一種微小液體流量檢測方法
2023-05-20 15:40:46
專利名稱：一種微小液體流量檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種流量測量方法，尤其涉及一種微小液體流量檢測方法。
背景技術：
微小液體流量的計量是微流控晶片(系統)中非常重要的技術參數，其特徵是流量在每分鐘數微升到數百微升這個量級，流動管徑在數毫米以下。但是由於微系統特徵的存在(比如尺度效應、表面效應、膠體界面化學作用等)，傳統的流量計量方法(比如標準表法、容積法、稱重法)在微流控系統的流量計量中顯得不適用、不方便、或不夠準確，比如，由於微流控系統流量太小，(I) 一般流量計量程無法達到，更不用說當做標準表來計量；(2) 採用容積法或稱重法時要達到標準器的有效解析度以保障計量準確性時，需非常長的測量時間，且由於液體的蒸發，容易引起計量的不準確；(3)在測量過程中無法實時顯示瞬時流量，不可進行在線計量。
發明內容
針對現有技術中存在的上述不足之處，本發明提供了一種能瞬態顯示流量，且可實現在線計量，計量高準確的微小液體流量檢測方法。為了解決上述技術問題，本發明採用了如下技術方案
一種微小液體流量檢測方法，包括如下步驟
1)將內徑為微米級的微管道安裝在待檢測的微小流量液體流過的管路中，在該微管道的兩端分別安裝電極，使流體依次流過微管道一端的電極、微管道和微管道另一端的電極，兩個電極分別通過導線與A/D轉換模塊連接，然後將A/D轉換模塊的信號輸出端連接PLC ；
2)由PLC計算出微管道內微小液體的流動電位勢Ψ，該流動電位勢Ψ為兩個電極採集的電位差；
3)並將流動電位勢Ψ代入由PLC執行計算的下列公式中，計算出微管道內的流量、
Q Ti J0 (xri ) 7ζ R° δξτ I2
-~- = — --— ---- + ---- —-- = -K.
Ψ EsgL I2 (ri ) μL Ι0(κΙ^
其中，Λ為微通道的半徑；f為液體的介電係數，為常數；f是液體與半導體材料接觸時的表面電位，為物性常數；A為液體的電導率，是物性常數；L為微通道的長度為液體的粘度係數；it為液體介質雙電層厚度的導數，是物性常數；J0Crit)、I2Cri )分別代
表第零階和第二階的第一類修正貝塞爾函數；f是微管道內的流量&與微管道內的流動電位勢 的比值係數；
4)將PLC與上位機連接，將PLC運行計算出的微管道內的流量β反饋給上位機。作為本發明的一種優選方案，在步驟I)中，微管道的兩端分別安裝有電位採集區，兩個電極分別設置在對應側的電位採集區內，使流體依次流過微管道一端的電位採集區、微管道和微管道另一端的電位採集區。本發明的有益效果是本發明採用基於固液界面雙電層與流動電位勢等微流體技術，解決微流控晶片(系統)流量瞬態顯示、在線計量、計量準等難題，形成高準確度的微小液體流量檢測方法；該微小液體流量檢測方法相比其他流量測量儀器具有無阻流件、無機械可動部件等優點，測量流量量程廣、準確度高，可實現流量的瞬時顯示與在線計量。
圖I為一種微小液體流量檢測裝置的結構示意圖。附圖中1一儲水池；2—聞壓水泵；3—管路系統；4一電位米集區；5—A/D轉換模塊；6—微管道；7—電子秤；8一被檢設備；9一電極；10—下位機；11一上位機；12—檢驗閥門；13—校驗閥門。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細地描述。一種微小液體流量(是指測量液體流量範圍在500nL/Min 500 μ L/Min)檢測方法，該方法包括如下步驟
I)將內徑為微米級的微管道安裝在待檢測的微小流量液體流過的管路中，在該微管道的兩端分別安裝電極，使流體依次流過微管道一端的電極、微管道和微管道另一端的電極，兩個電極分別通過導線與A/D轉換模塊連接，然後將A/D轉換模塊的信號輸出端連接PLC。在本實施例中，微管道的兩端分別安裝有電位採集區，兩個電極分別設置在對應側的電位採集區內，使流體依次流過微管道一端的電位採集區、微管道和微管道另一端的電位採集區，在液體流過電位採集區時，液體便會與電極接觸。為了更好的對本發明的方法進行說明，本實施例建立了如圖I所示的裝置，該裝置包括儲水池I、高壓水泵2、管路系統3、兩個電位採集區4、A/D轉換模塊5、微管道6、電子秤7和被檢設備8。管路系統3和電位採集區4的尺寸在毫米級(一般幾毫米)，本實施例中該管路系統3採用內徑為I 2mm的玻璃毛細管；微管道6的內徑尺寸在微米級(一般在幾十微米到幾百微米之間)，長度在釐米級，本實施例中微管道6的內徑100 μ m,長度5cm釐米，材質為玻璃；高壓水泵2的壓力在O 20Mpa ；電位採集區4的材質為玻璃，形狀為球形。在電位採集區4內設置有電極9，電極9使用鉬電極，電極9上的電位通過導線引出到16位高精度A/D轉換模塊；電子秤作為裝置校驗標準，量程220g，解析度為O. Img ;使用西門子S-7300 PLC作為下位機10，個人計算機作為上位機11，以PLC數字量輸出控制各個閥門(檢驗閥門12和校驗閥門13)，計時器測量累積時間，RS485通訊接受A/D轉換模塊的電壓信號、讀取電子秤讀數和控制高壓水泵的流量，PLC內部計算瞬時流量和累積流量並返回相關參數給計算機。2)由PLC計算出微管道內微小液體的流動電位勢Ψ，該流動電位勢I1為兩個電極採集的電位差。3)並將流動電位勢i代入由PLC執行計算的下列公式中，計算出微管道內的流量β
權利要求
1.一種微小液體流量檢測方法，其特徵在於，包括如下步驟 1)將內徑為微米級的微管道安裝在待檢測的微小流量液體流過的管路中，在該微管道的兩端分別安裝電極，使流體依次流過微管道一端的電極、微管道和微管道另一端的電極；兩個電極分別通過導線與A/D轉換模塊連接，然後將A/D轉換模塊的信號輸出端連接PLC ； 2)由PLC計算出微管道內微小液體的流動電位勢I該流動電位勢±力兩個電極採集的電位差； 3)並將流動電位勢T代入由PLC執行計算的下列公式中，計算出微管道內的流量f其中力微通道的半徑；f為液體的介電係數，為常數；f是液體與半導體材料接觸時的表面電位，為物性常數；A為液體的電導率，是物性常數；￡為微通道的長度；#為液體的粘度係數I為液體介質雙電層厚度的導數，是物性常數；分別代表第零階和第二階的第一類修正貝塞爾函數；J是微管道內的流量β與微管道內的流動電位勢Ψ的比值係數； 4)將PLC與上位機連接，將PLC運行計算出的微管道內的流量β反饋給上位機。
2.根據權利要求I所述的一種微小液體流量檢測方法，其特徵在於在步驟I)中，微管道的兩端分別安裝有電位採集區，兩個電極分別設置在對應側的電位採集區內，使流體依次流過微管道一端的電位採集區、微管道和微管道另一端的電位採集區。
全文摘要
本發明公開了一種微小液體流量檢測方法，將微管道安裝在待檢測的微小流量液體流過的管路中，在該微管道的兩端分別安裝電極，使流體依次流過微管道一端的電極、微管道和微管道另一端的電極；然後計算兩個電極採集的電位差，即流動電位勢；再計算出微管道內的流量，並由上位機顯示。本發明採用基於固液界面雙電層與流動電位勢等微流體技術，解決微流控晶片(系統)流量瞬態顯示、在線計量、計量準等難題，形成高準確度的微小液體流量檢測方法；該一種微小液體流量檢測方法相比其他流量測量儀器具有無阻流件、無機械可動部件等優點，測量流量量程廣、準確度高，可實現流量的瞬時顯示與在線計量。
文檔編號G01F1/64GK102901539SQ201210459498
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月15日 優先權日2012年11月15日
發明者龔磊, 龔中字, 王碩, 詹嬌, 陳風華, 楊紅毅 申請人:重慶市計量質量檢測研究院