[发明专利]一种采用压阻式微悬臂梁在线快速测量流体密度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量流体密度的方法，更确切地说，是一种采用压阻式微悬臂梁在线快速测量流体密度的方法。

背景技术

由于微悬臂梁具有灵敏度高、响应迅速、尺寸小、可批量生产以及实时测量等优点，它已经被广泛地用于化学、物理以及生物检测等领域。微悬臂梁有两种工作方式：静态工作方式和动态工作方式。前者主要是测量悬臂梁端部的挠度来实现测量的，如用于测量表面应力、物质的浓度等；而后者是通过测量悬臂梁在工作环境中的谐振频率来实现测量的，如用于测量生物分子质量、流体黏度密度等。压阻式微悬臂梁，由于不需要光学悬臂梁必需的对准工作，并且可将检测系统集成在悬臂梁上，可使得整个测量装置的尺寸大大减小，因而压阻式微悬臂梁在微机械电子系统中的应用非常广泛。采用压阻式微悬臂梁来测量流体的密度，需要寻找压阻式微悬臂梁在待测流体中的谐振频率，这使得测量时间大大加长(大于1分钟)，非常不利于现场流体密度的测量，特别是那些需要实时监测密度的流体。

鉴于以上缺点，实有必要提供一种采用压阻式微悬臂梁在线快速测量流体密度的方法，以缩短测量时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用压阻式微悬臂梁在线快速测量流体密度的方法，不改变现有的测量装置，不需要获得压阻式微悬臂梁在待测流体中的谐振频率，即可实现在线、快速测量流体密度的目的。

为了克服现有方法的缺点，本发明提供一种采用压阻式微悬臂梁在线快速测量流体密度的方法，包括以下步骤：

(1)将压阻式微悬臂梁浸没于密度已知为ρ₁标准流体中，然后给压阻式微悬臂梁的激励线圈提供一个频率为f和幅值为U₁的正弦交流电，并使用锁相放大器测量惠斯通电桥的输出，结果为V₁；

(2)再给压阻式微悬臂梁的激励线圈提供一个频率仍为f但幅值为U₂的正弦交流电，并使用锁相放大器测量惠斯通电桥的输出，结果为V₂；

(3)通过升温或者降温改变先前标准流体的密度到ρ₂，然后给压阻式微悬臂梁的激励线圈提供一个频率仍为f和幅值为U₁的正弦交流电，并使用锁相放大器测量惠斯通电桥的输出，结果为V₃；

(4)再给压阻式微悬臂梁的激励线圈提供一个频率仍为f但幅值为U₂的正弦交流电，并使用锁相放大器测量惠斯通电桥的输出，结果为V₄；

根据以上测量结果以及密度工作方程ρ＝ak+b，确定密度工作方程中的待定参数a和b。此处，k为激励线圈改变电压前后的惠斯通电桥输出差值与激励线圈改变电压前后差值的比值，即k₁＝(V₁-V₂)/(U₁-U₂)，k₂＝(V₃-V₄)/(U₁-U₂)。联立方程ρ₁＝ak₁+b和ρ₂＝ak₂+b，即可唯一确定待定参数a和b，需要指出的是a和b只与微悬臂梁本身的结构、激励线圈输入电压的频率、惠斯通电桥供电电流大小以及外界磁场强度等参数有关，不会因待测流体以及输入电压幅值的改变而改变；

(5)将压阻式微悬臂梁浸没于待测流体中，然后给压阻式微悬臂梁的激励线圈提供一个频率仍为f和幅值为U₁的正弦交流电，并使用锁相放大器测量惠斯通电桥的输出，结果为V₅。再给压阻式微悬臂梁的激励线圈提供一个频率仍为f但幅值为U₂的正弦交流电，并使用锁相放大器测量惠斯通电桥的输出，结果为V₆。根据这些测量结果确定k₃值(k₃＝(V₅-V₆)/(U₁-U₂))，然后根据密度工作方程ρ＝ak+b即可确定待测流体的密度。

本发明所述的压阻式微悬臂梁是采用电磁激励的，外磁场是采用永磁铁提供的。对于标定好的压阻式微悬臂梁，不要再改变其惠斯通电桥供电电流大小、激励线圈供电电压的频率以及永磁铁的磁场强度。

所述永磁铁为钐钴永磁铁。