[发明专利]一种控制气液动态测试装置中相界面位置的方法

摘要

本发明提供了一种控制气液动态测试装置中相界面位置的方法，通过可控制压力和微流动芯片移动速度的动态测试装置，通过计算电机转速来控制移动座速度，进而控制微流动芯片的速度，通过流量来确认相界面的移动速度和方向，从而与微流动芯片的控制实现联动，保证相界面的观察位置不变。本发明通过对微米尺度的毛细管导内的气液两相流动过程的流量控制、电机速度控制，进而实现了对测试液体形成的相界面位置的控制，从而为低毛管数、低邦德数状态下获取精确的动态接触角提供了基础；本发明可简化控制流程并极大提高数据处理的效率及测量精度。

主权项

1.一种控制气液动态测试装置中相界面位置的方法，其特征在于，包括：微流动芯片，用于供测试液体通过，设置有微米毛细管通道；压力控制管路，包括通过管路与所述微流动芯片连接的注射泵，在管路上安装有检测压力的压力传感器；移动平台，包括作为支撑的基座，和安装在基座上的丝杆，通过螺纹套在丝杆上沿直线移动的移动座，驱动丝杆转动的电机，所述微流动芯片安装在移动座上；摄像单元，设置在所述微流动芯片的上方，用于获取测试液体的相界面图像并输出；控制系统，根据所述压力传感器的信息控制所述注射泵的注射过程，同时通过控制所述电机使所述微流动芯片的水平移动速度与所述微流动芯片内的测试液体移动速度相同且方向相反，以使测试液体形成的相界面始终保持在所述摄像单元的视野范围内；控制所述注射泵的注射过程为：根据两相流方程求出目标压力pt，式中V为相界面速度，x为测试液体在微米毛细管通道中的长度，θ为相界面接触角，μ为测试液体粘度，S为微米毛细管通道截面边长，A为微米毛细孔通道截面面积，R为微米毛细管通道的等效半径，γ为界面张力；由于注射过程的控制就是对流量的控制，而流量Q＝AV，因此上式转换为：控制系统通过流量Q则可以调整注射泵施加至测试液体上的压力来达到目标压力；控制所述微流动芯片的方法如下：所述微流动芯片与所述移动座同步移动，因此求出所述移动座的速度v即可，根据：n＝f/k其中，n为电机的转速，f为控制系统发出的脉冲信号频率，k为转频比；则可得到移动座的速度v：v＝LpnLp为已知丝杠的螺距；设相界面到摄像单元视野的左边缘距离为d，视野宽度为Ws，控制当前移动座速度v的公式为：其中，V为实时采集的相界面速度，τv为时间常数，其物理意义为从将相界面偏离摄像单元的视野中央的距离d‑Ws/2降到0所需要的时间。