基于復(fù)合壓電扭轉(zhuǎn)纖維結(jié)構(gòu)的粘度傳感器研究.pdf

1、粘度是反映流體運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的重要物理參量，粘度測(cè)定在能源化工、生物醫(yī)療、食品環(huán)保等工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。現(xiàn)有的粘度測(cè)量方法，雖能達(dá)到較高的測(cè)量精度，但普遍存在體積大、樣品用量多、難以在線測(cè)量、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。因此，發(fā)展微型化、高精度、低成本、可快速在線測(cè)量的粘度測(cè)量技術(shù)有著迫切的應(yīng)用需求和重要的研究?jī)r(jià)值。
　　針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了一種基于復(fù)合壓電扭轉(zhuǎn)纖維結(jié)構(gòu)的新型粘度傳感器，并優(yōu)化了粘度測(cè)量方法以獲得較高的測(cè)

2、量精度。首先，本文分析了復(fù)合壓電扭轉(zhuǎn)纖維諧振器的振動(dòng)原理，通過(guò)有限元仿真優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制作并測(cè)試了三種不同材料探頭的復(fù)合諧振器樣機(jī);其次，詳細(xì)分析了復(fù)合壓電扭轉(zhuǎn)纖維諧振器與液體的振動(dòng)耦合特性，完善了振動(dòng)耦合的機(jī)電等效電路，優(yōu)化了基于導(dǎo)納圓擬合的粘度測(cè)量方法;最后，搭建實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，以甘油水溶液為標(biāo)準(zhǔn)粘度液，測(cè)試了三種不同材料探頭的復(fù)合諧振器樣機(jī)的粘度測(cè)量性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:石英探頭的復(fù)合諧振器在空氣中的機(jī)械品質(zhì)因子高達(dá)220，具有較高的

3、粘度測(cè)量分辨率;不銹鋼、鈹青銅探頭的復(fù)合諧振器在空氣中的機(jī)械品質(zhì)因子都達(dá)到150以上，具有較寬的粘度測(cè)量范圍。綜合而言，本文設(shè)計(jì)的復(fù)合粘度計(jì)具有良好的粘度測(cè)量性能，在100mPa·s～3500mPa·s范圍內(nèi)，Rf與√ρη保持良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R-square可達(dá)0.99953。
　　本文提出的新型粘度傳感器，不僅實(shí)現(xiàn)了微型化，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，測(cè)量范圍廣、成本低，可用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究過(guò)程中設(shè)備管道、樣品容器內(nèi)液體粘度的