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CN106950155B - 一种十字形牛顿液体粘度应力传感器 - Google Patents

一种十字形牛顿液体粘度应力传感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到一种十字形牛顿液体粘度应力传感器。其特征在于所述的应力传感器为十字形结构，十字的中心为两头设有内螺孔的中空管，中空管的中间上设有两根对称设置的支撑辐片，与支撑辐片相隔90°的中空管的中间上设有两根对称设置的测量臂，测量臂的长度小于支撑辐片其截面为日字形结构，日字形的中间一横为应变片基板其两面均贴有两片电阻应变片，每根测量臂内贴有的四片电阻应变片连成全电桥测量电路，整个十字形粘度应力传感器通过前后中心管、前后定位辐环限定在在线测量信号采集装置的导液直管内的中央。本发明的具有结构简单，测量精度高的特点。

Description

一种十字形牛顿液体粘度应力传感器
技术领域
本发明涉及到传感器领域，特别涉及到一种十字形牛顿液体粘度应力传感器。
背景技术
目前传统的牛顿液体粘度在线测量信号采集中其传感器工作形式有两种：一种是粘度传感器旋转式，其工作原理是，将粘度传感器浸入待测液体中，传感器在电机的带动下在待测液体中旋转，由于液体有粘度，传感器在待测液体中旋转就会受到阻力，在一定的转速下，粘度越大阻力就越大，因而传感器的输出电压就越大。另一种是粘度传感器摆动式，其工作原理是，将粘度传感器浸入待测液体中，传感器在电机及传动机构的带动下在待测液体中来回摆动，同理由于液体有粘度，传感器在待测液体中来回摆动就会受到阻力，在一定的摆动频率下，粘度越大阻力就越大，因而传感器的输出电压就越大。以上第一种是传感器在待测液体中旋转，由于液体层与层之间也存在阻力，传感器旋转时会带动液体旋转，而液体旋转时各液层离旋转中心越远的切向速度越小，也就说两相邻液层的相对速度有速度差，由于液体有质量和粘度，因而就存在惯性与阻力，这就使得这种速度差在传感器刚刚启动旋转后瞬间的速度差与正常旋转时的速度差不一样，启动旋转后瞬间的速度差大于正常旋转时的速度差，而能真实反映牛顿液体粘度阻力的是启动旋转后瞬间的速度差，也就是说粘度传感器旋转式的牛顿液体粘度在线测量采集的信号是有误差的。同理粘度传感器摆动式牛顿液体粘度在线测量采集的信号也是有误差的。在实际的应用中，许多场合对牛顿液体的粘度精度要求非常高，这就使得传统的牛顿液体粘度在线测量信号采集技术存在一定地局限性。如何克服现有技术的不足，为一种牛顿液体粘度测量精度高的在线测量信号采集装置(另案申请)提供一种相应的牛顿液体粘度应力传感器，就成了本发明主要的研究课题。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有技术的不足，为一种牛顿液体粘度测量精度高的在线测量信号采集装置(另案申请)提供一种十字形牛顿液体粘度应力传感器。为了更好的理解本发明，在具体表述本发明技术方案之前，先对相关的理论基础做简单陈述。
液体分为牛顿液体和非牛顿液体，也有称为牛顿流体和非牛顿流体。我们生活中遇到的大部分是牛顿液体，如：油脂、熔化后松香、许多化工制剂、常用的饮料、水等。只要是牛顿液体均满足以下条件：
τ＝μv
式中：τ-相邻液体层之间的剪切应力；μ-液体的粘度；v–垂直于液体流速方向液层的速度梯度。
当给定一个恒定的泵液速度V和恒定温度T时，垂直于液体流速方向任何一点液层的速度梯度v为常数。这时相邻液体层之间的剪切应力τ与液体的粘度μ为线性关系。设浸没在待测粘度牛顿液体中应力传感器与该液体流速方向平行的侧面的面积即测量臂侧面的面积为S，则流经应力传感器时，应力传感器两个侧面所受到的剪切力F为：F＝2Sτ＝2Sμv。
根据上述的理论基础，为了实现本发明的目的，本发明是通过以下技术方案来实现的。一种十字形牛顿液体粘度应力传感器，其特征在于所述的应力传感器为十字形结构，十字的中心为两头设有内螺孔的中空管，中空管的中间上设有两根对称设置的支撑辐片用于将十字形应力传感器限制定位在在线测量信号采集装置(另案申请)的导液直管中心，与支撑辐片相隔90°的中空管的中间上设有两根对称设置的测量臂，测量臂的长度小于支撑辐片其截面为日字形结构，日字形的中间一横为应变片基板其两面均贴有两片电阻应变片，每根测量臂内贴有的四片电阻应变片连成全电桥测量电路，两个全电桥测量电路并联后接入到粘度显示控制记录仪中，日字形的空洞部分填充有耐热绝缘胶，所述十字形粘度应力传感器中心中空管两头的内螺孔分别与在线测量信号采集装置(另案申请)的前后中心管连接，前后中心管的另一端分别与在线测量信号采集装置的前后定位辐环的中心旋接，整个十字形粘度应力传感器通过前后中心管、前后定位辐环限定在在线测量信号采集装置的导液直管内的中央。
进一步的，因为贴电阻应变片工艺的要求测量臂截面设计为日字形结构，在相关工艺完成后，所述的两根对称设置的截面为日字形结构的测量臂的两端头用工艺塞封堵，用于封死日字形端口以防待测液体流入损坏电阻应变片而影响传感器正常工作。
进一步的，为了使传感器能适应不同酸碱度的牛顿液体和具有良好温度稳定性，所述的十字形牛顿液体粘度应力传感器材质采用蠕变系数小耐腐蚀性好的金属弹性体材料如：2Cr13或S32760或Zeron100。本发明的工作原理是这样：当流经十字形牛顿液体粘度应力传感器的液体的温度和流速为某一恒定值时，液体流经测量臂两侧时的剪切力为：F＝2Sμv，粘度值μ与剪切力F呈线性关系，粘度传感将液体粘度的物理量转化为电信号输入到粘度显示控制记录仪中。
从上述技术方案中可以看出，本发明的牛顿液体粘度在线测量信号采集装置的十字形应力传感器限定在导液直管内的中央，结构简单。如果电动输液泵是以固定的一个方向将待测牛顿液体流经十字形应力传感器，则流经十字形应力传感器相对于待测牛顿液体的流速是真实的，这种情况下待测牛顿液体对十字形应力传感器粘度阻力是真实的，因而测量精度高。不同于传统的粘度传感器旋转式和是粘度传感器摆动式这两种，由于液体的惯性这两种传感器相对于待测牛顿液体的流速是不真实，也就是待测牛顿液体对这两种传感器粘度阻力不真实有误差。为了更好的说明本发明，下面结合具体实施方式及其实施例附图做进一步的说明。
附图说明
图1是本发明具体实施例的立体图。
图2是本发明在在线测量信号采集装置中的位置图。
图3是图2俯视图。
图4是图2的B-B剖面图。
图5是图2的C-C剖面图。
图6是图2的D-D剖面图。
图7是图2的C局部放大图。
图8是图3的A局部放大图。
图9是图8的A-A剖视图。
图10是本发明测量臂内电阻应变片连接成全电桥电路后接入到粘度显示控制记录仪中的示意图。
图中：1-回液弯管；2-粘度在线测量信号采集装置单元；3-进液弯管出液段；；4-电动齿轮输液泵；5--进液弯管；6-步进电机；7-传感器测量臂；8-传感器支撑辐片；9-导液直管；10-后中心管；11-传感器引出线；12-后定位辐环；13-后定位辐环辐片；14-前中心管；15-前定位辐环；16—前定位辐环辐片；17-传感器中空管；18-前导流锥；19-耐热绝缘胶；20-应变片基板；21-工艺塞；22-后定位辐环辐管；R1、R4、R′1、R′4-传感器测量臂背流面电阻应变片；R2、R3、R′2、R′3-传感器测量臂迎流面电阻应变片。
具体实施方式
通过以上具体实施方式及其实施例附图可以看出：本发明所述的应力传感器为十字形结构，十字的中心为两头设有内螺孔的中空管17，中空管17的中间上设有两根对称设置的支撑辐片8用于将十字形应力传感器限制定位在在线测量信号采集装置(另案申请)的导液直管9中心，与支撑辐片8相隔90°的中空管17的中间上设有两根对称设置的测量臂7，测量臂7的长度小于支撑辐片8其截面为日字形结构(见图9)，日字形的中间一横为应变片基板20，其背流面分别贴有电阻应变片R1、R4、R′1、R′4-，其迎流面分别贴有电阻应变片R2、R3、R′2、R′3，每根测量臂内贴有的四片电阻应变片连成全电桥测量电路，两个全电桥测量电路并联后接入到粘度显示控制记录仪中(见图10)，日字形的空洞部分填充有耐热绝缘胶19，所述十字形粘度应力传感器中心中空管17两头的内螺孔分别与在线测量信号采集装置(另案申请)的前中心管14、后中心管10连接，前中心管14和后中心管10的另一端分别与在线测量信号采集装置的前定位辐环15和后定位辐环12的中心旋接，整个十字形粘度应力传感器通过前中心管14和后中心管10、前定位辐环15和后定位辐环12限定在在线测量信号采集装置的导液直管9内的中央。为了贴电阻应变片工艺方便的要求，测量臂7截面设计为日字形结构，在相关工艺完成后两根对称设置的截面为日字形结构的测量臂7的两端头用工艺塞21封堵死日字形端口，以防待测液体流入损坏电阻应变片而影响传感器正常工作。为了使本发明能适应不同酸碱度的牛顿液体和具有良好温度稳定性，本实施例传感器材质采用蠕变系数小耐腐蚀性好的金属弹性体材料S32760。
本实施例的工作原理是这样：当流经十字形牛顿液体粘度应力传感器的液体的温度和流速为某一恒定值时，液体流经测量臂7两侧时的剪切力为：F＝2Sμv，粘度值μ与剪切力F呈线性关系，粘度传感将液体粘度的物理量转化为电信号输入到粘度显示控制记录仪中。从上具体实施方式中可以看出，本发明的牛顿液体粘度在线测量信号采集装置的十字形应力传感器限定在导液直管9内的中央，结构简单。如果电动输液泵是以固定的一个方向将待测牛顿液体流经十字形应力传感器，则流经十字形应力传感器相对于待测牛顿液体的流速是真实的，这种情况下待测牛顿液体对十字形应力传感器粘度阻力也是真实的，因而测量精度高。他不同于传统的粘度传感器旋转式和是粘度传感器摆动式这两种，由于液体的惯性这两种传感器相对于待测牛顿液体的流速是不真实，也就是待测牛顿液体对这两种传感器粘度阻力不真实有误差。
以上所列举的实施例，仅仅是众多实施例的一种，无法逐一列举。凡依本发明的保护范围所做的延伸改进、修改修饰均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种十字形牛顿液体粘度应力传感器，其特征在于所述的应力传感器为十字形结构，十字的中心为两头设有内螺孔的传感器中空管，传感器中空管的中间上设有两根对称设置的传感器支撑辐片，与传感器支撑辐片相隔90°的传感器中空管的中间上设有两根对称设置的传感器测量臂，传感器测量臂的长度小于传感器支撑辐片，其传感器测量臂的截面为日字形结构，日字形的中间一横为应变片基板，其应变片基板两面均贴有两片电阻应变片，每根传感器测量臂内贴有的四片电阻应变片连成全电桥测量电路，两个全电桥测量电路并联后接入到粘度显示控制记录仪中，日字形的空洞部分填充有耐热绝缘胶，所述十字形牛顿液体粘度应力传感器中心传感器中空管两头的内螺孔分别与在线测量信号采集装置的前后中心管连接，前后中心管的另一端分别与在线测量信号采集装置的前后定位辐环的中心旋接，整个十字形牛顿液体粘度应力传感器通过前后中心管、前后定位辐环限定在粘度在线测量信号采集装置的导液直管内的中央，粘度在线测量信号采集装置的电动输液泵是以固定的一个方向将待测牛顿液体流经十字形牛顿液体应力传感器，当流经十字形牛顿液体粘度应力传感器的液体的温度和流速为某一恒定值时，液体流经传感器测量臂两侧时的剪切力为：F=2Sμv，公式中：v为垂直于液体流速方向液层的速度梯度,S为测量臂侧面的面积，粘度值μ与剪切力F呈线性关系，十字形牛顿液体粘度应力传感器将液体粘度的物理量转化为电信号输入到粘度显示控制记录仪中。
2.根据权利要求1所述的一种十字形牛顿液体粘度应力传感器，其特征在于所述的两根对称设置的截面为日字形结构的测量臂的两端头用工艺塞封堵，用于封死日字形端口。
3.根据权利要求1所述的一种十字形牛顿液体粘度应力传感器，其特征在于所述的十字形牛顿液体粘度应力传感器材质采用蠕变系数小耐腐蚀性好的2Cr13或S32760或Zeron100金属弹性体材料。
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