[发明专利]一种便携式高精度液体粘度测量探头

说明书

技术领域

本发明涉及测量探头领域，具体是一种便携式高精度液体粘度测量探头。

背景技术

粘度反映流体内部相对运动情况下分子间内摩擦的特性，是直接反应流体物理特性的重要参数之一。液体粘度快速、准确的测量对生产环节的质量控制以及最终产品的特性评定起着重要作用，因此被广泛地应用于石油、化工、汽车、食品、医药等工业部门。例如：石油开采过程中对钻井液的粘度测量和控制可极大提高钻井效率和钻井质量；汽车领域中燃料的粘度对其喷射效果以及润滑液的粘度对机械运行效率都具有重要的影响；制药化工领域中准确的粘度测量可用于检验药品的纯度；医学领域中血液的粘度测量可作为某些疾病的诊断依据。

然而，流体粘度往往不能直接测量得到，需要通过测量与其相关的物理量，再由相应的方程计算得到。目前，最常用的液体粘度测量方法包括毛细管法、落球法、机械旋转法、机械振动法等。毛细管法是通过测量液体一定压差下在毛细管内的流速换算得到粘度值；落球法是通过测量金属球在液体内运动的速度换算得到粘度值；旋转法通过测量电磁马达驱动的探头在液体内转动的阻力换算得到粘度值；机械振动法通过测量电磁激励的探头在液体内旋转振动的衰减换算得到粘度值。尽管基于这些传统方法的粘度测量设备一般都能够比较准确可靠地测得液体粘度，但是它们大都只适用于离线样品分析，装置体积较大，测量速度较慢，无法实现快速在线连续监测，部分可以用于在线测量的方法普遍存在测量装置结构复杂，成本较高，样品需求量大等缺点。这就导致了基于传统方法的粘度测量设备大都只适合于实验室环境的线下测量，应用场合存在很大的局限性。近年来国内外出现了一些基于压电振动法的新型粘度测量探头，在微型化和在线连续监测方面有了很大的提升，具有很好的发展前景。压电式粘度测量探头利用压电材料的压电效应产生机械谐振，通过测量谐振结构在流体内引起的机械和电学特性变化换算得到相应的粘度值。现有的压电式粘度测量探头由于压电谐振元件结构设计的限制，微型化程度往往较低，由于振型选择的局限，测量精度也相对较低，使得压电式粘度测量探头在便携性、高精度方面仍然存在一定的不足。

鉴于上述情况，现有技术中尚没有一种不仅结构简单、微型化程度高，而且性能可靠、成本低廉的便携式高精度液体粘度测量探头，使得液体粘度测量装置的应用场合和使用范围有了很大局限，难以满足当今工业生产和科学研究过程中对粘度测量的要求。因此，发明一种微型化、便携式、高精度的液体粘度测量探头具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式高精度液体粘度测量探头，采用压电纤维和石英圆杆组成的复合振子，结构紧凑，且测量范围广、精度高、成本低，可用于工业生产和科学研究过程中设备管道、样品容器内液体粘度的在线测量，尤其适用于狭小空间内液体以及微量液体样品的粘度测量。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种便携式高精度液体粘度测量探头，其特征在于：包括压电纤维、石英圆杆、金属圆管、金属套筒；所述压电纤维上螺旋缠绕有一对螺旋电极，所述石英圆杆后端中心设有轴向圆孔，石英圆杆后端侧壁环绕设有圆环基座，压电纤维前端安装在石英圆杆后端轴向圆孔内，并由压电纤维和石英圆杆构成谐振器；所述金属圆管由前段和外径大于前段的后段构成，金属圆管前段外壁成型有外螺纹，所述金属套筒前端筒口封闭形成封闭端，封闭端中心同轴设有圆通孔，金属套筒内壁成型有内螺纹，且金属圆管前段外螺纹与金属套筒内螺纹匹配；所述压电纤维和石英圆杆后端从金属圆管前端同轴伸入金属圆管中，金属套筒圆通孔从石英圆杆前端同轴套入，金属套筒螺合安装在金属圆管前端，且金属套筒封闭端将石英圆杆上圆环基座压紧在金属圆管的前端上。

所述的一种便携式高精度液体粘度测量探头，其特征在于：所述金属圆管后段与金属套筒后端筒口口壁之间设有橡胶材料制成的密封圈。

所述的一种便携式高精度液体粘度测量探头，其特征在于：所述石英圆杆上圆环基座侧壁与金属套筒内壁之间有环向间隙，环向间隙中设有橡胶材料制成的密封圈。

所述的一种便携式高精度液体粘度测量探头，其特征在于：所述压电纤维为压电陶瓷实心材料制成，直径为1～2mm，长度为10～18mm。

所述的一种便携式高精度液体粘度测量探头，其特征在于：所述螺旋电极为磷铜线，直径20～40μm，螺距为3～6mm，一对螺旋电极等距紧密缠绕在压电纤维的外表面，并通过环氧树脂胶固定，两螺旋电极的引线延伸至压电纤维的前端，且引线分别通过绝缘导线从金属圆管后端管口引出。