筒沿兩個(gè)相反的方 向可滑動(dòng)地移動(dòng)，沿填充方向的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)液體對(duì)所述移液管筒的填充，以及沿分配方向的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)液體從所述移液管筒的分配。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述分配泵機(jī)構(gòu)的操作與所述正排量移液管協(xié)作使得所述移液管柱塞相對(duì)于所述移液管筒沿分配方向以已知流率移動(dòng)，以將所述移液管筒中的測(cè)試液體以已知流率從所述移液管筒分配。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述分配泵包括馬達(dá)、絲杠和推回部，所述絲杠被聯(lián)接到所述馬達(dá)以使得所述馬達(dá)的操作引起所述絲杠的旋轉(zhuǎn)，所述推回部被聯(lián)接到所述絲杠，使得所述絲杠的旋轉(zhuǎn)引起所述推回部的線性運(yùn)動(dòng)，所述推回部還聯(lián)接到所述柱塞端部，由此所述推回部的所述線性運(yùn)動(dòng)使得所述移液管柱塞沿所述分配方向移動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述控制器控制所述馬達(dá)的操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的便攜式粘度計(jì)，所述便攜式粘度計(jì)附加地包括安裝機(jī)構(gòu)，所述安裝機(jī)構(gòu)用于將所述正排量移液管可移除地安裝到所述粘度計(jì)中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式粘度計(jì)，所述便攜式粘度計(jì)附加地包括安裝機(jī)構(gòu)，所述安裝機(jī)構(gòu)用于將所述正排量移液管可移除地安裝到所述粘度計(jì)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述粘度傳感器包括:通道基板，所述通道基板在其中形成至少一個(gè)流通道、流通道入口以及流通道出口，所述流通道具有三個(gè)側(cè)壁；以及整體式傳感器板，所述整體式傳感器板具有大致平滑感測(cè)表面以及在其不同位置處的至少兩個(gè)獨(dú)立壓力傳感器；其中，所述通道基板和所述整體式傳感器板結(jié)合，使得在流動(dòng)通過(guò)所述至少一個(gè)流通道期間，所述傳感器板的大致平滑感測(cè)表面變?yōu)槟軌蛲耆⒀b液體的所述至少一個(gè)流通道的第四側(cè)壁，并且所述整體式傳感器板中的至少兩個(gè)獨(dú)立壓力傳感器中的至少兩個(gè)沿所述至少一個(gè)流通道足夠遠(yuǎn)離所述流通道入口和所述流通道出口地定位，使得當(dāng)所述液體在所述流通道中流動(dòng)時(shí)測(cè)量在所述至少一個(gè)流通道中的所述液體的完全展開(kāi)流的壓降。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述壓力傳感器板由半導(dǎo)體材料制 成。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述流通道具有深度，并且所述深度大于I微米并且小于I mm。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述粘度計(jì)存儲(chǔ)用于多種液體的已知粘度值的數(shù)據(jù)庫(kù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述粘度計(jì)存儲(chǔ)測(cè)量粘度值的歷史。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述粘度計(jì)由電池來(lái)供電。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述控制器包括通信裝置，所述通信裝置能夠?qū)崿F(xiàn)所述控制器與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)之間的通信。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式粘度計(jì)，所述便攜式粘度計(jì)附加地包括至少一個(gè)溫度控制裝置，所述溫度控制裝置用于控制期望測(cè)量其粘度的液體試樣的溫度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述至少一個(gè)溫度控制裝置控制在被強(qiáng)制進(jìn)入所述粘度傳感器中之前在所述移液管中的期望測(cè)量其粘度的液體試樣的溫度。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的便攜式粘度計(jì)，其中，當(dāng)所述液體試樣流經(jīng)所述粘度傳感器時(shí)，所述至少一個(gè)溫度控制裝置控制期望測(cè)量其粘度的液體試樣的溫度。
22.一種便攜式粘度計(jì)，所述便攜式粘度計(jì)包括:分配泵機(jī)構(gòu)；粘度傳感器，所述粘度傳感器具有矩形液體流通道以及沿所述流通道定位的至少兩個(gè)壓力傳感器，所述至少兩個(gè)壓力傳感器測(cè)量流經(jīng)所述流通道的液體的完全展開(kāi)流的壓降；安裝機(jī)構(gòu)，所述安裝機(jī)構(gòu)適于可移除地安裝正排量移液管，所述正排量移液管適于盛裝期望測(cè)量其粘度的液體試樣，所述安裝機(jī)構(gòu)適于將所述正排量移液管安裝到位以與所述分配泵機(jī)構(gòu)協(xié)作，使得所述分配泵機(jī)構(gòu)的操作從所述正排量移液管以已知流率分配測(cè)試液體，并且使得所述分配泵機(jī)構(gòu)的操作與所述粘度傳感器協(xié)作，以使得期望測(cè)量其粘度的所述液體在其從所述正排量移液管被分配時(shí)被強(qiáng)制進(jìn)入到所述粘度傳感器中；以及控制器，所述控制器控制所述粘度計(jì)的操作并且處理傳感器數(shù)據(jù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的便攜式粘度計(jì)，所述便攜式粘度計(jì)附加地包括顯示測(cè)試結(jié)果的顯示器。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的便攜式粘度計(jì)，所述便攜式粘度計(jì)附加地包括至少一個(gè)溫度控制裝置，所述溫度控制裝置用于控制期望測(cè)量其粘度的液體試樣的溫度。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述至少一個(gè)溫度控制裝置與所述安裝機(jī)構(gòu)協(xié)作，以當(dāng)所述移液管被安裝在所述安裝機(jī)構(gòu)上時(shí)在所述試樣被強(qiáng)制從所述移液管進(jìn)入到所述粘度傳感器中之前控制移液管中期望測(cè)量其粘度的液體試樣的溫度，所述移液管盛裝期望測(cè)量其粘度的液體試樣。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的便攜式粘度計(jì)，其中，當(dāng)所述液體試樣流經(jīng)所述粘度傳感器時(shí)，所述至少一個(gè)溫度控制裝置控制期望測(cè)量其粘度的液體試樣的溫度。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的便攜式粘度計(jì)，其中，所述分配泵包括馬達(dá)、絲杠和推回部，所述絲杠被聯(lián)接到所述馬達(dá)以使得所述馬達(dá)的操作引起所述絲杠的旋轉(zhuǎn)，所述推回部被聯(lián)接到所述絲杠，使得所述絲杠的旋轉(zhuǎn)引起所述推回部的線性運(yùn)動(dòng)，所述推回部在其被安裝到所述安裝機(jī)構(gòu)時(shí)適于與從正排量移液管延伸的柱塞的端部匹配，由此所述推回部的所述線性運(yùn)動(dòng)使得所述移液管柱塞沿所述分配方向以已知速率移動(dòng)，以將測(cè)試液體以已知流率從所述移液管分配到所述粘度傳感器中。
28.一種獲得對(duì)期望測(cè)量其粘度的液體試樣的粘度測(cè)量的方法，所述方法包括以下步驟:獲得便攜式粘度計(jì)，所述便攜式粘度計(jì)包括:分配泵機(jī)構(gòu)；粘度傳感器，所述粘度傳感器具有矩形液體流通道以及沿所述流通道定位的至少兩個(gè)壓力傳感器，所述至少兩個(gè)壓力傳感器測(cè)量流過(guò)所述流通道的液體的完全展開(kāi)流的壓降；安裝機(jī)構(gòu)，所述安裝機(jī)構(gòu)適于可移除地安裝正排量移液管，所述正排量移液管適于盛裝期望測(cè)量其粘度的液體試樣，所述安裝機(jī)構(gòu)適于將所述正排量移液管安裝到位以與所述分配泵機(jī)構(gòu)協(xié)作，使得所述分配泵機(jī)構(gòu)的操作從所述正排量移液管以已知流率分配測(cè)試液體，并且使得所述分配泵機(jī)構(gòu)的操作與所述粘度傳感器協(xié)作，以使得期望測(cè)量其粘度的所述液體在其從所述正排量移液管被分配時(shí)被強(qiáng)制進(jìn)入到所述粘度傳感器中；以及控制器，所述控制器控制所述粘度計(jì)的操作并且處理傳感器數(shù)據(jù)；獲得正排量移液管， 所述正排量移液管盛裝期望測(cè)量其粘度的液體試樣；將盛裝期望測(cè)量其粘度的液體試樣的所述正排量移液管設(shè)置在所述安裝機(jī)構(gòu)中；以及操作所述便攜式粘度計(jì)，以獲得對(duì)被盛裝在所述正排量移液管中的期望測(cè)量其粘度的液體試樣的粘度測(cè)量。
29.一種用于便攜式粘度計(jì)的正排量移液管，所述便攜式粘度計(jì)包括安裝機(jī)構(gòu)，所述安裝機(jī)構(gòu)適于將正排量移液管可移除地安裝到位以與分配泵機(jī)構(gòu)協(xié)作，使得所述分配泵機(jī)構(gòu)的操作從所述正排量移液管以已知流率分配期望測(cè)量其粘度的液體試樣，所述正排量移液管包括:移液管筒；以及移液管柱塞，所述移液管柱塞以密封且可滑動(dòng)的方式定位在所述移液管筒內(nèi)，并且能夠相對(duì)于所述移液管筒沿兩個(gè)相反的方向移動(dòng)，沿填充方向的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)液體對(duì)所述移液管筒的填充，以及沿分配方向的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)液體從所述移液管筒的分配，其中，所述移液管柱塞包括柱塞端部，所述柱塞端部從所述移液管筒延伸并且在移液管被安裝到所述便攜式粘度計(jì)的所述安裝機(jī)構(gòu)時(shí)能夠與所述分配泵機(jī)構(gòu)協(xié)作，使得所述移液管柱塞能夠通過(guò)所述分配泵機(jī)構(gòu)在所述移液管筒中沿分配方向可滑動(dòng)地移動(dòng)，以分配期望測(cè)量其粘度的試樣液體。
全文摘要
便攜式粘度計(jì)包括分配泵機(jī)構(gòu)，所述分配泵機(jī)構(gòu)和被稱(chēng)為正排量移液管的正排量試樣容器協(xié)作，用于以已知的流率分配期望確定其粘度的液體試樣。所分配的液體流過(guò)具有至少兩個(gè)壓力傳感器的流通過(guò)微型粘度傳感器，所述壓力傳感器在所述液體流過(guò)矩形流通道時(shí)測(cè)量所述液體的壓降，在已知流率下的壓降與所述粘度成比例?？刂破骺刂扑稣扯扔?jì)的操作并且處理傳感器數(shù)據(jù)，并且得到的粘度測(cè)量值能被顯示在顯示器上。正排量移液管可移除地定位在粘度計(jì)中，使得當(dāng)粘度測(cè)試完成時(shí)所述正排量移液管能夠從粘度計(jì)被移除，并且用盛裝待被測(cè)試的另一液體的另一正排量移液管來(lái)取代。
文檔編號(hào)G01N11/08GK103080724SQ201180031161
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者S·貝克 申請(qǐng)人:電流感應(yīng)器公司