新型液体粘度自动测量仪的研制

第卷第期仪器仪表学报塑年月新型液体粘度自动测量仪的研制‘王永洪范世福孙振东王洁天津大学精密仪器工程系引言为满足石油化工各领域对液体粘度快速和准确测定要求我们研制了压电陶瓷自激振荡式液体粘度传感器采用这种传感器研制成功新型液体粘度自动测量仪已通过鉴定并用于石油部门现已进行商品化生产仪器主要技术指标为动力粘度测量范围。一一单传感器单量程测量误差小于士测量值测量液体温度范围。一℃分辨率℃最小分度值仪器还有如下软件功能在预置温度下自动测量计算和显示试样的粘度和温度值具有打印和数据存贮功能根据用户需要进行功能扩展例如粘一温曲线压电陶瓷粘度传感器图是新型压电陶瓷粘度传感器和粘度测量装置弹性振子是用不锈钢加工成的矩形体在两侧面紧固两片压电陶瓷片和不锈钢金属杆下端固定菱形片状探头探头的法向与振动方向垂直激振电路信号施加到压电陶瓷片上带动弹性振子发生变形产生振动压电陶瓷片随之振动并输出相应的信号部分信号反馈回激振电路从而形成机电自激振荡器其振动为简谐振动输出正弦波形探头的振动幅度与振荡器的输出电压成正比待测试样液体装在样品池中并置入恒温浴池温度传感器直接插在试液里在测量液体粘度时探头浸没于试液经恒温浴加热到预置温度并恒温在计算机控制下自动对液样进行取样计算和显示存储的全过程粘度测量原理探头薄片处于平面内图在一。处沿方向振动由于金属杆很长振幅很小本文于年月收到第期新型液体粘度自动测量仪的研制激振电路”一口习】」图传感器结构图压电粘度传感器原理可认为探头在振动时方向做水平振动在角度影响很小一。处与探头薄片紧靠的液体层在方向随着薄片振动在并。的各层液体在内摩擦力的作用下各液体层的振幅随的增加而衰减探头薄片经过精密加工厚度很小边界效应的影响可以忽略不存在湍流探头振动时垂直于轴的各液体层均以层流状态运动其间无滑动在简谐振动条件下薄片的振动幅度为式中为振荡器的输出电压根据粘性液体理论。为角频率一则振动速度为在方向各液体层的振动速度随一的增加按指数规律衰减即式中式中为液体阻尼系数与液体特性有关一由式可以得到一一为振动薄片的最大速度幅值液体的剪切速率为一势一一。一。,在薄片表面液层的剪切速率。。为为作用于薄片表面上的剪切应力仪器仪表学报第卷一刀。刀式中刀为液体粘度系数是液体内摩擦力的量度又称为粘度设薄片两切向侧面面积为则作用于薄片上的液体总粘性力为一探头在液体中振动时受到液体粘性阻力作用振动状态会发生变化其振动幅度和速度直接与液体特性有关设探头在空气中振动时输出电压为。在液体中振动时输出电压为液体密度为则可以得到如下振动方程。一会一式中一丫是与振荡系统内部固有阻抗在空气中的振动频率。薄片面积有关的系数是与液体特性无关的常数同时探头在空气中和在液体中的振动频率相近似由于差异不大可认为是相同的探头在已知密度为的液体中振动时输出电压为根据。和常数值可用计算机计算出液体粘度刀值液体粘度自动测量仪图给出了用压电陶瓷粘度传感器研制成的液体粘度自动测量仪框图其中通道为粘度测量通道传感器输出的正弦波电压信号经过放大交直流变换电平移动把在空气中的直流输出电压作为零值则探头在液体中振动时随着液体粘度增加而电压增大由于液体粘度与温度有明显的关系所以设置了温度亚撅血钧含交流整精流器密器采用结放大器口键盘精密测控通道半导体温度传感器其线性好放大直流器响应快针状温度传感器可直转换器接插入液体测控液样温度测令邑娜温信号通过恒流源转换卜口打印机器直流放大器电平移动和转换传输给计算机口计算机可快速处理粘度和温度信号迅速可靠自动化图仪器总框图程度高可根据用户实际需要扩展功能例如自动绘制粘一温曲线和表格新型液体粘度自动测量仪已在胜利油田使用对多种标准度粘油成品油和原油进行了大量测试结果表明在℃和℃能快速准确测量各种油样用液样少清洗方便利用这种仪器可把原油粘度的手工测量改进到自动化测量使检测现代化该仪器可广泛地用于石油化工食品医药等各个领域用该仪器测量粘弹性液体更具有特殊的优越性