[实用新型]一种十字形牛顿液体粘度应力传感器

说明书

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。