[发明专利]一种适用于流体黏度和密度同时测量的方法及装置

权利要求书

1.一种适用于流体黏度和密度同时测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在真空中，利用压电材料的逆压电效应驱动双音叉结构体产生振动，同时利用各音叉中另一压电体的压电效应来检测音叉的共振频率f_1,vac、f_2,vac；

2)在恒温恒压条件下，将双音叉依次浸没于若干种已知黏度η、密度ρ的流体，驱动音叉在流体中振动，分别测量得到两音叉的共振频率f_1,liq、f_2,liq；

3)根据测量数据集(η,ρ,f_1,liq,f_2,liq)并结合已标定常数f_1,vac、f_2,vac，以f_1,liq为自变量，以ρ为因变量，按照式进行拟合得到标定系数B₁；以f_2,liq和ρ为自变量，以η为因变量，按照式拟合得到标定系数A₂、B₂，

4)测量未知流体时，将双音叉浸没于待测流体中，测量得到两音叉的共振频率f_1,liq和f_2,liq，代入以下方程即可求出流体的黏度和密度值：

式中，下标1、2分别对应于双音叉中的密度敏感音叉和黏密度敏感音叉。

2.根据权利要求1所述的一种适用于流体黏度和密度同时测量的方法，其特征在于，标定系数A_i、B_i(i＝1,2)为各音叉的黏密度敏感特性参数，可按照式进行估算，并作为实验标定的参考值，其中ρ_m为音叉材质密度，w、t为音叉叉臂的宽度和厚度；反之，也可以在音叉设计时根据需求按照公式相应地设置材质和尺寸参数。

3.根据权利要求1所述的一种适用于流体黏度和密度同时测量的方法，其特征在于，测量方程组中两方程的适用性不同，故采用下标1、2区分：其中密度测量方程适用于密度敏感音叉，对应参数下标1，即流体密度的变化会引起该音叉共振频率f_1,liq明显的变化；黏度测量方程适用于黏密度敏感音叉，对应参数下标2，即流体密度和黏度的变化均会引起该音叉共振频率f_2,liq明显的变化。

4.一种适用于流体黏度和密度同时测量的装置，其特征在于，包括：实验本体、双音叉结构体、信号发生与检测单元和温度压力控制系统，实验本体为一个密封金属容器，内部可填充待测流体；双音叉结构体由共同固定同一基座的同一端面上的一个密度敏感音叉和一个黏密度敏感音叉组成，基座通过螺纹或法兰盘固定于实验本体某一面的开口处，并使音叉叉体朝向容器内部；信号发生和检测单元主体为一集成电路，嵌于音叉基座内，用于为两个音叉提供扫频激励信号并获取各自在待测流体中的共振频率；温度压力控制系统由金属加热棒、泵以及两者内置的温度压力传感器组成。

5.根据权利要求4所述的一种适用于流体黏度和密度同时测量的装置，其特征在于，温度压力控制系统的加热棒周向布置于实验本体的壳体内，用于控制容器内流体的温度，泵外置于本体，并通过管路与实验本体内部连通，用于控制容器内流体的压力。

6.根据权利要求4所述的一种适用于流体黏度和密度同时测量的装置，其特征在于，信号发生和检测单元主体通过绝缘导线与各音叉体中压电材料的电极相连。

7.根据权利要求4所述的一种适用于流体黏度和密度同时测量的装置，其特征在于，实验本体的材质不限于金属，可为玻璃、陶瓷、塑料；也不限于密闭结构，可为开口容器。

8.根据权利要求4所述的一种适用于流体黏度和密度同时测量的装置，其特征在于，双音叉结构体不局限于在实验本体中进行工作，通过螺纹、法兰形式装配于各种容器或通过夹具固定在各种开放式流体环境中。

9.根据权利要求4所述的一种适用于流体黏度和密度同时测量的装置，其特征在于，两个音叉的排布方式为两者的底端中心均与基座中心重合，互不干涉；同时，双音叉的压电材料上两电极与信号发生和检测单元通过导线并联连接，相互独立，且由于材料、尺寸等方面的差异，两者的共振频率相差十倍以上，互不干扰，不会影响测量。