阻抗法石英晶體液體粘度測(cè)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(dòng)行為的特征，是表征流體流動(dòng)性質(zhì)的重要參數(shù)。粘度的測(cè)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(mén)，對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制以及最終產(chǎn)品的性能評(píng)定起著重要作用。另外，在紡織、國(guó)防、醫(yī)學(xué)等行業(yè)中的應(yīng)用也非常廣泛。因此，對(duì)于粘度實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，粘度測(cè)量正向著高精度、自動(dòng)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(zhǎng)而難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)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(cè)量系統(tǒng)。該測(cè)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(cè)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(dòng)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(hào)，根據(jù)響應(yīng)信號(hào)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(cè)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(dòng)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(hào)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(cè)量系統(tǒng)。在該粘度測(cè)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(dòng)信號(hào)源；②對(duì)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行混頻、低通濾波、多路選擇及A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)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(pán)控制及液晶顯示，負(fù)責(zé)對(duì)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(guò)對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)粘度液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并用合適的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，得到測(cè)量系統(tǒng)的工作曲線。 用本課題設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)粘度液和非標(biāo)準(zhǔn)粘度液進(jìn)行測(cè)量液體粘度的實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析。結(jié)果表明，用該測(cè)量系統(tǒng)對(duì)中低粘度范圍內(nèi)的液體進(jìn)行粘度測(cè)量時(shí)，測(cè)量精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為粘度測(cè)量提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可實(shí)時(shí)