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KR101215353B1 - Fluid viscosity measuring device and method of measuring fluid-viscosity - Google Patents

Fluid viscosity measuring device and method of measuring fluid-viscosity Download PDF

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KR101215353B1
KR101215353B1 KR1020110019081A KR20110019081A KR101215353B1 KR 101215353 B1 KR101215353 B1 KR 101215353B1 KR 1020110019081 A KR1020110019081 A KR 1020110019081A KR 20110019081 A KR20110019081 A KR 20110019081A KR 101215353 B1 KR101215353 B1 KR 101215353B1
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viscosity
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channel
channels
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양성
강양준
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광주과학기술원
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Abstract

본 발명은 유체 시료의 점도를 측정할 수 있는 점도 측정 장치 및 점도 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명의유체 점도 측정 장치는, 점도(viscosity)를 측정하고자 하는 제1 유체를 주입하기 위한 제1 주입구와, 점도를 알고 있으며 상기 제1 유체와 혼합되지 않는 제2 유체를 주입하기 위한 제2 주입구가 형성되는 유체 주입부; 및 상기 유체 주입부와 연결되고, 동일한 단위 단면적을 가지는 복수의 채널이 상기 제1 유체 및 상기 제2 유체의 유동 방향에 대하여 교차하는 방향으로 이격하여 배치되는 채널 어레이를 포함한다.
The present invention relates to a viscosity measuring device and a viscosity measuring method capable of measuring the viscosity of a fluid sample.
The fluid viscosity measuring device of the present invention includes a first inlet for injecting a first fluid for which viscosity is to be measured, and a second for injecting a second fluid that is incompatible with the first fluid and which has a viscosity. A fluid injection part in which an injection hole is formed; And a channel array connected to the fluid injection unit and having a plurality of channels having the same unit cross-sectional area and spaced apart from each other in a direction crossing the flow direction of the first fluid and the second fluid.

Description

유체 점도 측정 장치 및 점도 측정 방법{Fluid viscosity measuring device and method of measuring fluid-viscosity}Fluid viscosity measuring device and method of measuring fluid-viscosity

본 발명은 점도 측정 장치 및 점도 측정 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 유체 시료의 점도를 측정할 수 있는 유체 점도 측정 장치 및 유체 점도 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a viscosity measuring device and a viscosity measuring method. More specifically, the present invention relates to a fluid viscosity measuring device and a fluid viscosity measuring method capable of measuring the viscosity of a fluid sample.

유체는 유체가 흐를 때 유동에 저항하는 성질이 있는데 이러한 성질을 점성(viscosity)이라고 하고, 이러한 점성의 크기를 점도라고 한다.Fluid has a property of resisting flow when a fluid flows. This property is called viscosity, and the magnitude of this viscosity is called viscosity.

한편, 현대 산업 분야에서는 사용되는 물질의 물성 측정이 중요한 작업으로 인식되고 있다. 그 중에서도 오일, 혈액과 같은 유체는 물성 중에서도 점도가 다른 특성들보다 중요한 특성이다. 이런 이유로 유체의 점도 측정은 유체 형태의 시료를 이용하는데 있어 선결적 작업이다.On the other hand, measuring the physical properties of materials used in the modern industrial field is recognized as an important task. Among them, fluids such as oil and blood are more important properties than other properties among physical properties. For this reason, measuring the viscosity of a fluid is a prerequisite for using samples in fluid form.

일반적으로 혈액 등과 같은 유체의 점도를 측정하기 위한 유체 점도 측정 장치를 점도계(viscometer)라 하며, 현재 많이 사용되는 점도계의 종류는 다양한 것들이 있는데, U자 형의 튜브를 이용하여 중력의 힘에 의한 유체의 이동을 통하여 점도를 측정하는 방법, 유체가 채워진 수직형태의 관속에 구형 물체를 넣어 떨어뜨렸을 때 구형 물체가 내려가는 속도를 이용하여 점도를 측정하는 방법, 유체가 충진된 공간에서 물체의 회전 운동 시 필요한 토크를 이용하여 점도를 측정하는 방법 등이 있다.Generally, a fluid viscosity measuring device for measuring the viscosity of a fluid such as blood is called a viscometer, and there are various types of viscometers that are currently used. There are various types of viscometers. To measure the viscosity by moving the spherical object, to measure the viscosity using the velocity at which the spherical object falls when the spherical object is dropped into a vertical tube filled with fluid, and when the object is rotated in a fluid-filled space There is a method of measuring the viscosity using the required torque.

그러나 상기와 같은 종래의 점도 측정 방법으로 점도를 측정하기 위해서는 대형의 장비가 필요하다. 또한 유체의 정확한 점도를 측정하기 위해서는 여러 개의 시료를 준비하여 반복 측정을 하여야 하는데 상술한 방법들은 측정을 위한 준비가 복잡하고 측정 방법도 용이하지 않다.However, in order to measure the viscosity by the conventional viscosity measurement method as described above, large equipment is required. In addition, in order to measure the exact viscosity of the fluid, several samples should be prepared and repeated measurements. The above-mentioned methods are complicated to prepare for the measurement and the measurement method is not easy.

또한, 종래의 점도 측정 방법은 점도 측정을 위하여 다량의 유체를 필요로 하는 문제가 있다. 이러한 문제들로 인하여 유체 형태 시료의 점도를 정밀하게 측정하는데 한계가 있다. In addition, the conventional viscosity measurement method has a problem that requires a large amount of fluid for viscosity measurement. These problems limit the precise measurement of the viscosity of a fluid sample.

또한, 종래의 점도계는 다양한 전단율에 걸친 점도를 측정할 때 환경 변화에 의한 오차 발생의 우려가 있었다.In addition, the conventional viscometer has a fear of error due to environmental changes when measuring the viscosity over a variety of shear rate.

한편, 최근에는 기준 점도를 가지는 기준유체와 혈액 등과 같은 점도 측정 대상 유체를 상호 비교함으로써, 측정 대상 유체의 점도를 측정할 수 있는 유체 점도 측정 장치가 개발되고 있지만, 혈액등과 같은 유체의 점도를 간단하고 안정적으로 측정하는데 한계가 있다.On the other hand, in recent years, a fluid viscosity measuring device capable of measuring the viscosity of a fluid to be measured by comparing a reference fluid having a reference viscosity with a fluid to be measured, such as blood, has been developed. There is a limit to simple and stable measurement.

또한, 혈액은 물과 같은 유체와 달리 적혈구, 혈소판 등을 포함하고 있어 전단응력과 변형률의 관계가 일정하지 않은 비뉴턴 유체(non-Newtonian Fluid)이기 때문에 다양한 전단율에서 점도를 안정적으로 측정할 수 있는 유체 점도 측정 장치가 요구된다.In addition, since blood contains red blood cells and platelets, unlike a fluid such as water, it is a non-Newtonian fluid in which the relationship between shear stress and strain is not constant, so that viscosity can be stably measured at various shear rates. A fluid viscosity measuring device is required.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유체 형태 시료의 점도를 쉽고 간편하게 측정할 수 있는 점도 측정 장치 및 점도 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to provide a viscosity measuring apparatus and a viscosity measuring method which can easily and simply measure the viscosity of a fluid sample.

또한, 본 발명은 혈액 등과 같은 비뉴턴 유체에 있어서 다양한 전단율에 대한 점도를 간단하고 안정적으로 측정할 수 있는 유체 점도 측정 장치 및 점도 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a fluid viscosity measuring apparatus and a viscosity measuring method capable of simply and stably measuring the viscosity for various shear rates in non-Newtonian fluids such as blood.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 점도(viscosity)를 측정하고자 하는 제1 유체를 주입하기 위한 제1 주입구와, 점도를 알고 있으며 상기 제1 유체와 혼합되지 않는 제2 유체를 주입하기 위한 제2 주입구가 형성되는 유체 주입부; 및In order to solve the above problems, the present invention, the first inlet for injecting the first fluid to measure the viscosity (viscosity), and a second fluid that knows the viscosity and is not mixed with the first fluid A fluid injection unit in which a second injection hole is formed; And

상기 유체 주입부와 연결되고, 동일한 단위 단면적을 가지는 복수의 채널이 상기 제1 유체 및 상기 제2 유체의 유동 방향에 대하여 교차하는 방향으로 이격하여 배치되는 채널 어레이를 포함하는 유체 점도 측정 장치를 제공한다.And a channel array connected to the fluid injection unit and having a plurality of channels having the same unit cross-sectional area and spaced apart from each other in a direction crossing the flow direction of the first fluid and the second fluid. do.

상기 복수의 채널은 각각 직사각형의 단면 형상을 가지며, 동일한 폭 및 높이를 가지는 것이 바람직하다.The plurality of channels each have a rectangular cross-sectional shape and preferably has the same width and height.

상기 채널 어레이는 복수로 구비되어 상기 제1 유체와 상기 제2 유체의 유동 방향을 따라 순차적으로 배치되되, 각 채널 어레이의 채널은 서로 다른 단위 단면적을 가지며, 각 채널 어레이 사이에는, 전단계의 채널 어레이를 이루는 채널의 출구와 다음 단계의 채널 어레이를 이루는 채널의 입구가 연통되는 단일 채널이 형성되는 것이 바람직하다.The channel array may be provided in plural and disposed sequentially along the flow direction of the first fluid and the second fluid, and the channels of each channel array may have different unit cross-sectional areas. Preferably, a single channel is formed in communication with the outlet of the channel forming the channel and the inlet of the channel forming the next channel array.

상기 채널 어레이는 각각 동일한 수의 채널을 구비하는 것이 바람직하며, 상기 채널 어레이의 채널의 단위 단면적은 상기 제1 유체 및 제2 유체의 유동 방향에 대하여 단계적으로 증가 또는 감소하는 것이 바람직하다.Preferably, each of the channel arrays has the same number of channels, and the unit cross-sectional area of the channels of the channel arrays is increased or decreased stepwise with respect to the flow direction of the first fluid and the second fluid.

상기 채널 어레이는, 상기 채널 어레이의 채널의 단위 단면적이 상기 제1 유체 및 제2 유체의 유동 방향에 대하여 단계적으로 증가하도록 배치되는 증가 패턴과, 상기 채널 어레이의 채널의 단위 단면적이 상기 제1 유체 및 제2 유체의 유동 방향에 대하여 단계적으로 감소하도록 배치되는 감소 패턴이 연결되도록 배치되며, 상기 증가 패턴과 상기 감소 패턴은 연결 부위를 기준으로 대칭 형상을 가지도록 배치되는 것이 바람직하다.The channel array may include an increase pattern in which the unit cross-sectional area of the channels of the channel array is increased stepwise with respect to the flow direction of the first fluid and the second fluid, and the unit cross-sectional area of the channels of the channel array is the first fluid. And a reduction pattern arranged to decrease in stages with respect to the flow direction of the second fluid, so that the reduction pattern is arranged to have a symmetrical shape with respect to the connection site.

상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 상기 채널 어레이를 유동 시 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 각각 유동하는 상기 채널 어레이의 채널의 개수의 비율을 계산하여 상기 제1 유체의 점도를 측정할 수 있다.The viscosity of the first fluid may be measured by calculating a ratio of the number of channels of the channel array in which the first fluid and the second fluid flow, respectively, when the first fluid and the second fluid flow through the channel array. Can be.

상기 제1 유체의 점도는, 상기 채널 어레이를 유동하는 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 유동하는 채널의 개수 및 상기 제1 유체와 상기 제2 유체의 유량에 의한 함수로 계산될 수 있으며, 상기 제1 유체의 점성계수는 다음 수학식에 의하여 계산될 수 있다.The viscosity of the first fluid may be calculated as a function of the number of channels through which the first fluid and the second fluid flow through the channel array and the flow rates of the first fluid and the second fluid, The viscosity coefficient of the first fluid may be calculated by the following equation.

Figure 112011015525060-pat00001
Figure 112011015525060-pat00001

(여기서, μA : 제1 유체의 점성계수, μB : 제2 유체의 점성계수, NA : 채널 어레이에서 제1 유체가 유동하는 채널의 개수, NB : 채널 어레이에서 제2 유체가 유동하는 채널의 개수, QA : 제1 유체의 유량, QB : 제2 유체의 유량)Where μ A is the viscosity coefficient of the first fluid, μ B is the viscosity coefficient of the second fluid, N A is the number of channels through which the first fluid flows in the channel array, and N B is the flow rate of the second fluid in the channel array. Number of channels, Q A : flow rate of the first fluid, Q B : flow rate of the second fluid)

상기 제1 유체는 전단율(shear rate)에 따라 점도가 변화하는 비뉴턴 유체(non-Newtonian Fluid)를 포함하고, 상기 제2 유체는 전단율에 관계없이 일정한 점도를 가지는 뉴턴 유체(Newtonian Fluid)를 포함할 수 있으며, 상기 제1 유체는 혈액(Blood)이고, 상기 제2 유체는 인산완충식염수(PBS)인 것이 바람직하다.The first fluid includes a non-Newtonian fluid whose viscosity varies according to a shear rate, and the second fluid includes a Newtonian fluid having a constant viscosity regardless of the shear rate. It may include, wherein the first fluid is blood (Blood), the second fluid is preferably phosphate buffered saline (PBS).

또 다른 실시 형태로서, 상기 제1 유체와 상기 제2 유체는 전단율에 관계없이 일정한 점도를 가지는 뉴턴 유체를 포함할 수 있다.As another embodiment, the first fluid and the second fluid may include Newtonian fluids having a constant viscosity regardless of the shear rate.

또한, 상기 제1 유체와 상기 제2 유체의 표면장력비(surface tension ratio)가 2 이하인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a surface tension ratio of the first fluid and the second fluid is 2 or less.

상기 유체 주입부와 상기 채널 어레이 사이에 연결되며, 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 유입되어 하나의 이동 경로를 형성하도록 가이드 하는 유체 가이드부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a fluid guide unit connected between the fluid injection unit and the channel array and configured to guide the first fluid and the second fluid to form one movement path.

또한 본 발명은, 동일한 단위 단면적을 가지는 복수의 채널이 이격하여 배치되는 채널 어레이를 마련하는 단계와, 점도(viscosity)를 측정하고자 하는 제1 유체 및 점도를 알고 있으며 상기 제1 유체와 혼합되지 않는 제2 유체를 각각 일정한 유량으로 상기 채널 어레이에 주입하는 단계와, 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 유동하는 상기 채널 어레이의 채널의 개수를 산출하여, 상기 개수의 비율을 계산하여 상기 제1 유체의 점도를 측정하는 단계;를 포함하는 유체 점도 측정 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a step of providing a channel array in which a plurality of channels having the same unit cross-sectional area is spaced apart, the first fluid and the viscosity to be measured viscosity is not mixed with the first fluid Injecting a second fluid into the channel array at a constant flow rate, calculating a number of channels of the channel array through which the first fluid and the second fluid flow, and calculating a ratio of the number to calculate the ratio of the first fluid It provides a fluid viscosity measurement method comprising the; measuring the viscosity of the fluid.

상기 제1 유체의 점도는, 상기 채널 어레이를 유동하는 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 유동하는 채널의 개수 및 상기 제1 유체와 상기 제2 유체의 유량에 의한 함수로 계산될 수 있으며, 상기 제1 유체의 점성계수는 다음 수학식에 의하여 계산되는 것이 바람직하다.The viscosity of the first fluid may be calculated as a function of the number of channels through which the first fluid and the second fluid flow through the channel array and the flow rates of the first fluid and the second fluid, Viscosity coefficient of the first fluid is preferably calculated by the following equation.

Figure 112011015525060-pat00002
Figure 112011015525060-pat00002

본 발명에 의하면, 채널을 유동하는 시료의 점도를 측정하기 위하여, 각 단계별 채널 어레이에서 시료가 차지하는 채널의 개수를 세는 방법에 의하여 쉽고 간단하게 점도를 측정할 수 있는 효과가 있으며, 뉴턴 유체 뿐만 아니라 특히 점도 측정이 까다롭고 복잡한 비뉴턴 유체의 점도를 매우 손쉽고 간단하게 측정할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, in order to measure the viscosity of the sample flowing through the channel, by the method of counting the number of channels occupied by the sample in each stage channel array, it is possible to easily and simply measure the viscosity, as well as Newtonian fluid In particular, it is very easy and simple to measure the viscosity of non-Newtonian fluids that are difficult and complex in viscosity measurement.

또한 본 발명에 의하면, 서로 다른 단위 단면적을 가지는 채널 어레이를 다단으로 형성함으로써 유체의 다양한 전단율에 대하여 점도를 측정할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, by forming a multi-stage channel array having a different unit cross-sectional area, the viscosity can be measured for a variety of shear rates of the fluid.

또한, 본 발명의 유체 점도 측정 장치는 채널의 중심 부위를 기준으로 채널 어레이가 대칭적으로 배치됨으로써, 유체의 점도 측정 시 동일한 전단율에 대하여 실시간으로 반복 실험이 가능하며, 동일한 전단율에 대하여 동일한 점도가 계산되는지 확인할 수 있어 장치의 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, in the fluid viscosity measuring apparatus of the present invention, the channel array is symmetrically disposed with respect to the central portion of the channel, so that the same shear rate can be repeated in real time when measuring the viscosity of the fluid, and the same shear rate is the same. It is possible to check whether the viscosity is calculated, which has the effect of increasing the reliability of the device.

또한 본 발명은 구조가 단순하고 간단하여 누구나 쉽게 장치를 구성하고 이를 이용하여 유체의 점도를 측정할 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage that the structure is simple and simple, anyone can easily configure the device and use it to measure the viscosity of the fluid.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 점도 측정 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1의 X 부분의 확대도이다.
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 유체 점도 측정 장치를 이용하여 유체의 점도를 측정하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 점도 측정 장치를 이용한 실험에서 유체의 경계면 패턴을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 점도 측정 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유체 점도 측정 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
1 is a configuration diagram schematically showing a fluid viscosity measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of part X of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 2.
4 is a cross-sectional view taken along line II-II ′ of FIG. 2.
5 is a view for explaining the principle of measuring the viscosity of the fluid using the fluid viscosity measuring device of the present invention.
6 is a view showing the interface pattern of the fluid in the experiment using the fluid viscosity measuring device according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic view showing a fluid viscosity measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
8 is a configuration diagram schematically showing a fluid viscosity measuring device according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 점도 측정 장치를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1의 X 부분의 확대도이며, 도 3 및 도 4는 각각 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선 및 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다.1 is a schematic view showing a fluid viscosity measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of a portion X of FIG. 1, and FIGS. 3 and 4 are Ⅰ-I of FIG. 2, respectively. Sectional drawing according to the line and II-II.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 점도 측정 장치는 기판(1)과, 기판(1) 상에 본딩(bonding) 결합되는 투명한 재질의 구조물(3) 등으로 구성될 수 있다. 여기서, 유체 점도 측정 장치를 구성하는 구조물(3)은 유체 주입부(10), 유체 가이드부(20), 채널부(30) 및 유체 유출부(40)를 포함할 수 있다.As shown in Figure 1 to 2, the fluid viscosity measuring apparatus according to an embodiment of the present invention is a substrate 3, a structure 3 of a transparent material bonded to the substrate (1), etc. It may be configured as. Here, the structure 3 constituting the fluid viscosity measuring device may include a fluid inlet 10, a fluid guide 20, the channel 30 and the fluid outlet 40.

기판(1)은, 예컨대 유리 등으로 이루어지는 편평한 판 형태로 제조된다. 구조물(3)은, 예컨대 PDMS 등으로 제조될 수 있으며, 플라즈마 본딩을 이용하여 구조물(3)을 기판(1)에 단단히 고정시킬 수 있다. The board | substrate 1 is manufactured in the form of the flat plate which consists of glass etc., for example. The structure 3 may be made of PDMS or the like, for example, and the structure 3 may be firmly fixed to the substrate 1 by using plasma bonding.

유체 주입부(10)는 점도(viscosity)를 측정하고자 하는 제1 유체(A)를 주입하기 위한 제1 주입구(11)와, 점도를 알고 있는 제2 유체(B)를 주입하기 위한 제2 주입구(12)가 각각 형성된다.The fluid inlet 10 may include a first inlet 11 for injecting a first fluid A for measuring viscosity and a second inlet for injecting a second fluid B having a known viscosity. (12) are formed respectively.

여기서, 점도를 이미 알고 있는 제2 유체(B)는 제1 유체(A)와 혼합되지 않는 유체이고, 전단율(shear rate)에 관계없이 일정한 점도를 가지는 뉴턴 유체(Newtonian Fluid)를 사용한다. 예를 들어, 제1 유체(A)가 전단율에 따라 점도가 변화하는 비뉴턴 유체(non-Newtonian Fluid), 예컨대 혈액(Blood)일 경우에 제2 유체(B)는 뉴턴 거동을 하는 인산완충식염수(Phosphate buffered saline: PBS)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 유체(A)가 전단율에 관계없이 일정한 점도를 가지는 뉴턴 유체(Newtonian Fluid), 예컨대 SDS 용액(SDS solutions)일 경우에 제2 유체(B)는 뉴턴 거동을 하는 초순수(DI water)를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 따른 유체 점도 측정 장치에 의하면 점도 측정 대상 유체가 전단율에 관계없이 일정한 점도를 갖는 뉴턴 유체이든지, 전단율에 따라 점도가 변화하는 비뉴턴 유체이든지에 관계 없이 측정 대상 유체의 점도 측정이 가능하다.Here, the second fluid B, whose viscosity is already known, is a fluid which is not mixed with the first fluid A, and uses a Newtonian Fluid having a constant viscosity regardless of the shear rate. For example, when the first fluid A is a non-Newtonian fluid whose viscosity changes with shear rate, for example blood, the second fluid B is phosphate buffered with Newtonian behavior. It is preferable to use saline (Phosphate buffered saline (PBS)). In addition, when the first fluid A is a Newtonian fluid having a constant viscosity regardless of the shear rate, for example, SDS solutions, the second fluid B is ultrapure water that performs Newtonian behavior. Is preferably used. That is, according to the fluid viscosity measuring apparatus according to the present invention, the viscosity of the fluid to be measured is irrespective of whether the fluid to be measured is a Newtonian fluid having a constant viscosity regardless of the shear rate or a non-Newtonian fluid whose viscosity changes according to the shear rate. Measurement is possible.

아래 표 1은 제1 유체(A)와 제2 유체(B)의 경계면 안정성 테스트 실험 결과이다.Table 1 below shows the test results of the interface stability test between the first fluid (A) and the second fluid (B).

SolutionSolution Surface tension(mN/m)Surface tension (mN / m) BoundaryResultsBoundaryResults AA BB AA BB ratioratio IPA(Isopropanol)Isopropanol (IPA) MineralMineral 23.0023.00 32.5032.50 1.411.41 StableStable Dl waterDl water MineralMineral 72.8472.84 3333 2.242.24 UnstableUnstable Dl waterDl water Dl waterDl water 72.8472.84 72.8472.84 1.001.00 StableStable Grape oilGrape oil MineralMineral 21.0021.00 32.5032.50 1.551.55 StableStable Dl waterDl water grape oilgrape oil 72.8472.84 21.0021.00 3.473.47 UnstableUnstable Mineral oilMineral oil IPA(Isopropanol)Isopropanol (IPA) 32.5032.50 23.0023.00 1.411.41 StableStable SDSSDS Dl waterDl water 42.0042.00 72.4072.40 1.721.72 StableStable BloodBlood PBSPBS 55.8955.89 70.0070.00 1.251.25 StableStable

본 발명에 의한 유체 점도 측정 장치를 이용하여 제1 유체(A)의 점도를 측정하기 위해서는 제1 유체(A)와 제2 유체(B)가 서로 섞이지 않은 상태로 경계면을 유지하면서 유동하여야 한다. 따라서 위 표 1에서 보여주는 실험 결과를 참고하면, 제1 유체(A)와 제2 유체(B)의 안정적인 경계면을 유지하기 위해서는 제1 유체(A)와 제2 유체(B)의 표면장력비(surface tension ratio)가 2 이하를 만족할 수 있도록 제2 유체(B)를 선정하는 것이 바람직하다.In order to measure the viscosity of the first fluid A using the fluid viscosity measuring apparatus according to the present invention, the first fluid A and the second fluid B must flow while maintaining the interface without being mixed with each other. Therefore, referring to the experimental results shown in Table 1, in order to maintain a stable interface between the first fluid (A) and the second fluid (B), the surface tension ratio of the first fluid (A) and the second fluid (B) ( It is preferable to select the second fluid B so that the surface tension ratio can be satisfied to 2 or less.

본 실시예에서, 제1 주입구(11)와 제2 주입구(12)는 입구측에서 출구측으로 갈수록 단면적이 점점 작게 형성되는 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 제1 주입구(11)와 제2 주입구(12)의 단면적이 일정한 직선 관 형태로 형성될 수도 있다. In the present embodiment, the first injection hole 11 and the second injection hole 12 is an example in which the cross-sectional area is formed gradually smaller from the inlet side to the outlet side, but is not limited to this, the first injection port 11 and the second injection hole It may be formed in the form of a straight tube having a constant cross-sectional area of (12).

또한, 도면에는 도시된 바 없지만, 제1 유체(A)와 제2 유체(B)를 제1 주입구(11)와 제2 주입구(12)에 각각 주입하기 위해서는 펌프와 밸브 등을 구비할 수 있다.In addition, although not shown in the drawings, a pump, a valve, or the like may be provided to inject the first fluid A and the second fluid B into the first inlet 11 and the second inlet 12, respectively. .

유체 가이드부(20)는 유체 주입부(10)의 제1 주입구(11)와 제2 주입구(12)가 하나로 만나는 출구와 후술하는 채널부(30)의 입구 사이를 연결하며, 제1 유체(A)와 제2 유체(B)가 유입되어 하나의 이동 경로를 형성하도록 가이드하는 역할을 한다. 이때, 제1 유체(A)와 제2 유체(B)는 섞이지 않은 상태로 유체 가이드부(20)를 통해 이동하게 된다. 유체 가이드부(20)의 출구는 채널부(30)의 입구와 연결된다.The fluid guide part 20 connects between an outlet where the first inlet 11 and the second inlet 12 of the fluid inlet 10 meet as one and an inlet of the channel unit 30 to be described later. A) and the second fluid (B) is introduced to guide to form a movement path. At this time, the first fluid A and the second fluid B are moved through the fluid guide part 20 in a non-mixed state. The outlet of the fluid guide portion 20 is connected to the inlet of the channel portion 30.

채널부(30)는 유체(A, B)의 유동 방향에 대하여 채널 어레이(33)와 단일 채널(34)이 번갈아 배치되어 구성된다. 유체 가이드부(20)를 통해 채널부(30)로 유입된 제1 유체(A)와 제2 유체(B)는 채널 어레이(33)와 단일 채널(34)을 번갈아 유동하게 된다.The channel portion 30 is configured by alternately arranging the channel array 33 and the single channel 34 with respect to the flow direction of the fluids A and B. The first fluid A and the second fluid B introduced into the channel part 30 through the fluid guide part 20 alternately flow between the channel array 33 and the single channel 34.

채널 어레이(33)는 동일한 단위 단면적을 가지는 복수의 채널(35)이 제1 유체(A) 및 제2 유체(B)의 유동 방향에 대하여 교차하는 방향으로 이격하여 배치된다. 채널 어레이(33)는 복수로 구비되어 유체(A, B)의 이동 방향을 따라 순차적으로 배치되며, 각 채널 어레이(33)의 입구로 유입된 유체(A, B)는 해당 채널 어레이(33)를 이루는 채널(35)을 유동하여 출구를 통해 빠져나간다. 채널 어레이(33)를 이루는 채널(35)은 각 채널 어레이(33) 마다 동일한 개수로 구비되는 것이 바람직하나, 반드시 각 단계별 채널 어레이(33)가 동일한 개수의 채널(35)을 구비할 필요는 없고, 필요에 따라서는 각 단계별 채널 어레이(33)에 구비되는 채널(35)의 개수가 다르게 형성될 수도 있다. In the channel array 33, a plurality of channels 35 having the same unit cross-sectional area are spaced apart from each other in a direction intersecting with a flow direction of the first fluid A and the second fluid B. The channel array 33 is provided in plurality and sequentially disposed along the moving direction of the fluids A and B, and the fluids A and B introduced into the inlet of each channel array 33 are corresponding to the channel array 33. It flows out of the channel 35 forming the exit through the exit. The channel 35 constituting the channel array 33 is preferably provided in the same number for each channel array 33, but it is not necessary that each stage channel array 33 has the same number of channels 35. If necessary, the number of channels 35 provided in each stage channel array 33 may be different.

단일 채널(34)은 유체(A, B)의 이동 방향을 따라 순차적으로 배치되는 채널 어레이(33) 사이에 배치된다. 다시 말해, 단일 채널(34)은 전단계의 채널 어레이(33) 의 출구와 다음 단계의 채널 어레이(33)의 입구가 연통되는 형태로 형성된다. 이와 같은 구조에 의하여 전단계의 채널 어레이(33)를 통과한 유체(A, B)는 단일 채널(34)을 거쳐 다음 단계의 채널 어레이(33)로 유입된다.The single channel 34 is arranged between the channel arrays 33 which are sequentially arranged along the direction of movement of the fluids A and B. In other words, the single channel 34 is formed in such a manner that the outlet of the channel array 33 in the previous stage and the inlet of the channel array 33 in the next stage communicate with each other. With this structure, the fluids A and B passing through the channel array 33 in the previous stage are introduced into the channel array 33 in the next stage via the single channel 34.

각 단계별 채널 어레이(33)를 이루는 채널(35)은 유체(A, B)가 유동하는 유동 면적에 해당하는 단위 단면적을 가지는데, 특정 단계의 채널 어레이(33)를 이루는 채널(35)들은 서로 동일한 크기의 단면적을 가진다. 특정 단계의 채널 어레이(33)를 이루는 각각의 채널(35)의 단면적을 모두 합한 크기가 해당 채널 어레이(33)의 단면적이 된다. The channel 35 constituting each stage channel array 33 has a unit cross-sectional area corresponding to the flow area in which fluids A and B flow, and the channels 35 constituting the channel array 33 in a specific stage are mutually different. Have the same cross-sectional area. The sum of the cross-sectional areas of the respective channels 35 constituting the channel array 33 in a specific stage is the cross-sectional area of the corresponding channel array 33.

특정 단계의 채널 어레이(33)를 이루는 각각의 채널(35)은 서로 동일한 폭(w)과 높이(h)를 가지는 직사각형의 단면 형상을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 채널(35)의 단면 형상이 직사각형으로 형성되는 경우 기판(1)과 구조물(3)을 접합시키기가 용이하고 각각의 채널(35)의 단면적을 서로 동일하게 구현하기가 용이하다. 단일 채널(34) 또한 사각형 단면을 가지도록 구성될 수 있다. 그러나, 채널 어레이(33)를 이루는 채널(35) 및 단일 채널(34)의 형상은 이에 한정되지 않고 임의 형상으로 제작이 가능하다.Each channel 35 constituting the channel array 33 of a particular step is preferably formed to have a rectangular cross-sectional shape having the same width (w) and height (h). When the cross-sectional shape of the channel 35 is formed as a rectangle, it is easy to bond the substrate 1 and the structure 3 to each other, and the cross-sectional area of each channel 35 can be easily realized. The single channel 34 can also be configured to have a rectangular cross section. However, the shape of the channel 35 and the single channel 34 constituting the channel array 33 is not limited to this and can be manufactured in any shape.

채널 어레이(33)는 유체(A, B)의 유동 방향을 따라 순차적으로 배치되는데, 유체(A, B)의 유동 방향에 대하여 다양한 전단율을 가질 수 있도록 각 단계별 채널 어레이(33)를 이루는 채널(35)의 단위 단면적이 변경되도록 형성된다. 이때, 각 단계별 채널 어레이(33)의 단위 단면적은 유체(A, B)의 유동 방향에 대하여 단계적으로 증가하거나 감소하도록 구성되는 것이 바람직하다.The channel array 33 is sequentially arranged along the flow direction of the fluids A and B, and the channels forming the channel arrays 33 for each stage are arranged to have various shear rates with respect to the flow directions of the fluids A and B. The unit cross-sectional area of 35 is formed to be changed. At this time, the unit cross-sectional area of each stage channel array 33 is preferably configured to increase or decrease step by step with respect to the flow direction of the fluid (A, B).

예를 들어, 채널부(30)는, 유체 가이드(20)의 출구와 연결되고 채널 어레이(33)를 이루는 채널(35)의 단위 단면적이 유체(A, B)의 유동 방향에 대하여 단계적으로 증가하도록 배치되는 증가 패턴(31)과, 증가 패턴(31)의 출구와 연결되고 채널 어레이(33)를 이루는 채널(35)의 단위 단면적이 유체(A, B)의 유동 방향에 대하여 단계적으로 감소하도록 배치되는 감소 패턴(32)이 연결되어 배치되도록 구성될 수 있다. 이때, 채널(35)의 단위 단면적이 점점 증가하는 증가 패턴(31)에서는 평균 속도가 감소함에 따라 전단율은 감소하게 되고, 채널(35)의 단면적이 점점 감소하는 감소 패턴(32)에서는 평균 속도가 증가함에 따라 전단율은 증가하게 된다. 즉, 각 단계별 채널 어레이(33)를 이루는 채널(35)의 단위 단면적을 단계적으로 변경함으로써 전단율을 변경할 수 있고, 다양한 전단율에 대하여 유체의 점도를 측정할 수 있다.For example, the channel portion 30 is connected to the outlet of the fluid guide 20 and the unit cross-sectional area of the channel 35 forming the channel array 33 is increased stepwise with respect to the flow direction of the fluid (A, B) The unit cross-sectional area of the incremental pattern 31, which is connected to the outlet of the incremental pattern 31 and which is connected to the outlet of the incremental pattern 31 and forms the channel array 33, with respect to the flow direction of the fluids A and B in a stepwise manner. The reduced pattern 32 to be disposed may be configured to be connected and disposed. In this case, the shear rate decreases as the average speed decreases in the increase pattern 31 in which the unit cross-sectional area of the channel 35 increases, and in the decrease pattern 32 in which the cross-sectional area of the channel 35 gradually decreases. As increases, the shear rate increases. That is, the shear rate may be changed by changing the unit cross-sectional area of the channel 35 constituting the channel array 33 for each stage, and the viscosity of the fluid may be measured for various shear rates.

또한, 채널부(30)는 증가 패턴(31)과 감소 패턴(32)이 연결되는 중심 부위(C)를 기준으로 대칭 형상을 가지는 것이 바람직하다. 이러한 대칭 구조는 채널(35)의 단위 단면적 변화에 따른 전단율의 증가 후 다시 감소 패턴 또는 감소 후 다시 증가 패턴이 구현됨으로써 유체의 점도 측정 시 동일한 전단율에 대하여 실시간으로 반복 실험을 가능하게 한다.In addition, the channel portion 30 preferably has a symmetrical shape with respect to the center portion C to which the increase pattern 31 and the decrease pattern 32 are connected. This symmetrical structure enables a repeated experiment in real time for the same shear rate when measuring the viscosity of the fluid by implementing a decrease pattern or an increase pattern again after the increase in the shear rate according to the change in the unit cross-sectional area of the channel 35.

본 실시예에서, 채널부(30)는 유체(A, B)의 유동 방향에 대하여 증가 패턴(31), 감소 패턴(32) 순서로 배치되어 대칭 구조를 가지는 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 채널부(30)는 감소 패턴(32), 증가 패턴(31)의 순서로 배치될 수 있을 뿐만 아니라, 증가 패턴(31) 또는 감소 패턴(32) 중 어느 한 개의 패턴만으로 구성될 수도 있다. In this embodiment, the channel part 30 is arranged in the order of increasing pattern 31, decreasing pattern 32 with respect to the flow direction of the fluid (A, B) to illustrate a configuration having a symmetrical structure, but is not limited thereto. The channel unit 30 may not only be arranged in the order of the decreasing pattern 32 and the increasing pattern 31, but may be configured of only one of the increasing pattern 31 and the decreasing pattern 32.

유체 유출부(40)는 채널부(30)의 출구와 연결되며, 채널부(30)를 통과한 제1 유체(A)와 제2 유체(B)가 유출되도록 유출구(41)가 형성된다.The fluid outlet 40 is connected to the outlet of the channel part 30, and the outlet 41 is formed so that the first fluid A and the second fluid B that have passed through the channel part 30 flow out.

도 5는 본 발명의 유체 점도 측정 장치를 이용하여 유체의 점도를 측정하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining the principle of measuring the viscosity of the fluid using the fluid viscosity measuring device of the present invention.

도 5에서는 유체의 점도 측정 원리를 설명하기 위하여 채널부(30) 중 몇 단계의 채널 어레이(33)에 대하여 예시하고 있지만, 다른 채널 어레이(33)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.Although FIG. 5 illustrates the channel array 33 of several stages of the channel unit 30 to explain the principle of measuring the viscosity of the fluid, the same may be applied to the other channel array 33.

제1 유체(A)와 제2 유체(B)를 일정 유량으로 제1 주입구(11)와 제2 주입구(12)를 통해 각각 주입하면, 제1 유체(A)와 제2 유체(B)는 섞이지 않은 상태로 유체 가이드부(20)를 통과하면서 채널부(30)로 이동하게 된다. 이때, 제1 유체(A)와 제2 유체(B)는 서로 섞이지 않으면서 상대적인 점도 차이에 의하여 경계면(S)이 형성된다.When the first fluid A and the second fluid B are injected through the first inlet 11 and the second inlet 12 at a constant flow rate, the first fluid A and the second fluid B are The mixture is moved to the channel portion 30 while passing through the fluid guide portion 20 without mixing. At this time, the first fluid (A) and the second fluid (B) is not intermixed with each other, the interface (S) is formed by the relative difference in viscosity.

채널부(30)의 단면적 변경에 따른 각 전단율에 대하여 제1 유체(A)의 점도를 측정하기 위하여, 우선 ① 구간에서, 낮은 종횡비(low aspect ratio)를 갖는 채널, 즉 유동폭(w) 방향으로는 속도가 일정하며, 깊이(h) 방향으로만 속도가 변하는 채널에 대하여 포아즈이유 흐름(Poiseuille flow) 특성을 고려하면, 압력강하(pressure drop) P와 유량 Q의 관계식, P=RfQ로부터, 제1 유체(A)와 제2 유체(B) 각각의 압력강하(P)와 유량(Q)에 대한 관계는 아래의 수학식 1, 2와 같다.In order to measure the viscosity of the first fluid A with respect to each shear rate according to the change in the cross-sectional area of the channel portion 30, first, in a section 1, a channel having a low aspect ratio, that is, a flow width w The velocity is constant in the direction, and considering the Poiseuille flow characteristic for the channel whose velocity changes only in the depth (h) direction, the relationship between the pressure drop P and the flow Q, P = R From f Q, the relationship between the pressure drop P and the flow rate Q of each of the first fluid A and the second fluid B is expressed by Equations 1 and 2 below.

Figure 112011015525060-pat00003
Figure 112011015525060-pat00003

Figure 112011015525060-pat00004
Figure 112011015525060-pat00004

여기서, ① 구간에 대하여 제1 유체(A)와 제2 유체(B)의 압력강하(P)는 동일하기 때문에, 수학식 1, 2를 정리하면, 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.Here, since the pressure drop P of the first fluid A and the second fluid B is the same for the section 1, the equations (1) and (2) can be summarized as in equation (3).

Figure 112011015525060-pat00005
Figure 112011015525060-pat00005

수학식 4로 표현되는 낮은 종횡비를 갖는 채널에 대한 유체 저항 관계식을 수학식 3에 대입하면, 아래의 수학식 5와 같다.Substituting the fluid resistance relation for the channel having the low aspect ratio represented by Equation 4 into Equation 3, Equation 5 below.

Figure 112011015525060-pat00006
Figure 112011015525060-pat00006

Figure 112011015525060-pat00007
Figure 112011015525060-pat00007

여기서, μA μB 는 각각 제1 유체(A)와 제2 유체(B)의 점성계수이고, wA wB 는 각각 제1 유체(A)와 제2 유체(B)의 유동폭이며, QA QB 는 각각 제1 유체(A)와 제2 유체(B)의 주입유량이다.Wherein μ A and μ B are the viscosity coefficients of the first fluid A and the second fluid B , respectively, and w A and w B are the flow widths of the first fluid A and the second fluid B, respectively. Q A and Q B are injection flow rates of the first fluid A and the second fluid B, respectively.

Figure 112011015525060-pat00008
Figure 112011015525060-pat00008

수학식 5에서 채널 길이(LA=LB), 깊이(hA=hB) 및 폭(wA=wB)는 동일하기 때문에, 수학식 5는 아래 수학식 6과 같이 간단히 정리할 수 있다.Since the channel length (L A = L B ), the depth (h A = h B ), and the width (w A = w B ) are the same in Equation 5, Equation 5 can be simply summarized as in Equation 6 below. .

Figure 112011015525060-pat00009
Figure 112011015525060-pat00009

따라서, 제1 유체(A)의 점성 계수(μA )는, 아래의 수학식 7에 의하여 계산될 수 있다.Therefore, the viscosity coefficient μ A of the first fluid A may be calculated by Equation 7 below.

Figure 112011015525060-pat00010
Figure 112011015525060-pat00010

수학식 7에 의하여, 본 발명의 유체 점도 측정 장치에 의하면, 단순히 해당 채널 어레이(33)에서 제1 유체(A)와 제2 유체(B)가 유동하는 채널(35)의 개수를 세는 것만으로도 제1 유체(A)의 점도를 산출할 수 있다.According to Equation 7, according to the fluid viscosity measuring apparatus of the present invention, by simply counting the number of channels 35 through which the first fluid A and the second fluid B flow in the channel array 33. The viscosity of the 1st fluid A can be calculated.

한편, 다른 다수 개의 구간들에 대해서도 상술한 바와 같은 방법과 동일한 절차로 제1 유체(A)의 점도를 측정할 수 있다. 즉, 채널부(30)에 유체(A, B)의 유동 방향에 대하여 복수로 배치되는 채널 어레이(33)를 이루는 채널(35)의 폭 변경에 따른 다양한 전단율에 대하여 제1 유체(A)의 점도를 측정할 수 있다.On the other hand, the viscosity of the first fluid (A) can be measured for the other plurality of sections by the same procedure as described above. That is, the first fluid (A) with respect to the various shear rate according to the change in the width of the channel 35 constituting the channel array 33 arranged in the channel portion 30 in the flow direction of the fluid (A, B) The viscosity of can be measured.

① 구간을 통과한 유체(A, B)는 다시 섞이지 않은 상태로 단일 채널(34)을 통과하면서 ② 구간의 채널 어레이(33)로 이동하게 된다. 이때, 제1 유체(A)와 제2 유체(B)는 서로 섞이지 않으면서 유동한다. ② 구간에서 제1 유체(A)와 제2 유체(B)가 각각 유동하는 채널(35)의 개수는 ① 구간에서 제1 유체(A)와 제2 유체(B)가 유동하는 채널(35)의 개수와 다를 수 있다. ② 구간으로 유입된 유체(A, B)는 해당 채널 어레이(33)를 이루는 채널(35)의 폭에 따라 결정되는 전단율 하에서 유동하며, 해당 전단율에 따른 점도를 가지게 된다. ② 구간의 채널 어레이(33)에서 각 유체(A, B)가 유동하는 채널(35)의 개수를 세어 수학식 7에 대입하면 ② 구간에서의 전단율에 해당하는 제1 유체(A)의 점도를 산출할 수 있다. The fluid A, B passing through the section ① passes through the single channel 34 without being mixed again and moves to the channel array 33 of the section ②. At this time, the first fluid A and the second fluid B flow without being mixed with each other. ② The number of channels 35 through which the first fluid A and the second fluid B flow in each section is ① the channel 35 through which the first fluid A and the second fluid B flow in the section ①. May differ from the number of. ② The fluid (A, B) introduced into the section flows under a shear rate determined according to the width of the channel 35 constituting the channel array 33, and has a viscosity according to the shear rate. ② Counting the number of channels 35 through which each fluid (A, B) flows in the channel array 33 of the section and substituting the equation (7) ② The viscosity of the first fluid (A) corresponding to the shear rate in the section Can be calculated.

상기와 같이 본 발명은 각 단계별 채널 어레이(33)를 이루는 채널(35)의 폭(w)을 조절함으로써 다양한 전단율에 대하여 제1 유체(A)의 점도를 측정할 수 있다. 각 단계별 채널 어레이(33)의 채널(35)에서의 전단율은 다음의 수학식 8로 나타낼 수 있다.As described above, the present invention may measure the viscosity of the first fluid A for various shear rates by adjusting the width w of the channels 35 constituting the channel array 33 for each step. The shear rate in the channel 35 of each stage channel array 33 can be represented by the following equation (8).

Figure 112011015525060-pat00011
Figure 112011015525060-pat00011

이때,

Figure 112011015525060-pat00012
는 전단율, w는 채널(35)의 폭, h는 채널(35)의 높이, Q는 유체(A, B)의 주입 유량이며, w?h 인 경우
Figure 112011015525060-pat00013
이 된다.At this time,
Figure 112011015525060-pat00012
Is the shear rate, w is the width of the channel 35, h is the height of the channel 35, Q is the injection flow rate of the fluids (A, B),
Figure 112011015525060-pat00013
.

따라서 수학식 8에 의하여, 각 단계별 채널 어레이(33)의 채널(35)의 폭을 변경함으로써 다양한 전단율 조건을 구현할 수 있다. 나아가, 구현하고자 하는 전단율 조건의 개수만큼 채널부(30)에 채널 어레이(33)를 구비하면 된다. 예를 들어, 채널(35)의 폭이 서로 다른 채널 어레이(33)가 채널부(30)에 10개 구비되는 경우, 본 발명에 의한 유체 점도 측정 장치는 10가지의 전단율 조건을 제공할 수 있다.Therefore, according to Equation 8, various shear rate conditions can be implemented by changing the width of the channel 35 of each channel array 33. Furthermore, the channel array 33 may be provided in the channel unit 30 as many as the shear rate condition to be implemented. For example, when ten channel arrays 33 having different widths of the channel 35 are provided in the channel portion 30, the fluid viscosity measuring apparatus according to the present invention may provide ten shear rate conditions. have.

한편, 점도를 측정하고자 하는 대상인 제1 유체(A)는 전단율에 따라 점도가 변하는 비뉴턴 유체일 경우, 이러한 경향은 제1 유체(A)와 제2 유체(B)의 주입유량(Q)을 적절하게 조정하면 다양한 조건의 전단율에 대하여 점도 측정이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 유체 점도 측정 장치는 점도 측정 대상인 제1 유체(A)의 점도를 연속적으로 모니터링이 가능하다.On the other hand, if the first fluid (A) to be measured viscosity is a non-Newtonian fluid whose viscosity is changed according to the shear rate, this tendency is the injection flow rate (Q) of the first fluid (A) and the second fluid (B) When properly adjusted, viscosity can be measured for shear rate under various conditions. In addition, the fluid viscosity measuring device according to the present invention can continuously monitor the viscosity of the first fluid (A) to be measured viscosity.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 점도 측정 장치를 이용한 실험에서 유체의 경계면 패턴을 보여주는 도면이다.6 is a view showing the interface pattern of the fluid in the experiment using the fluid viscosity measuring device according to an embodiment of the present invention.

도 6에서 보는 바와 같이, 제1 유체(A)는 전단율에 따라 점도가 변화하는 비뉴턴 유체이고, 제2 유체(B)는 전단율에 관계없이 일정한 점도를 가지는 뉴턴 유체이다. 여기서, 제1 유체(A)는 혈액(Blood)이고, 제2 유체(B)는 인산완충식염수(PBS)인 것을 예로 들어 실험하였다.As shown in FIG. 6, the first fluid A is a non-Newtonian fluid whose viscosity changes with shear rate, and the second fluid B is a Newtonian fluid having a constant viscosity regardless of the shear rate. Here, the first fluid (A) is blood (Blood), the second fluid (B) was tested by taking an example that the phosphate buffered saline (PBS).

본 실험 결과에 의하면, 본 발명의 유체 점도 측정 장치는 제1 유체(A)와 제2 유체(B)의 점도 차이에 의한 유체 경계면(S)이 해당 채널 어레이(33)의 채널(35) 벽에 의하여 명확하게 구분되고, 제1 유체(A)와 제2 유체(B)가 각각 유동하는 채널(35)의 개수를 세는 것만으로도 각 유체(A, B)의 유동폭을 계산할 수 있다. 또한, 채널부(30)가 다양한 전단율을 가질 수 있도록 각 채널 어레이(33)를 이루는 채널(35)의 폭을 변경시켜 유체의 평균 속도를 변화시키기 때문에, 다양한 전단율에 대하여 유체의 점도를 간단하고 안정적으로 측정할 수 있다.According to the experimental results, the fluid viscosity measuring apparatus of the present invention has a fluid interface (S) due to the difference in viscosity between the first fluid (A) and the second fluid (B) is the wall of the channel 35 of the channel array 33 The flow widths of the fluids A and B can be calculated simply by counting the number of channels 35 through which the first fluid A and the second fluid B flow, respectively. In addition, since the channel portion 30 changes the average velocity of the fluid by varying the width of the channels 35 constituting each of the channel arrays 33 so that the channel portion 30 can have various shear rates, the viscosity of the fluid is varied for various shear rates. Simple and stable measurement

또한, 본 발명의 유체 점도 측정 장치는 혈액뿐만 아니라 그 밖의 다양한 유체에 대한 점도 측정이 가능하며, 특히 전단율에 대하여 점도가 크게 바뀌는 유체에 대하여 특히 유용하게 적용할 수 있다.In addition, the fluid viscosity measuring apparatus of the present invention is capable of measuring the viscosity of not only blood but also various other fluids, and is particularly useful for a fluid whose viscosity varies greatly with respect to the shear rate.

또한, 본 실험에서는 전단율에 따라 점도가 변화하는 비뉴턴 유체에 대한 점도를 측정하는 실험을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고, 전단율에 관계없이 일정한 점도를 갖는 뉴턴 유체에 대한 점도 측정도 적용이 가능하다.In addition, the present experiment exemplifies an experiment for measuring the viscosity of a non-Newtonian fluid whose viscosity changes according to the shear rate, but is not limited to this, and also applies to the measurement of viscosity for a Newtonian fluid having a constant viscosity regardless of the shear rate. It is possible.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 점도 측정 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.7 is a schematic view showing a fluid viscosity measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 점도 측정 장치는 유체 주입부(10), 유체 가이드부(20), 채널부(30) 및 유체 유출부(40) 등을 포함하며, 채널부(30)의 형상을 제외하고는 도 1 내지 도 5의 실시예와 동일하다. 따라서, 도 1 내지 도 5의 실시예와 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 상세한 설명은 생략한다.As shown in FIG. 7, the fluid viscosity measuring device according to another embodiment of the present invention includes a fluid inlet 10, a fluid guide 20, a channel 30, a fluid outlet 40, and the like. The same as the embodiment of FIGS. 1 to 5 except for the shape of the channel part 30. Therefore, detailed descriptions of components that perform the same functions as the exemplary embodiment of FIGS. 1 to 5 will be omitted.

채널부(30)는 유체 가이드부(20)의 출구와 연결되며, 유체 유출부(40)의 입구와 연결된다. 채널부(30)는 채널 어레이(33)와 단일 채널(34)이 번갈아 배치되도록 구성되는데, 단일 채널(34)은 전 단계의 채널 어레이(33)의 폭과 대략 동일한 폭을 가지는 전단부(34a)와, 다음 단계의 채널 어레이(33)의 폭과 대략 동일한 폭을 가지는 후단부(34c)와, 전단부(34a)와 후단부(34c) 사이에 배치되며 유체 가이드부(20)와 대략 동일한 폭을 가지는 중단부(34b)로 구성될 수 있다. The channel portion 30 is connected to the outlet of the fluid guide portion 20 and is connected to the inlet of the fluid outlet 40. The channel portion 30 is configured such that the channel array 33 and the single channel 34 are alternately arranged, and the single channel 34 has a width approximately equal to the width of the channel array 33 of the previous stage 34a. ), A rear end portion 34c having a width approximately equal to the width of the channel array 33 of the next stage, and a front end portion 34a and a rear end portion 34c, which are substantially the same as the fluid guide portion 20. It may be composed of a stop 34b having a width.

제1 유체(A) 및 제2 유체(B)의 유동 방향에 대하여 다양한 전단율을 가질 수 있도록 각 단계별 채널 어레이(33)를 이루는 채널(35)은 폭이 변경되도록 형성된다. 이때, 각 단계별 채널 어레이(33)의 채널(35)은 유체(A, B)의 유동 방향에 대하여 폭이 단계적으로 증가하도록 구성되나, 이와는 반대로 각 단계별 채널 어레이(33)의 채널(35)은 유체(A, B)의 유동 방향에 대하여 폭이 단계적으로 감소하도록 구성될 수 있다.The channels 35 constituting the channel array 33 for each stage are formed to have a different width so as to have various shear rates with respect to the flow direction of the first fluid A and the second fluid B. FIG. At this time, the channel 35 of each stage channel array 33 is configured to increase in width with respect to the flow direction of the fluid (A, B), but on the contrary, the channel 35 of each stage channel array 33 It can be configured to decrease the width step by step with respect to the flow direction of the fluid (A, B).

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유체 점도 측정 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.8 is a configuration diagram schematically showing a fluid viscosity measuring device according to another embodiment of the present invention.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유체 점도 측정 장치는 유체 주입부(10), 유체 가이드부(20), 채널부(30) 및 유체 유출부(40) 등을 포함하며, 채널부(30)의 형상을 제외하고는 도 1 내지 도 5의 실시예와 동일하다. 따라서, 도 1 내지 도 5의 실시예와 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 상세한 설명은 생략한다.As shown in FIG. 8, the fluid viscosity measuring device according to another embodiment of the present invention includes a fluid inlet 10, a fluid guide 20, a channel 30 and a fluid outlet 40. And the same as the embodiment of FIGS. 1 to 5 except for the shape of the channel part 30. Therefore, detailed descriptions of components that perform the same functions as the exemplary embodiment of FIGS. 1 to 5 will be omitted.

채널부(30)는 유체 가이드부(20)의 출구와 연결되며, 유체 유출부(40)의 입구와 연결된다. 채널부(30)는 채널 어레이(33)와 단일 채널(34)이 번갈아 배치되도록 구성된다. The channel portion 30 is connected to the outlet of the fluid guide portion 20 and is connected to the inlet of the fluid outlet 40. The channel unit 30 is configured such that the channel array 33 and the single channel 34 are alternately arranged.

제1 유체(A) 및 제2 유체(B)의 유동 방향에 대하여 다양한 전단율을 가질 수 있도록 각 단계별 채널 어레이(33)를 이루는 채널(35)은 폭이 변경되도록 형성된다. 이때, 각 단계별 채널 어레이(33)의 채널(35)은 유체(A, B)의 유동 방향에 대하여 폭이 단계적으로 증가하도록 구성되나, 이와는 반대로 각 단계별 채널 어레이(33)의 채널(35)은 유체(A, B)의 유동 방향에 대하여 폭이 단계적으로 감소하도록 구성될 수 있다.The channels 35 constituting the channel array 33 for each stage are formed to have a different width so as to have various shear rates with respect to the flow direction of the first fluid A and the second fluid B. FIG. At this time, the channel 35 of each stage channel array 33 is configured to increase in width with respect to the flow direction of the fluid (A, B), but on the contrary, the channel 35 of each stage channel array 33 It can be configured to decrease the width step by step with respect to the flow direction of the fluid (A, B).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. . Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the technical idea of the present invention. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

10 : 유체 주입부 11 : 제1 주입구
12 : 제2 주입구 20 : 유체 가이드부
30 : 채널부 31 : 증가 패턴
32 : 감소 패턴 33 : 채널 어레이
34 : 단일 채널 35 : 채널
40 : 유체 유출부
10: fluid inlet portion 11: the first inlet
12: second inlet 20: fluid guide portion
30 channel portion 31 increase pattern
32: reduction pattern 33: channel array
34: single channel 35: channel
40: fluid outlet

Claims (19)

점도(viscosity)를 측정하고자 하는 제1 유체를 주입하기 위한 제1 주입구와, 점도를 알고 있으며 상기 제1 유체와 혼합되지 않는 제2 유체를 주입하기 위한 제2 주입구가 형성되는 유체 주입부; 및
상기 유체 주입부와 연결되고, 동일한 단위 단면적을 가지는 복수의 채널이 상기 제1 유체 및 상기 제2 유체의 유동 방향에 대하여 교차하는 방향으로 이격하여 배치되는 채널 어레이를 포함하는 유체 점도 측정 장치.
A fluid injecting unit including a first inlet for injecting a first fluid for which viscosity is to be measured and a second inlet for injecting a second fluid having a viscosity and not mixed with the first fluid; And
And a channel array connected to the fluid injection unit and having a plurality of channels having the same unit cross-sectional area and spaced apart from each other in a direction crossing the flow direction of the first fluid and the second fluid.
제1항에 있어서,
상기 복수의 채널은 각각 직사각형의 단면 형상을 가지는 유체 점도 측정 장치.
The method of claim 1,
And each of the plurality of channels has a rectangular cross-sectional shape.
제2항에 있어서,
상기 복수의 채널은 각각 동일한 폭 및 높이를 가지는 유체 점도 측정 장치.
The method of claim 2,
And said plurality of channels each have the same width and height.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 채널 어레이는 복수로 구비되어 상기 제1 유체와 상기 제2 유체의 유동 방향을 따라 순차적으로 배치되되,
각 채널 어레이의 채널은 서로 다른 단위 단면적을 가지며,
각 채널 어레이 사이에는, 전 단계의 채널 어레이를 이루는 채널의 출구와 다음 단계의 채널 어레이를 이루는 채널의 입구가 연통되는 단일 채널이 형성되는 유체 점도 측정 장치.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The channel array may be provided in plural and sequentially disposed along a flow direction of the first fluid and the second fluid.
The channels in each channel array have different unit cross sections,
An apparatus for measuring fluid viscosity, wherein a single channel is formed between each channel array so that the outlet of the channel constituting the channel array of the previous stage and the inlet of the channel constituting the channel array of the next stage are formed.
제4항에 있어서,
상기 채널 어레이는 각각 동일한 수의 채널을 구비하는 유체 점도 측정 장치.
5. The method of claim 4,
Said channel array each having an equal number of channels.
제4항에 있어서,
상기 채널 어레이는 각각 서로 다른 수의 채널을 구비하는 유체 점도 측정 장치.
5. The method of claim 4,
And said channel array each having a different number of channels.
제4항에 있어서,
상기 채널 어레이의 채널의 단위 단면적은 상기 제1 유체 및 제2 유체의 유동 방향에 대하여 단계적으로 증가 또는 감소하는 유체 점도 측정 장치.
5. The method of claim 4,
And a unit cross-sectional area of the channels of the channel array increases or decreases stepwise with respect to the flow direction of the first fluid and the second fluid.
제4항에 있어서,
상기 채널 어레이는,
상기 채널 어레이의 채널의 단위 단면적이 상기 제1 유체 및 제2 유체의 유동 방향에 대하여 단계적으로 증가하도록 배치되는 증가 패턴과,
상기 채널 어레이의 채널의 단위 단면적이 상기 제1 유체 및 제2 유체의 유동 방향에 대하여 단계적으로 감소하도록 배치되는 감소 패턴이 연결되도록 배치되며,
상기 증가 패턴과 상기 감소 패턴은 연결 부위를 기준으로 대칭 형상을 가지도록 배치되는 유체 점도 측정 장치.
5. The method of claim 4,
The channel array,
An increase pattern disposed so that the unit cross-sectional area of the channels of the channel array increases stepwise with respect to the flow direction of the first fluid and the second fluid;
The unit cross-sectional area of the channel of the channel array is arranged so that the reduction pattern is arranged so as to decrease stepwise with respect to the flow direction of the first fluid and the second fluid,
And the increasing pattern and the decreasing pattern are arranged to have a symmetrical shape with respect to the connection site.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 상기 채널 어레이를 유동 시 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 각각 유동하는 상기 채널 어레이의 채널의 개수의 비율을 계산하여 상기 제1 유체의 점도를 측정하는 유체 점도 측정 장치.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Measuring the viscosity of the first fluid by calculating a ratio of the number of channels of the channel array through which the first fluid and the second fluid flow, respectively, when the first fluid and the second fluid flow through the channel array Fluid viscosity measuring device.
제9항에 있어서,
상기 제1 유체의 점도는,
상기 채널 어레이를 유동하는 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 유동하는 채널의 개수 및 상기 제1 유체와 상기 제2 유체의 유량에 의한 함수로 계산되는 유체 점도 측정 장치.
10. The method of claim 9,
The viscosity of the first fluid,
And a fluid viscosity measuring device calculated as a function of the number of channels through which the first fluid and the second fluid flow through the channel array and the flow rates of the first fluid and the second fluid.
제10항에 있어서,
상기 제1 유체의 점성계수는 다음 수학식에 의하여 계산되는 유체 점도 측정 장치.
Figure 112011015525060-pat00014

(여기서,
μA : 제1 유체의 점성계수
μB : 제2 유체의 점성계수
NA : 채널 어레이에서 제1 유체가 유동하는 채널의 개수
NB : 채널 어레이에서 제2 유체가 유동하는 채널의 개수
QA : 제1 유체의 유량
QB : 제2 유체의 유량)
The method of claim 10,
The viscosity coefficient of the first fluid is a fluid viscosity measuring device is calculated by the following equation.
Figure 112011015525060-pat00014

(here,
μ A : Coefficient of viscosity of the first fluid
μ B : Viscosity coefficient of the second fluid
N A : Number of channels through which the first fluid flows in the channel array
N B : Number of channels through which the second fluid flows in the channel array
Q A : flow rate of the first fluid
Q B : flow rate of the second fluid)
제1항에 있어서,
상기 제1 유체는 전단율(shear rate)에 따라 점도가 변화하는 비뉴턴 유체(non-Newtonian Fluid)를 포함하고, 상기 제2 유체는 전단율에 관계없이 일정한 점도를 가지는 뉴턴 유체(Newtonian Fluid)를 포함하는 유체 점도 측정 장치.
The method of claim 1,
The first fluid includes a non-Newtonian fluid whose viscosity changes according to a shear rate, and the second fluid includes a Newtonian fluid having a constant viscosity regardless of the shear rate. Fluid viscosity measuring device comprising a.
제12항에 있어서,
상기 제1 유체는 혈액(Blood)이고, 상기 제2 유체는 인산완충식염수(PBS)인 유체 점도 측정 장치.
The method of claim 12,
Wherein said first fluid is blood and said second fluid is phosphate buffered saline (PBS).
제1항에 있어서,
상기 제1 유체와 상기 제2 유체는 전단율에 관계없이 일정한 점도를 가지는 뉴턴 유체를 포함하는 유체 점도 측정 장치.
The method of claim 1,
Wherein said first fluid and said second fluid comprise Newtonian fluids having a constant viscosity regardless of shear rate.
제1항에 있어서,
상기 제1 유체와 상기 제2 유체의 표면장력비(surface tension ratio)가 2 이하인 유체 점도 측정 장치.
The method of claim 1,
And a surface tension ratio of the first fluid and the second fluid is 2 or less.
제1항에 있어서,
상기 유체 주입부와 상기 채널 어레이 사이에 연결되며, 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 유입되어 하나의 이동 경로를 형성하도록 가이드 하는 유체 가이드부를 더 포함하는 유체 점도 측정 장치.
The method of claim 1,
And a fluid guide part connected between the fluid injection part and the channel array and configured to guide the first fluid and the second fluid to form one movement path.
동일한 단위 단면적을 가지는 복수의 채널이 이격하여 배치되는 채널 어레이를 마련하는 단계;
점도(viscosity)를 측정하고자 하는 제1 유체 및 점도를 알고 있으며 상기 제1 유체와 혼합되지 않는 제2 유체를 각각 일정한 유량으로 상기 채널 어레이에 주입하는 단계; 및
상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 유동하는 상기 채널 어레이의 채널의 개수를 산출하여, 상기 개수의 비율을 계산하여 상기 제1 유체의 점도를 측정하는 단계;를 포함하는 유체 점도 측정 방법.
Providing a channel array in which a plurality of channels having the same unit cross-sectional area are spaced apart from each other;
Injecting into said channel array at a constant flow rate a first fluid for which viscosity is to be measured and a second fluid that knows the viscosity and is not mixed with said first fluid; And
And calculating a number of channels of the channel array through which the first fluid and the second fluid flow, and calculating a ratio of the numbers to measure the viscosity of the first fluid.
제17항에 있어서,
상기 제1 유체의 점도는,
상기 채널 어레이를 유동하는 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 유동하는 채널의 개수 및 상기 제1 유체와 상기 제2 유체의 유량에 의한 함수로 계산되는 유체 점도 측정 방법.
18. The method of claim 17,
The viscosity of the first fluid,
And a method of measuring the fluid viscosity as a function of the number of channels through which the first fluid and the second fluid flow through the channel array and the flow rates of the first fluid and the second fluid.
제18항에 있어서,
상기 제1 유체의 점성계수는 다음 수학식에 의하여 계산되는 유체 점도 측정 방법.
Figure 112011015525060-pat00015

(여기서,
μA : 제1 유체의 점성계수
μB : 제2 유체의 점성계수
NA : 채널 어레이에서 제1 유체가 유동하는 채널의 개수
NB : 채널 어레이에서 제2 유체가 유동하는 채널의 개수
QA : 제1 유체의 유량
QB : 제2 유체의 유량)
19. The method of claim 18,
The viscosity coefficient of the first fluid is a fluid viscosity measurement method is calculated by the following equation.
Figure 112011015525060-pat00015

(here,
μ A : Coefficient of viscosity of the first fluid
μ B : Viscosity coefficient of the second fluid
N A : Number of channels through which the first fluid flows in the channel array
N B : Number of channels through which the second fluid flows in the channel array
Q A : flow rate of the first fluid
Q B : flow rate of the second fluid)
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WO2019245349A1 (en) * 2018-06-22 2019-12-26 광주과학기술원 Device for simultaneous measurement of whole blood viscosity, hematocrit, and erythrocyte deformability

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