本發(fā)明涉及到傳感器領(lǐng)域，特別涉及到一種十字形牛頓液體粘度應(yīng)力傳感器。

背景技術(shù)：

目前傳統(tǒng)的牛頓液體粘度在線測(cè)量信號(hào)采集中其傳感器工作形式有兩種：一種是粘度傳感器旋轉(zhuǎn)式，其工作原理是，將粘度傳感器浸入待測(cè)液體中，傳感器在電機(jī)的帶動(dòng)下在待測(cè)液體中旋轉(zhuǎn)，由于液體有粘度，傳感器在待測(cè)液體中旋轉(zhuǎn)就會(huì)受到阻力，在一定的轉(zhuǎn)速下，粘度越大阻力就越大，因而傳感器的輸出電壓就越大。另一種是粘度傳感器擺動(dòng)式，其工作原理是，將粘度傳感器浸入待測(cè)液體中，傳感器在電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下在待測(cè)液體中來(lái)回?cái)[動(dòng)，同理由于液體有粘度，傳感器在待測(cè)液體中來(lái)回?cái)[動(dòng)就會(huì)受到阻力，在一定的擺動(dòng)頻率下，粘度越大阻力就越大，因而傳感器的輸出電壓就越大。以上第一種是傳感器在待測(cè)液體中旋轉(zhuǎn)，由于液體層與層之間也存在阻力，傳感器旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)帶動(dòng)液體旋轉(zhuǎn)，而液體旋轉(zhuǎn)時(shí)各液層離旋轉(zhuǎn)中心越遠(yuǎn)的切向速度越小，也就說(shuō)兩相鄰液層的相對(duì)速度有速度差，由于液體有質(zhì)量和粘度，因而就存在慣性與阻力，這就使得這種速度差在傳感器剛剛啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)后瞬間的速度差與正常旋轉(zhuǎn)時(shí)的速度差不一樣，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)后瞬間的速度差大于正常旋轉(zhuǎn)時(shí)的速度差，而能真實(shí)反映牛頓液體粘度阻力的是啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)后瞬間的速度差，也就是說(shuō)粘度傳感器旋轉(zhuǎn)式的牛頓液體粘度在線測(cè)量采集的信號(hào)是有誤差的。同理粘度傳感器擺動(dòng)式牛頓液體粘度在線測(cè)量采集的信號(hào)也是有誤差的。在實(shí)際的應(yīng)用中，許多場(chǎng)合對(duì)牛頓液體的粘度精度要求非常高，這就使得傳統(tǒng)的牛頓液體粘度在線測(cè)量信號(hào)采集技術(shù)存在一定地局限性。如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為一種牛頓液體粘度測(cè)量精度高的在線測(cè)量信號(hào)采集裝置（另案申請(qǐng)）提供一種相應(yīng)的牛頓液體粘度應(yīng)力傳感器，就成了本發(fā)明主要的研究課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為一種牛頓液體粘度測(cè)量精度高的在線測(cè)量信號(hào)采集裝置（另案申請(qǐng)）提供一種十字形牛頓液體粘度應(yīng)力傳感器。為了更好的理解本發(fā)明，在具體表述本發(fā)明技術(shù)方案之前，先對(duì)相關(guān)的理論基礎(chǔ)做簡(jiǎn)單陳述。

液體分為牛頓液體和非牛頓液體，也有稱為牛頓流體和非牛頓流體。我們生活中遇到的大部分是牛頓液體，如：油脂、熔化后松香、許多化工制劑、常用的飲料、水等。只要是牛頓液體均滿足以下條件：

τ=μv

式中：τ-相鄰液體層之間的剪切應(yīng)力；μ-液體的粘度；v–垂直于液體流速方向液層的速度梯度。，

當(dāng)給定一個(gè)恒定的泵液速度v和恒定溫度t時(shí)，垂直于液體流速方向任何一點(diǎn)液層的速度梯度v為常數(shù)。這時(shí)相鄰液體層之間的剪切應(yīng)力τ與液體的粘度μ為線性關(guān)系。設(shè)浸沒(méi)在待測(cè)粘度牛頓液體中應(yīng)力傳感器與該液體流速方向平行的側(cè)面的面積即測(cè)量臂側(cè)面的面積為s，則流經(jīng)應(yīng)力傳感器時(shí)，應(yīng)力傳感器兩個(gè)側(cè)面所受到的剪切力f為：

f=2sτ=2sμv。

根據(jù)上述的理論基礎(chǔ)，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一種十字形牛頓液體粘度應(yīng)力傳感器，其特征在于所述的應(yīng)力傳感器為十字形結(jié)構(gòu)，十字的中心為兩頭設(shè)有內(nèi)螺孔的中空管，中空管的中間上設(shè)有兩根對(duì)稱設(shè)置的支撐輻片用于將十字形應(yīng)力傳感器限制定位在在線測(cè)量信號(hào)采集裝置（另案申請(qǐng)）的導(dǎo)液直管中心，與支撐輻片相隔90°的中空管的中間上設(shè)有兩根對(duì)稱設(shè)置的測(cè)量臂，測(cè)量臂的長(zhǎng)度小于支撐輻片其截面為日字形結(jié)構(gòu)，日字形的中間一橫為應(yīng)變片基板其兩面均貼有兩片電阻應(yīng)變片，每根測(cè)量臂內(nèi)貼有的四片電阻應(yīng)變片連成全電橋測(cè)量電路，兩個(gè)全電橋測(cè)量電路并聯(lián)后接入到粘度顯示控制記錄儀中，日字形的空洞部分填充有耐熱絕緣膠，所述十字形粘度應(yīng)力傳感器中心中空管兩頭的內(nèi)螺孔分別與在線測(cè)量信號(hào)采集裝置（另案申請(qǐng)）的前后中心管連接，前后中心管的另一端分別與在線測(cè)量信號(hào)采集裝置的前后定位輻環(huán)的中心旋接，整個(gè)十字形粘度應(yīng)力傳感器通過(guò)前后中心管、前后定位輻環(huán)限定在在線測(cè)量信號(hào)采集裝置的導(dǎo)液直管內(nèi)的中央。

進(jìn)一步的，因?yàn)橘N電阻應(yīng)變片工藝的要求測(cè)量臂截面設(shè)計(jì)為日字形結(jié)構(gòu)，在相關(guān)工藝完成后，所述的兩根對(duì)稱設(shè)置的截面為日字形結(jié)構(gòu)的測(cè)量臂的兩端頭用工藝塞封堵，用于封死日字形端口以防待測(cè)液體流入損壞電阻應(yīng)變片而影響傳感器正常工作。

進(jìn)一步的，為了使傳感器能適應(yīng)不同酸堿度的牛頓液體和具有良好溫度穩(wěn)定性，所述的十字形牛頓液體粘度應(yīng)力傳感器材質(zhì)采用蠕變系數(shù)小耐腐蝕性好的金屬?gòu)椥泽w材料如：2cr13或s32760或zeron100。

本發(fā)明的工作原理是這樣：當(dāng)流經(jīng)十字形牛頓液體粘度應(yīng)力傳感器的液體的溫度和流速為某一恒定值時(shí)，液體流經(jīng)測(cè)量臂兩側(cè)時(shí)的剪切力為：f=2sμv，粘度值μ與剪切力f呈線性關(guān)系，粘度傳感將液體粘度的物理量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入到粘度顯示控制記錄儀中。

從上述技術(shù)方案中可以看出，本發(fā)明的牛頓液體粘度在線測(cè)量信號(hào)采集裝置的十字形應(yīng)力傳感器限定在導(dǎo)液直管內(nèi)的中央，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。如果電動(dòng)輸液泵是以固定的一個(gè)方向?qū)⒋郎y(cè)牛頓液體流經(jīng)十字形應(yīng)力傳感器，則流經(jīng)十字形應(yīng)力傳感器相對(duì)于待測(cè)牛頓液體的流速是真實(shí)的，這種情況下待測(cè)牛頓液體對(duì)十字形應(yīng)力傳感器粘度阻力是真實(shí)的，因而測(cè)量精度高。不同于傳統(tǒng)的粘度傳感器旋轉(zhuǎn)式和是粘度傳感器擺動(dòng)式這兩種，由于液體的慣性這兩種傳感器相對(duì)于待測(cè)牛頓液體的流速是不真實(shí)，也就是待測(cè)牛頓液體對(duì)這兩種傳感器粘度阻力不真實(shí)有誤差。為了更好的說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施方式及其實(shí)施例附圖做進(jìn)一步的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施例的立體圖。

圖2是本發(fā)明在在線測(cè)量信號(hào)采集裝置中的位置圖。

圖3是圖2俯視圖。

圖4是圖2的b-b剖面圖。

圖5是圖2的c-c剖面圖。

圖6是圖2的d-d剖面圖。

圖7是圖2的c局部放大圖。

圖8是圖3的a局部放大圖。

圖9是圖8的a-a剖視圖。

圖10是本發(fā)明測(cè)量臂內(nèi)電阻應(yīng)變片連接成全電橋電路后接入到粘度顯示控制記錄儀中的示意圖。

圖中：1-回液彎管；2-粘度在線測(cè)量信號(hào)采集單元；3-進(jìn)液彎管出液段；；4-電動(dòng)齒輪輸液泵；5--進(jìn)液彎管；6-步進(jìn)電機(jī)；7-傳感器測(cè)量臂；8-傳感器支撐輻片；9-導(dǎo)液直管；10-后中心管；11-傳感器引出線；12-后定位輻環(huán)；13-后定位輻環(huán)輻片；14-前中心管；15-前定位輻環(huán)；16—前定位輻環(huán)輻片；17-傳感器中空管；18-前導(dǎo)流錐；19-耐熱絕緣膠；20-應(yīng)變片基板；21-工藝塞；22-后定位輻環(huán)輻管；r1、r4、r′1、r′4-傳感器測(cè)量臂背流面電阻應(yīng)變片；r2、r3、r′2、r′3-傳感器測(cè)量臂迎流面電阻應(yīng)變片。

具體實(shí)施方式

通過(guò)以上具體實(shí)施方式及其實(shí)施例附圖可以看出：本發(fā)明所述的應(yīng)力傳感器為十字形結(jié)構(gòu)，十字的中心為兩頭設(shè)有內(nèi)螺孔的中空管17，中空管17的中間上設(shè)有兩根對(duì)稱設(shè)置的支撐輻片8用于將十字形應(yīng)力傳感器限制定位在在線測(cè)量信號(hào)采集裝置（另案申請(qǐng)）的導(dǎo)液直管9中心，與支撐輻片8相隔90°的中空管17的中間上設(shè)有兩根對(duì)稱設(shè)置的測(cè)量臂7，測(cè)量臂7的長(zhǎng)度小于支撐輻片8其截面為日字形結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖9），日字形的中間一橫為應(yīng)變片基板20，其背流面分別貼有電阻應(yīng)變片r1、r4、r′1、r′4-，其迎流面分別貼有電阻應(yīng)變片r2、r3、r′2、r′3，每根測(cè)量臂內(nèi)貼有的四片電阻應(yīng)變片連成全電橋測(cè)量電路，兩個(gè)全電橋測(cè)量電路并聯(lián)后接入到粘度顯示控制記錄儀中（見(jiàn)圖10），日字形的空洞部分填充有耐熱絕緣膠19，所述十字形粘度應(yīng)力傳感器中心中空管17兩頭的內(nèi)螺孔分別與在線測(cè)量信號(hào)采集裝置（另案申請(qǐng)）的前中心管14、后中心管10連接，前中心管14和后中心管10的另一端分別與在線測(cè)量信號(hào)采集裝置的前定位輻環(huán)15和后定位輻環(huán)12的中心旋接，整個(gè)十字形粘度應(yīng)力傳感器通過(guò)前中心管14和后中心管10、前定位輻環(huán)15和后定位輻環(huán)12限定在在線測(cè)量信號(hào)采集裝置的導(dǎo)液直管9內(nèi)的中央。為了貼電阻應(yīng)變片工藝方便的要求，測(cè)量臂7截面設(shè)計(jì)為日字形結(jié)構(gòu)，在相關(guān)工藝完成后兩根對(duì)稱設(shè)置的截面為日字形結(jié)構(gòu)的測(cè)量臂7的兩端頭用工藝塞21封堵死日字形端口，以防待測(cè)液體流入損壞電阻應(yīng)變片而影響傳感器正常工作。為了使本發(fā)明能適應(yīng)不同酸堿度的牛頓液體和具有良好溫度穩(wěn)定性，本實(shí)施例傳感器材質(zhì)采用蠕變系數(shù)小耐腐蝕性好的金屬?gòu)椥泽w材料s32760。

本實(shí)施例的工作原理是這樣：當(dāng)流經(jīng)十字形牛頓液體粘度應(yīng)力傳感器的液體的溫度和流速為某一恒定值時(shí)，液體流經(jīng)測(cè)量臂7兩側(cè)時(shí)的剪切力為：f=2sμv，粘度值μ與剪切力f呈線性關(guān)系，粘度傳感將液體粘度的物理量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入到粘度顯示控制記錄儀中。

從上具體實(shí)施方式中可以看出，本發(fā)明的牛頓液體粘度在線測(cè)量信號(hào)采集裝置的十字形應(yīng)力傳感器限定在導(dǎo)液直管9內(nèi)的中央，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。如果電動(dòng)輸液泵是以固定的一個(gè)方向?qū)⒋郎y(cè)牛頓液體流經(jīng)十字形應(yīng)力傳感器，則流經(jīng)十字形應(yīng)力傳感器相對(duì)于待測(cè)牛頓液體的流速是真實(shí)的，這種情況下待測(cè)牛頓液體對(duì)十字形應(yīng)力傳感器粘度阻力也是真實(shí)的，因而測(cè)量精度高。他不同于傳統(tǒng)的粘度傳感器旋轉(zhuǎn)式和是粘度傳感器擺動(dòng)式這兩種，由于液體的慣性這兩種傳感器相對(duì)于待測(cè)牛頓液體的流速是不真實(shí)，也就是待測(cè)牛頓液體對(duì)這兩種傳感器粘度阻力不真實(shí)有誤差。

以上所列舉的實(shí)施例，僅僅是眾多實(shí)施例的一種，無(wú)法逐一列舉。凡依本發(fā)明的保護(hù)范圍所做的延伸改進(jìn)、修改修飾均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。