[发明专利]压电测量流体粘弹性的装置

说明书

本发明属于生物体液粘弹性的压电测试装置。

七十年代末，美国学者G.B.Thurston提出利用流体在多根园形截面管内作小振幅振荡流动测量流体粘弹性的装置。该装置通过凸轮转动，使一薄膜带动测试管内流体作小振幅正弦振荡流动，并在测试管侧壁开孔处联接一压力传感器，在凸轮转动部位装有位移传感器。该装置因在测量管管壁处开孔联接压力传感器而影响了测量管内的流场，导致孔压误差，孔压误差与流体粘弹性质有关，影响流体粘弹性质的孔压误差难以估计。压力的测点单一，因而压力测量准确性差，随机误差大，导致测量精度低。又因该装置仅使测量管内的流体作正弦振荡，不产生方波、三角波振荡，所以难以了解粘弹流体触变性和复杂振荡流动中的性质。

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种压电测量流体粘弹性的装置。该装置不仅能消除压力测量中的孔压误差，实现压力多点测量，而且能使流体产生多种波形振荡。

本发明的目的通过以下技术解决方案实现：根据压电材料所受压力与其所产生的电荷密度成正比关系，用压电材料把测量管本身做成既能让流体在其内流动，又能同时传递流体压力信号的压电管，压电管的内外管壁的相对位置上作有电极，组成电极群，输出压力信号。用电致伸缩器件替代原装置中的凸轮。

压电管的制作：压电管由压电材料制成横截面为园形或长方形狭缝的直通管，压电材料制作成形后的压电管的内，外表面光滑，光洁度要求为：，压电管内径的偏差为0.1%-1%，壁厚度的偏差为1%-5%，管长的偏差为1%-7%，压电材料灵敏性要求为：1N/m²-10N/m²压力，产生1μV～10μV的电压。

压电管的技术规格：

压电管横截面的内部尺寸：园形管内径：2mm～30mm，

或长方形狭管内部尺寸：长边：20mm～200mm，

短边：0.2mm～10mm，

压电管长：50mm～150mm，

压电管壁厚：1mm～10mm。

压电管的支数：1～20支，并根据具体支数在活塞缸工作顶部加工成相应的孔均用弹性隔膜封闭。

压电管内、外表面电极及内表面电极引出线的制作：在压电管的内、外表面对应位置上涂抹银浆或金浆，组成电极群，经室温干燥后为电极，电极的位置关系为：在压电管内、外表面对应位置的一对电极为压力信号的正极和负极，根据压电材料的性质和极化方式，选择内表面电极为正极，对应的外表面电极为负极，或内表面电极为负极，对应的外表面电极为正极，每对电极仅测量该电极处的流体压力，每对电极的信号接微电荷放大器的相应通道，当测量流体流动方向压力分布时，电极沿其流动方向排列，每对电极间的距离为1mm到100mm，外表面电极可直接接至微电荷放大器上，各内表面电极由沿其流动方向管壁上的银浆或金浆引线引至压电管的上端面，接至微电荷放大器，银浆或金浆引线的宽度为0.2mm-0.7mm，银浆或金浆引线一般应避免在另外内表面电极上面通过，如必须通过另外的内表面电极，则在通过部位预先涂硅橡胶后银浆或金浆引线从硅橡胶上引过，以避免信号的相互干扰，银浆或金浆引线的制作方式与电极的制作方式相同，银浆或金浆引线的厚度很薄为0.01mm-0.05mm，不会影响管内被测流体的流场。压力信号通过微电荷放大器放大后，输入微机，存贮压力信号随时间变化曲线，对每一对电极输出的压力信号都进行编号，以便于识别。

电致伸缩器件由50～800片正方形或长方形或园形的压电材料薄片迭成，施加电压便在电场方向产生伸缩，施加电压与伸缩尺寸成正比，从施加电压到产生伸缩的响应时间为1μS-10μS，技术要求为：最大位移20μm～80μm，承受荷重10kg～50kg，回零位移再现性：0.01μm～0.1μm，驱动电压为直流电压，其变化范围为：0～300V，0V时电致伸缩器件无伸长，处于最小长度，对应于使被测流体产生振荡的弹性膜处于最低位置，300V时电致伸缩器件处于最大伸长，对应于上述弹性膜处于最高位置。

在流体粘弹性测试中，施加在电致伸缩器件上的电压相位为位移相位，将该电压信号与微机贮存的压力信号进行相位比较，便能得出相位差，由相位差、压力值和测试前或测试后测出的被测流体的密度值，即便能计算被测流体粘弹性的存贮模量和耗损模量。被测流体的密度由密度计测出。