專利名稱：一種毛細(xì)微管管徑的測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于毛細(xì)微管管徑的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
毛細(xì)微管是指管內(nèi)徑小于200 μ m毛細(xì)管道，該管道在生醫(yī)檢測(cè)、制冷裝置、電子產(chǎn)品散熱、高效換熱器、建筑材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。獲知毛細(xì)微管管徑是毛細(xì)微管在這些領(lǐng)域應(yīng)用中所涉及的設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化需要考慮的一個(gè)重要前提。例如，在制冷裝置中，毛細(xì)微管管徑不同對(duì)制冷裝置能效有著重要的的影響。因此，迫切需要掌握毛細(xì)微管管徑的測(cè)量方法。然而，傳統(tǒng)的測(cè)量手段難以實(shí)現(xiàn)對(duì)毛細(xì)微管管徑的測(cè)量。例如，一般游標(biāo)卡尺的精度為O. 02_，無(wú)法精確測(cè)量毛細(xì)微管管徑。掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡等原子級(jí)別顯微測(cè)量工具由于成本太高無(wú)法在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。為此，本發(fā)明提供了一種毛細(xì)微管管徑的測(cè)量裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用于毛細(xì)微管管徑的測(cè)量裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是
一種毛細(xì)微管管徑的測(cè)量裝置，包括儲(chǔ)液容器、液體流量控制和壓力驅(qū)動(dòng)裝置、測(cè)量段、流動(dòng)壓降測(cè)試裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和液體回收裝置，所述的儲(chǔ)液容器通過(guò)管路與所述的液體流量控制和壓力驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述的液體流量控制和壓力驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)恒溫流體循環(huán)器和過(guò)濾器與所述的測(cè)量段入口連接，所述的測(cè)量段出口與所述的液體回收裝置連接，所述的流動(dòng)壓降測(cè)試裝置連接在所述的測(cè)量段入口和測(cè)量段出口之間，所述的流動(dòng)壓降測(cè)試裝置與所述的數(shù)據(jù)采集裝置連接。所述的儲(chǔ)液容器內(nèi)裝有如甲醇、水、乙醇等液體工質(zhì)。所述的液體流量控制和壓力驅(qū)動(dòng)裝置由壓力驅(qū)動(dòng)裝置以及連接管路組成。所述的壓力驅(qū)動(dòng)裝置可采用注射泵和注射器、高壓氮?dú)夤藓蛢?chǔ)液罐等。液體流量通過(guò)調(diào)節(jié)壓力驅(qū)動(dòng)裝置推送液體速度來(lái)精確控制。測(cè)量中，只有一臺(tái)所述的壓力驅(qū)動(dòng)裝置處于工作之中，當(dāng)一臺(tái)壓力驅(qū)動(dòng)裝置工作時(shí)，另一臺(tái)壓力驅(qū)動(dòng)裝置可及時(shí)從所述的儲(chǔ)液容器中抽取液體工質(zhì)。采用兩臺(tái)并連的同種規(guī)格型號(hào)的壓力驅(qū)動(dòng)裝置并各自配置有調(diào)節(jié)閥以保證壓力驅(qū)動(dòng)裝置及時(shí)切換，進(jìn)而達(dá)到液體流動(dòng)工況的持續(xù)和穩(wěn)定。由于毛細(xì)微管中的流動(dòng)阻力非常大，因而選用高壓壓力驅(qū)動(dòng)裝置，以保證具有足夠的流體輸運(yùn)能力。所述的測(cè)量段為毛細(xì)微管，毛細(xì)微管前連接有恒溫流體循環(huán)器和過(guò)濾器。可以通過(guò)調(diào)節(jié)所述的恒溫流體循環(huán)器流入換熱模塊與液體工質(zhì)間壁換熱的流體溫度和流量來(lái)控制進(jìn)入所述的毛細(xì)微管的液體工質(zhì)的溫度。由于所述的毛細(xì)微管的內(nèi)徑很小(如ΙΟΟμπι)，所述的毛細(xì)微管前連接有所述的過(guò)濾器，防止雜質(zhì)進(jìn)入所述的毛細(xì)微管，使所述的毛細(xì)微
管堵塞。所述的流動(dòng)壓降測(cè)試裝置由壓差傳感器及其連接管道組成。所述的壓差傳感器連接于所述的毛細(xì)微管的前后并和所述的數(shù)據(jù)采集裝置。所述的數(shù)據(jù)采集裝置由數(shù)據(jù)采集儀、數(shù)據(jù)采集模塊和計(jì)算機(jī)組成。將溫度傳感器、壓力傳感器信號(hào)線連接至所述的數(shù)據(jù)采集模塊，并將數(shù)據(jù)采集模塊插入數(shù)據(jù)采集儀的模塊槽中。所述的數(shù)據(jù)采集儀自帶有數(shù)據(jù)采集軟件，可在計(jì)算機(jī)中對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄、采集、顯不和保存。所述的液體回收裝置由液體回收器皿(如玻璃器皿燒杯)和稱量裝置(如電子天平)組成。進(jìn)出所述的毛細(xì)微管的液體溫度由熱電偶測(cè)得，所述的毛細(xì)微管內(nèi)的液體流動(dòng)壓降通過(guò)壓差傳感器測(cè)得，所述的毛細(xì)微管內(nèi)的液體流量可由壓力驅(qū)動(dòng)裝置顯示得到也可由測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)液體回收器皿中液體工質(zhì)的質(zhì)量增量而得到。所述的毛細(xì)圓形微管內(nèi)層流充分發(fā)展流動(dòng)沿徑向r的常微分方程為 du AP —=--r(I )
dr
式中，為所述的液體工質(zhì)流過(guò)所述的毛細(xì)微管的壓降，L為所述的毛細(xì)微管的長(zhǎng)度，Ih為所述的液體工質(zhì)動(dòng)力粘度。對(duì)r積分，得
u = --^r2+C(2)
AP ,
在管壁處 ， P，得C =,帶入式(2)得
r =R U = O4.叫
A^ulL'}
式(3)即為所述的毛細(xì)微管內(nèi)層流流動(dòng)的速度分布式，將速度分布表達(dá)式(3)沿所述的毛細(xì)微管的有效截面積分，可得計(jì)算所述的毛細(xì)微管內(nèi)體積流量β的表達(dá)式
_ I* , . rR LP ,γΛ. MPi 4 TiiPdi 、
Ql=IudA = I—r )2m￡r = —— = 7^-7- (4)
根據(jù)式(4)，可通過(guò)測(cè)量液體工質(zhì)流過(guò)所述的毛細(xì)微管的壓降Δρ和流量β ,求得所述的毛細(xì)微管的直徑i/
d = *^(5)
V -ιΑΡ
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明毛細(xì)微管管徑的測(cè)量裝置，有效地解決了解決了使用一般測(cè)量工具無(wú)法測(cè)得毛細(xì)微管管徑和使用原子級(jí)別顯微測(cè)量工具成本高的問(wèn)題。采用測(cè)量液體工質(zhì)流過(guò)所述的毛細(xì)微管的壓降△ P和流量0來(lái)測(cè)得所述的毛細(xì)微管直徑V的方法具有易操作、測(cè)量精度高和成本花費(fèi)低等優(yōu)點(diǎn)。


圖I毛細(xì)微管管徑測(cè)量系統(tǒng) 圖2壓差傳感器與毛細(xì)微管的連接。圖中I.儲(chǔ)液容器；2.液體流量控制和壓力驅(qū)動(dòng)裝置；3.調(diào)節(jié)閥；4.管路；5.恒溫流體循環(huán)器；6.過(guò)濾器；7.熱電偶；8.流動(dòng)壓降測(cè)試裝置；9.測(cè)量段；10.數(shù)據(jù)采集裝置；11.計(jì)算機(jī)；12.液體回收裝置；13.壓差傳感器；14.毛細(xì)微管；15.液體。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖進(jìn)行更進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明
圖I給出了本測(cè)量方法的測(cè)量裝置圖，一種毛細(xì)微管管徑的測(cè)量裝置，由儲(chǔ)液容器I、液體流量控制和壓力驅(qū)動(dòng)裝置2、測(cè)量段9、流動(dòng)壓降測(cè)試裝置8、數(shù)據(jù)采集裝置10和液體回收裝置12組成。儲(chǔ)液容器I通過(guò)管路4與液體流量控制和壓力驅(qū)動(dòng)裝置2連接，液體流量控制和壓力驅(qū)動(dòng)裝置2通過(guò)恒溫流體循環(huán)器5和過(guò)濾器6與測(cè)量段9連接，測(cè)量段9前后 與流動(dòng)壓降測(cè)試裝置8連接，流動(dòng)壓降測(cè)試裝置8與數(shù)據(jù)采集裝置10連接，測(cè)量段9與液體回收裝置12連接。儲(chǔ)液容器I內(nèi)裝有液體工質(zhì)(如甲醇等)。液體流量控制和壓力驅(qū)動(dòng)裝置2由壓力驅(qū)動(dòng)裝置(如注射泵和注射器等)以及連接管路組成。液體流量通過(guò)調(diào)節(jié)壓力驅(qū)動(dòng)裝置推送液體速度來(lái)精確控制。測(cè)量中，只有一臺(tái)所述的壓力驅(qū)動(dòng)裝置處于工作之中，當(dāng)一臺(tái)壓力驅(qū)動(dòng)裝置工作時(shí)，另一臺(tái)壓力驅(qū)動(dòng)裝置可及時(shí)從儲(chǔ)液容器I中抽取液體工質(zhì)。采用兩臺(tái)并連的同種規(guī)格型號(hào)的壓力驅(qū)動(dòng)裝置并各自配置有調(diào)節(jié)閥3以保證壓力驅(qū)動(dòng)裝置及時(shí)切換，進(jìn)而達(dá)到液體流動(dòng)工況的持續(xù)和穩(wěn)定。由于毛細(xì)微管中的流動(dòng)阻力非常大，因而選用高壓壓力驅(qū)動(dòng)裝置，以保證具有足夠的流體輸運(yùn)能力。測(cè)量段9由毛細(xì)微管和連接管路組成。毛細(xì)微管前連接有恒溫流體循環(huán)器5和過(guò)濾器6?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)恒溫流體循環(huán)器5流入換熱模塊與液體工質(zhì)間壁換熱的流體溫度和流量來(lái)控制進(jìn)入毛細(xì)微管的液體工質(zhì)的溫度。由于所述的毛細(xì)微管的內(nèi)徑很小(如100// ),毛細(xì)微管前連接有過(guò)濾器6，防止雜質(zhì)進(jìn)入毛細(xì)微管，使毛細(xì)微管堵塞。數(shù)據(jù)采集裝置由數(shù)據(jù)采集儀(如Agilent公司生產(chǎn)的Agilent 34970A數(shù)據(jù)采集儀)、數(shù)據(jù)采集模塊(如Agilent公司生產(chǎn)Agilent 34901A數(shù)據(jù)采集模塊)和計(jì)算機(jī)組成。將溫度傳感器、壓力傳感器信號(hào)線連接至數(shù)據(jù)采集模塊，并將數(shù)據(jù)采集模塊插入數(shù)據(jù)采集儀的模塊槽中。數(shù)據(jù)采集儀自帶有數(shù)據(jù)采集軟件，可在計(jì)算機(jī)中對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄、米集、顯不和保存。液體回收裝置由液體回收器皿(如玻璃器皿燒杯)和稱量裝置(如電子天平)組成。進(jìn)出毛細(xì)微管的液體溫度由熱電偶測(cè)得，毛細(xì)微管內(nèi)的液體流動(dòng)壓降通過(guò)壓差傳感器測(cè)得，毛細(xì)微管內(nèi)的液體流量可由壓力驅(qū)動(dòng)裝置顯示得到也可由測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)液體回收器皿中液體工質(zhì)的質(zhì)量增量而得到。圖2給出了壓差傳感器與毛細(xì)微管的連接方式，流動(dòng)壓降測(cè)試裝置8由壓差傳感器及其連接管道組成。壓差傳感器連接于毛細(xì)微管的前后并和數(shù)據(jù)采集裝置。由毛細(xì)微管內(nèi)層流流動(dòng)的常微分方程(I)可得計(jì)算毛細(xì)微管內(nèi)體積流量A的表達(dá)式(4)，根據(jù)式(4)，可通過(guò)測(cè)量液體工質(zhì)流過(guò)毛細(xì)微管的壓降和流量4，求得毛細(xì)微管的直徑d
權(quán)利要求
1.一種毛細(xì)微管管徑的測(cè)量裝置，其特征在于包括儲(chǔ)液容器、液體流量控制和壓力驅(qū)動(dòng)裝置、測(cè)量段、流動(dòng)壓降測(cè)試裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和液體回收裝置，所述的儲(chǔ)液容器通過(guò)管路與所述的液體流量控制和壓力驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述的液體流量控制和壓力驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)恒溫流體循環(huán)器和過(guò)濾器與所述的測(cè)量段入口連接，所述的測(cè)量段出口與所述的液體回收裝置連接，所述的流動(dòng)壓降測(cè)試裝置連接在所述的測(cè)量段入口和測(cè)量段出口之間，所述的流動(dòng)壓降測(cè)試裝置與所述的數(shù)據(jù)采集裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的毛細(xì)微管管徑的測(cè)量裝置，其特征在于所述的儲(chǔ)液容器內(nèi)裝有液體工質(zhì)，所述的液體流量控制和壓力驅(qū)動(dòng)裝置由壓力驅(qū)動(dòng)裝置以及連接管路組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的毛細(xì)微管管徑的測(cè)量裝置，其特征在于所述的測(cè)量段為毛細(xì)微管，在毛細(xì)微管前連接所述的恒溫流體循環(huán)器和過(guò)濾器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的毛細(xì)微管管徑的測(cè)量裝置，其特征在于所述的流動(dòng)壓降測(cè)試裝置包括壓差傳感器，所述的壓差傳感器連接于所述的毛細(xì)微管的前后并連接所述的數(shù)據(jù)采集裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的毛細(xì)微管管徑的測(cè)量裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集裝置由數(shù)據(jù)采集儀、數(shù)據(jù)采集模塊和計(jì)算機(jī)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的毛細(xì)微管管徑的測(cè)量裝置，其特征在于所述的液體回收裝置由液體回收器皿和稱量裝置組成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種毛細(xì)微管管徑的測(cè)量裝置，包括儲(chǔ)液容器、液體流量控制和壓力驅(qū)動(dòng)裝置、測(cè)量段、流動(dòng)壓降測(cè)試裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和液體回收裝置，儲(chǔ)液容器通過(guò)管路與所述的液體流量控制和壓力驅(qū)動(dòng)裝置連接，液體流量控制和壓力驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)恒溫流體循環(huán)器和過(guò)濾器與=測(cè)量段入口連接，測(cè)量段出口與所述的液體回收裝置連接，流動(dòng)壓降測(cè)試裝置連接在=測(cè)量段入口和測(cè)量段出口之間，流動(dòng)壓降測(cè)試裝置與所述的數(shù)據(jù)采集裝置連接。本發(fā)明解決了使用一般測(cè)量工具無(wú)法測(cè)得毛細(xì)微管管徑和使用原子級(jí)別顯微測(cè)量工具成本高的問(wèn)題。采用測(cè)量液體工質(zhì)流過(guò)所述的毛細(xì)微管的壓降和流量來(lái)測(cè)得所述的毛細(xì)微管直徑的方法具有易操作、測(cè)量精度高和成本花費(fèi)低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B13/08GK102901470SQ201210395018
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者陳永平, 張程賓, 姚洋陽(yáng), 施明恒 申請(qǐng)人:東南大學(xué)