;压电片连 接至阻抗分析仪4;阻抗分析仪4连接至计算机5;振动片21浸入被测液体1内。悬臂梁 22采用钢片，振动片21为圆形，振动片和悬臂梁均采用钢片。
[0029]当压电梁自由端的振动片浸入被测液体中时，压电梁的简化力学模型如图3所 示。其中，L表示压电梁的长度，hp和化m分别为压电片和悬臂梁的厚度，m,为压电梁自由 端简化的集中质量，ct表示由于被测液体粘度引起的阻尼，运里C, A为振动片 的面积，?为振动角频率且有《 =231f，f为振动频率，n为动力粘度，P为被 测液体的密度。根据W上简化的模型，得到压电梁的振动方程：
[0031]其中，最为压电梁的等效刚度，云为压电梁的单位长度质量，X和U分别为横纵坐 标，t为时间。
[0034]其中，PP和Pm分别为压电片和悬臂梁的密度，St和&V,分别为压电片和钢片的 弹性常数。
[0035] 边界条件可表示为：
[0037]运样，方程（1)的通解可表示为：
[003引U二[a icos AbX+a ssin火bX+a scosh AbX+a 4sinh AbX]e.]"t(4)
[0039] 其中i=巧，本=(?兩/&)"，：Qi、〇2、和a4分别为待定常数。
[0040] 相关研究表明，压电梁构成的振动系统，可W用等效电路来代替，等效机电禪合电 路的电路图如图4所示。根据压电连续方程，等效机电禪合电路中电流I可W被表示为：
W45] 其中，dsi为压电片的压电常数，的为压电片的介电常数。
[0046]另外，图4中相参数Cm= -C。/妒，Z。~ZC阻抗参数被定义如下： CN1051巧858A 说明书 4/5页
[0054] 当频率为压电悬臂梁的共振频率《。时，导纳会达到最大值，所W有：
[00巧] 1+cm+sm P (j-cn P0= 0 (10)
[0056]另外，6。和Ab。也是在共振频率处获得的参数值，所W有：
[0062] 根据式（13)可知，一旦测得压电梁的机电阻抗（导纳等）的共振频率，即可计算 得到被测液体的动力粘度。同时根据解（13)可知，随着粘度的增加，压电悬臂梁的各阶共 振将逐渐降低，如图5所示。
[0063] 被测液体的粘度范围可W通过常见的液体的粘度和密度值表得到。下表为25°C、 常压下的常见的液体的粘度和密度值表：
[0064] (JN 105115858 A WL b/b贝
[0065] 最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域 的技术人员可W理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修 改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围W权 利要求书界定的范围为准。
【主权项】
1. 一种基于机电阻抗法的粘度计，其特征在于，所述粘度计包括：压电梁、固定台、阻 抗分析仪和计算机；其中，所述压电梁包括振动片、悬臂梁和压电片；所述悬臂梁的一端固 定在固定台上，另一端为自由端；在悬臂梁的自由端上设置有振动片，悬臂梁的对称轴与振 动片的对称轴共线，且悬臂梁所在的平面与振动片所在的平面互相垂直；在悬臂梁的两个 表面上分别粘贴有厚度相同的压电片；所述压电片连接至阻抗分析仪；所述阻抗分析仪连 接至计算机；所述振动片浸入被测液体内，阻抗分析仪通过扫频的方式向压电片施加交变 电压，压电梁产生振动，阻抗分析仪测量这种振动，并将压电梁的频响特性数据传输至计算 机，计算机利用频响特性计算得到共振频率。2. 如权利要求1所述的粘度计，其特征在于，所述振动片为规则的形状。3. 如权利要求1所述的粘度计，其特征在于，所述振动片的厚度在0. 1mm~0. 2mm之 间。4. 如权利要求1所述的粘度计，其特征在于，所述悬臂梁采用刚性的材料。5. -种基于机电阻抗法的粘度计的测试方法，其特征在于，所述测试方法，包括以下步 骤： 1) 根据被测液体的粘度范围，设置计算机的测试参数，测试参数包括扫频范围f\~f2 和激励电压，其中，匕和匕分别为起始频率和终止频率； 2) 将振动片完全浸入被测液体内，固定压电梁的固定端； 3) 按照设定的扫频范围，从f\~f2逐点进行扫频测试，获得每个频率点的导纳Y，得到 频率与导纳的频响曲线； 4) 根据频响曲线，如果得到了共振频率f。，则进入步骤5)，如果没有得到共振频率，则 返回步骤1)，调整扫频范围重新进行测量； 5) 根据测得的共振频率计算得到被测液体的动力粘度n:其中，为共振角频率，《。心为共振频率，A为振动片的面积，mt为压电梁自 由端简化的集中质量，后为压电梁的等效刚度，A为压电梁单位长度质量，L为压电梁的长 度，i=A，. /V&丨4p为被测液体的密度。
【专利摘要】本发明公开了一种基于机电阻抗法的粘度计及其检测方法。本发明的粘度计包括：压电梁、固定台、阻抗分析仪和计算机；其中，压电梁包括振动片、悬臂梁和压电片；悬臂梁的一端固定在固定台上，另一端为自由端；在悬臂梁的自由端上设置有振动片；在悬臂梁的两个表面上分别粘贴有厚度相同的压电片；压电片连接至阻抗分析仪。本发明通过测量压电梁的机电阻抗的共振频率，计算得到被测液体的动力粘度，方法准确可靠，由于机电阻抗的测量非常准确，所以与其相关的被测粘度值也能够准确得到；并且，测试部件为压电梁，其测试方式简便，受空间几何约束小，测试性能在各种温度、气压等环境下都可以保持良好的稳定性，所以能够满足不同环境的原位测试要求。
【IPC分类】G01N11/10
【公开号】CN105115858
【申请号】CN201510574910
【发明人】李法新, 谭池
【申请人】北京大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月10日