一種基于機電阻抗法的粘度計及其檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及粘度計制備領域，具體設及一種基于機電阻抗法的粘度計及其檢測方 法。
【背景技術】
[0002] 液體流動時，在分子間產生內摩擦的性質，稱為液體的粘性，粘性的大小用粘度表 示。粘度是許多工業生產中需要監測的指標之一，測定粘度的原理一般大都是由斯托克斯 公式和泊肅葉公式導出有關粘滯系數的表達式，求得粘滯系數。粘度參數的測定，對于預測 產品生產過程的工藝控制、輸送性W及產品在使用時的操作性，具有重要的指導價值，在化 工、印刷、醫藥、石油、汽車等諸多行業有著重要的意義。
[0003] 目前，用于測定運動粘度的粘度計包括毛細管式、旋轉式和振動式。毛細管式粘度 計通常為賽氏粘度計，是一種常見的粘度計。在恒溫恒壓條件下，利用被測液體流過固定長 度毛細管的時間來計算樣品的粘度。常見的旋轉式粘度計是錐板式粘度計，利用穩定流動 狀態下流體給邊界W恒定的作用力，通過圓柱形邊界的扭矩和來反映樣品的粘度。振動粘 度計利用流體中的物體振動時受到流體的阻力獲得流體的粘度，當然此作用力的大小與流 體的粘度有關，但由于此作用力不能直接測得，所W通常的振動粘度計都是通過測量機械 阻抗來間接獲得被測液體的粘度。
【發明內容】
[0004] 為了實現粘度的準確測量，本發明提出了一種基于機電阻抗法的粘度計及其檢測 方法，利用機電阻抗法來測試粘度，既能準確地反映被測液體的粘度，又可W實現原位測 量。 陽〇化]本發明的一個目的在于提出一種基于機電阻抗法的粘度計。
[0006] 本發明的基于機電阻抗法的粘度計包括：壓電梁、固定臺、阻抗分析儀和計算機； 其中，壓電梁包括振動片、懸臂梁和壓電片；懸臂梁的一端固定在固定臺上，另一端為自由 端；在懸臂梁的自由端上設置有振動片，懸臂梁的對稱軸與振動片的對稱軸共線，且懸臂梁 所在的平面與振動片所在的平面互相垂直；在懸臂梁的兩個表面上分別粘貼有厚度相同的 壓電片；壓電片連接至阻抗分析儀；阻抗分析儀連接至計算機；振動片浸入被測液體內，阻 抗分析儀通過掃頻的方式向壓電片施加交變電壓，壓電梁產生振動，阻抗分析儀測量運種 振動，并將壓電梁的頻響特性數據傳輸至計算機，計算機利用頻響特性計算得到共振頻率。
[0007] 例如，測量壓電梁在每個頻率點的導納值，從而得到壓電梁的共振頻率，根據共振 頻率得到被測液體的動力粘度。
[0008] 懸臂梁采用剛性的材料，如鋼片，W保證具有一定的剛度。
[0009] 振動片為規則的形狀，厚度h在0. 1mm~0. 2mm之間，材料與懸臂梁相同。
[0010] 本發明在懸臂梁的自由端設置振動片，振動片的振動方向與振動片所在的平面平 行，當振動片浸入被測液體后，由液體的粘度引起的振動片的表面摩擦力將改變壓電梁的 共振頻率，測量得到與液體的粘度有關的共振頻率，進而通過建立力學模型，再利用測得的 共振頻率計算得到被測液體的動力粘度。振動片、懸臂梁和壓電片構成了機電阻抗禪合系 統，通過測量壓電梁的機電阻抗（導納）的共振頻率，計算得到被測液體的動力粘度。
[0011] 本發明的另一個目的在于提出一種基于機電阻抗法的粘度計的測試方法。
[0012] 本發明的基于機電阻抗法的粘度計的測試方法，包括W下步驟：
[0013] 1)根據被測液體的粘度范圍，設置計算機的測試參數，測試參數包括掃頻范圍 ~f2和激勵電壓，其中，f1和f2分別為起始頻率和終止頻率；
[0014]。將振動片完全浸入被測液體內，固定壓電梁的固定端；
[0015]3)按照設定的掃頻范圍，從fl~f2逐點進行掃頻測試，獲得每個頻率點的導納Y， 得到頻率與導納的頻響曲線；
[0016] 4)根據頻響曲線，如果得到了共振頻率f。，則進入步驟5)，如果沒有得到共振頻 率，則返回步驟1)，調整掃頻范圍重新進行測量；
[0017] 5)根據測得的共振頻率計算得到被測液體的動力粘度n:
[0019]其中，為共振角頻率，《。= 2 31fnf。為共振頻率，A為振動片的面積，mt為壓電 梁自由端簡化的集中質量，哀為壓電梁的等效剛度，及為壓電梁單位長度質量，L為壓電 梁的長度，
為被測液體的密度。
[0020] 本發明的優點：
[0021] 本發明通過測量壓電梁的機電阻抗的共振頻率，計算得到被測液體的動力粘度， 方法準確可靠，由于機電阻抗的測量非常準確，所W與其相關的被測粘度值也能夠準確得 到；并且，本發明的測試部件為壓電梁，其測試方式簡便，受空間幾何約束小，測試性能在各 種溫度、氣壓等環境下都可W保持良好的穩定性，所W能夠滿足不同環境的原位測試要求。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明的基于機電阻抗法的粘度計的示意圖；
[0023] 圖2為本發明的基于機電阻抗法的粘度計的壓電梁的示意圖；
[0024] 圖3為本發明的基于機電阻抗法的粘度計的壓電梁的簡化力學模型圖；
[0025] 圖4為本發明的基于機電阻抗法的粘度計的壓電梁的等效電路圖；
[00%] 圖5為本發明的基于機電阻抗法的粘度計的共振頻率隨液體的粘度變化的曲線 圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖，通過具體實施例，進一步闡述本發明。
[0028] 如圖1所示，本實施例的基于機電阻抗法的粘度計包括：壓電梁2、固定臺3、阻抗 分析儀4和計算機5;其中，如圖2所示，壓電梁2包括振動片21、懸臂梁22和壓電片23; 懸臂梁22的一端固定在固定臺3上，另一端為自由端；在懸臂梁的自由端上設置有振動片 21，懸臂梁22的對稱軸位于振動片21所在的平面內，并且懸臂梁所在的平面與振動片所在 的平面互相垂直；在懸臂梁的兩個表面上分別粘貼有兩塊厚度相同的壓電片23