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、粘度是反映流體運動學(xué)特性的重要物理參量，粘度測定在能源化工、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)用價值?，F(xiàn)有的粘度測量方法，雖能達到較高的測量精度，但普遍存在體積大、樣品用量多、難以在線測量、價格昂貴等缺點。因此，發(fā)展微型化、高精度、低成本、可快速在線測量的粘度測量技術(shù)有著迫切的應(yīng)用需求和重要的研究價值。
　　針對上述問題，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)化了粘度測量方法以獲得較高的測

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

3、粘度測量分辨率;不銹鋼、鈹青銅探頭的復(fù)合諧振器在空氣中的機械品質(zhì)因子都達到150以上，具有較寬的粘度測量范圍。綜合而言，本文設(shè)計的復(fù)合粘度計具有良好的粘度測量性能，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0.99953。
　　本文提出的新型粘度傳感器，不僅實現(xiàn)了微型化，而且結(jié)構(gòu)簡單緊湊，測量范圍廣、成本低，可用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究過程中設(shè)備管道、樣品容器內(nèi)液體粘度的