基于柔性铰链的液体粘度测量系统研究

摘要

液体粘度的测量关乎着国民经济生产以及人们日常生活的各个方面，如在原油运输行业、食品加工行业、工业纺织行业以及医用制药等方面都发挥着极其重要的作用。本课题不仅介绍了毛细管法、旋转法、振动法以及落球法等传统液体粘度测量方法，同时对光纤法、电磁法、声学法以及微机械法等新兴的粘度测量方法也做了介绍，并给出了现阶段液体粘度测量方法的一些新趋势，最后以此为基础提出了一种新的基于柔性铰链结构的液体粘度测量方法。该方法将振动法与电磁原理相结合，提出了一项表征液体粘度的新参数——阻尼因数，为测量液体粘度开辟了一个新的途径。
　　基于柔性铰链的液体粘度测量方法，采用平行四边形柔性铰链机构作为整个装置的主体，应用电磁感应原理，结合相应的电磁信号调理电路以及功率放大电路，使测量探头在被测液体中做来回往复运动;编写Labview程序实现对铰链机构探头振动信号的实时显示、采集和处理，并得到相应运动测量中的阻尼因数，以实现液体粘度测量。在测量原理上，整个系统可简化为“弹簧振子模型”，通过研究振动薄片在粘度液中做简谐振动时受到的液体粘滞力对系统运动特性（“频率-振幅”/“频率-相位”/“阻尼振动”）的影响，推导出阻尼因数与液体粘度之间的数学公式。搭建了实验装置，通过大量实验对“阻尼因数-粘度”数学式中的系数进行了标定，实验验证了用阻尼因数标定粘度的方法具有较高的测量精度和良好的重复性和稳定性。最后，对实验过程中产生误差的因素进行了定性分析，便于后续进一步的改进创新。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及研究意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 毛细管式粘度测量方法

1．2．2 旋转式粘度测量方法

1．2．3 振动式粘度测量方法

1．2．4 落球式粘度测量方法

1．2．5 液体粘度测量新技术

1．3 液体粘度测量方法发展的新趋势

1．4 柔性铰链振动法测粘度

1．5 本课题的主要研究内容

第二章 基于柔性铰链机构的液体粘度测量原理

2．1 液体粘度概述

2．2 电磁驱动力理论分析

2．3 测量方法的理论分析

2．3．1 系统振动模型

2．3．2 振动片振动特性理论分析

2．3．3 粘度与阻尼因数关系

2．4 本章小结

第三章 测量系统总体方案设计

3．1 测量系统的总体架构

3．2 电磁线圈结构设计

3．3 柔性铰链结构设计

3．4 液面触点结构设计

3．5 霍尔传感器的选取

3．6 功率放大电路设计

3．7 数据采集卡的选取

3．8 本章小结

第四章 软件程序设计

4．1 数据处理流程

4．2 振动信号实时显示、保存及滤波处理

4．3 受迫振动振幅数据拟合结果

4．4 受迫振动相位差拟合结果

4．5 阻尼振动拟合结果

4．6 拟合结果对比分析

4．7 本章小结

第五章 测量系统实验探究及误差分析

5．1 粘度测量系统实验装置

5．2 测量系统实验分析

5．2．1 实验步骤

5．2．2 系统标定实验

5．2．3 系统验证实验及分析

5．2．4 重复性实验及分析

5．2．5 稳定性实验及分析

5．2．6 实验总结

5．3 实验误差来源分析

5．3．1 温度对液体粘度的影响

5．3．2 容器壁对粘度测量结果的影响

5．3．3 拟合和计算中的误差

5．4 测量系统的不确定度评定

5．5 本章小结

第六章 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢