[发明专利]一种基于QCM的液体粘度检测仪

说明书

本发明公开了一种基于QCM的液体粘度检测仪在QCM表面进行环形封装，与压电石英晶片中心一起构成液体检测池，用于盛放各种待检测液体。晶体整体支架连接QCM电极提供导电，支撑杆为QCM支架提供支撑，其为杠杆的支点。由于液体量较少，质量较小，杠杆的原理可以对其进行放大。检测杠下表面均覆盖有压力检测传感器，这样检测电路根据获得的感应压力、待检测液体的体积计算出待测检液体的密度，最后结合谐振频率的变化通过Kanazawa方程计算出所检测液体的粘度。这样由于采用杠杆原理进行质量测量，所以液量较少，同时，通过本发明，可以同时测量出密度和谐振频率，检测方便，操作简单。

技术领域

本发明属于液体粘度技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance，QCM)的液体粘度检测仪。

背景技术

粘度是物质的一种物理化学性质。对于液体在某些应用场合下来说，其具体数值以及检测的准确性尤为重要。目前常用的液体粘度检测方法主要有毛细管式、振动式、旋转式等，商用液体粘度计以旋转式为主，而毛细管式和振动式因其操作复杂，维护麻烦而只能应用于实验室。

对常用的液体粘度检测方法，无论是实验室使用的还是商用的，其操作和维护都比较繁琐，同时对于液体量的需求也较大，比如商用旋转式液体粘度计，其需要将百毫升级液体放置在桶内后再将旋转杆放置桶内旋转一定的时间。检测过程繁琐且耗时，器材的清洗维护也很麻烦，特别是当检测有毒有害液体时，清洗维护不当甚至会对人体造成危害。

石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance，QCM)是上个世纪六十年代出现的一种具备纳克量级的质量型传感器(G.Sauerbrey.Use of quartz vibration forweighing thin film on a microbalance[J].Physik，1968,155：206-212)。直到1985年，Kanazawa等人(K.Keiji Kanazawa,Joseph G.Gordon.Frequency of aquartzmicrobalance in contact with liquid[J].Analytical Chemistry，1985，57：1770-1771)发现了QCM谐振频率的变化与相接触液体密度粘度的关系，其关系如下所示。

η和ρ为液体粘度和密度，μ_q和ρ_q为石英晶体的剪切模量和密度，Δf则为相应的谐振频率变化。

通过液体密度粘度与谐振频率变化关系，我们可以发现，液体的密度和粘度是耦合在一起的。因此在没有数学上的解耦方法之前，只能通过其他方法先行测量液体的密度后，然后再得出具体的粘度值，但这会导致整个粘度检测过程繁琐且耗时。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种检测方便、操作简单、维护简单并且所需液量少的基于QCM的液体粘度检测仪。

为实现上述发明目的，本发明基于QCM的液体粘度检测仪，其特征在于，包括：

压电石英晶片、上电极(检测电极)、下电极组成的QCM传感器，所述压电石英晶片为圆形，上电极为圆形片状，作为检测电极覆在压电石英晶片的上方，下电极也为圆形片状，作为接地电极覆盖在压电石英晶片的下方；

柱状圆环，用于在QCM传感器的上表面进行环形封装，将上电极置于其中，并与压电石英晶片的上表面构成液体检测池，用于盛放各种待检测液体；

晶片整体支架，包括长度为L的两根支杆，两根支杆平行对齐，前端分别与QCM传感器的左右外边缘固定连接，为QCM传感器提供物理支撑；

上下电极的电极引线，分别与上电极、下电极连接，然后再分别连接到QCM传感器左右外边缘的支杆上，晶片整体支架为导体，为QCM传感器提供导电；