阻抗法石英晶體液體粘度測量系統(tǒng).pdf

1、粘度是液體的重要物理性質(zhì)之一，它反映流體流動行為的特征，是表征流體流動性質(zhì)的重要參數(shù)。粘度的測量被廣泛應(yīng)用于石油、化工、涂料、食品和制藥等工業(yè)部門，對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制以及最終產(chǎn)品的性能評定起著重要作用。另外，在紡織、國防、醫(yī)學(xué)等行業(yè)中的應(yīng)用也非常廣泛。因此，對于粘度實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的測量，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會效益。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，粘度測量正向著高精度、自動化、實(shí)時(shí)在線的方向發(fā)展，而諸如毛細(xì)管粘度計(jì)、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)這樣的傳統(tǒng)粘度計(jì)有很多缺點(diǎn)

2、，比如儀器笨重而不便于攜帶以及響應(yīng)時(shí)間長而難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測量等。 本課題根據(jù)浸入液體的石英晶片受到液體粘性阻力而使其等效阻抗增加的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種采用阻抗法的石英晶體液體粘度測量系統(tǒng)。該測量系統(tǒng)用恒定頻率源激勵(lì)石英晶片，從而克服了傳統(tǒng)的采用差頻法諧振式石英晶體傳感系統(tǒng)在液體中不易起振、測量粘度低的缺點(diǎn)。利用石英晶體空載時(shí)的諧振頻率去驅(qū)動傳感器，從與石英晶體傳感器串聯(lián)的采樣電阻上取得響應(yīng)信號，根據(jù)響應(yīng)信號的幅值與液體粘度的相關(guān)性，獲

3、得液體粘度信息。 本文分析了差頻法和阻抗法這兩種利用浸入液體的石英晶體測量液體粘度的方法，并利用阻抗法設(shè)計(jì)了一種新型的恒定頻率驅(qū)動下的石英晶體液體粘度傳感器。根據(jù)由傳感器采集的響應(yīng)信號的幅值與液體粘度之間良好的相關(guān)性，設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的粘度測量系統(tǒng)。在該粘度測量系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)完成了①由集成運(yùn)放構(gòu)成的輸出頻率可微調(diào)的克拉潑振蕩電路，以此作為傳感器的外加驅(qū)動信號源；②對響應(yīng)信號進(jìn)行混頻、低通濾波、多路選擇及A/D轉(zhuǎn)換的信號處理電路；③單

4、片機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)，該單片機(jī)系統(tǒng)包含鍵盤控制及液晶顯示，負(fù)責(zé)對完成A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理并由液晶顯示結(jié)果；④通過對不同標(biāo)準(zhǔn)粘度液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并用合適的方法對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，得到測量系統(tǒng)的工作曲線。 用本課題設(shè)計(jì)的測量系統(tǒng)分別對標(biāo)準(zhǔn)粘度液和非標(biāo)準(zhǔn)粘度液進(jìn)行測量液體粘度的實(shí)驗(yàn)并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析。結(jié)果表明，用該測量系統(tǒng)對中低粘度范圍內(nèi)的液體進(jìn)行粘度測量時(shí)，測量精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為粘度測量提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、可實(shí)時(shí)