超声波固体粘度计的设计

　　0 引 言

　　粘度是流体的一个重要物理特性, 是液体受到外力作用流动时在流体分子间所呈现的内摩擦力。在工业生产的很多领域中, 粘度是表征产品质量的重要参数之一。

　　粘度测量的传统方法主要有毛细管法[ 1] 。毛细管粘度测量方法的原理基于H ag en-Po iseu ille 定律: 当流体以一定流量流经毛细管时, 在毛细管两端产生的压力差与流体的动力粘度G成正比。

　　毛细管粘度计是目前最有效的粘度计。但它的缺点也是明显的, 如, 温度测量故障常导致毛细管受压过高而损坏; 需要频繁而精心地维护; 价格太高等。

　　探索新的粘度测量原理, 从根本上解决粘度测量手段,毫无疑问, 有着重大的意义和广阔的应用前景。

　　1 测量原理

　　化工产品处于固体状态下, 材料力学试验表明: 弹性模量与特性粘度存在如下关系

　　基于上述原理, 设计了超声波固体粘度计。

　　2 系统结构和工作过程

　　超声波固体粘度计由超声波发生器、超声波接收器、单片机智能控制系统三部分构成, 如图1所示。

　　超声波发射器和超声波接收器由聚偏氟乙稀( po lyv-iny lidene fluor ide, PVDF)材料构成, 发射器部分可在夹台的滑槽中滑动, 发射器与接收器之间可夹住待测试样。

　　发射器发出的超声波可分为两部分: 在待测试样中传播的为bo1, 在空气中传播的为bo 2。发射时, bo 1先于bo 2抵达接收器; 停止发射时, bo 2后于bo 1消失于接收器。工作过程如下:

　　( 1)超声波发射器发出超声波, 单片机控制系统中的计数器count1开始计数;

　　( 2)超声波bo 1穿透待测试样抵达超声波接收器, 计数器count1停止计数, 此时, count1的读数为C1;

　　( 3)超声波发射器停发超声波, 单片机计数器coun t2开始计数;

　　( 4)超声波接收器接收不到超声波bo 2时, 单片机的计数器count2停止计数, 此时, count 2的读数为C2。C2 实际上为试样的厚度;

　　( 5)单位厚度( bo 2的滞后消失于接收器)上bo 1 的滞后抵达接收器, 也就是C1 /C2, 即n= f (C1 /C2 ) 。

　　2. 1 超声波发射器的设计

　　超声波发射器应考虑待测试样对波长的敏感程度, 因此, 发射器设计成频率可调。

　　2. 2 超声波接收器的设计

　　( 1) bo 1在待测试样中传播, 由于试样为固体, 密度大,所以, 抵达接收器时的信号大;

　　( 2) bo 2在空气中传播, 由于空气的密度小, 所以, 抵达接收器时的信号小;

　　( 3)超声波接收器应分别考虑对bo 1, bo 2的接收。

　　2. 3 单片机智能控制系统的功能