利用应电压测量粘度

　　引言

　　实验室内早已有了不少精密测量粘度的经典方法。常见非超声式的粘度测量方法有毛细管法、旋转法和落球法等等。传统超声式粘度检测一般是测量待测液体中超声波的衰减或切变阻抗。非超声式的粘度检测虽然精度高，但不能进行实时测量。传统超声式粘度检测各有优点。

　　本文提出了另外一种测量方法。利用应电压在不同粘度的液体中衰减能量的速度不同，通过标准溶液的定标后，进行未知溶液的粘度测量。

　　1条件假设

　　为了讨论方便，文中采用了一些近似:第一是认为压电晶片的厚度远小于其长及宽。第二是认为待测液体为纯粘性的牛顿液体，即没有切变弹性，能起作用的仅是切变粘滞力，并且该粘滞力服从生顿粘滞力的规律。牛顿粘滞力的公式为:

　　其中，A梯度，为作用面积，为面积垂直方向速度即粘度。

　　2应用应电压测粘度的可行性分析

　　考虑单晶片浸入待测液的情况，如图1所示.电源V(t)向妮酸锉晶片发出一单脉冲，由于压电晶片的压电特性形成一个振荡电信号序列，这个振荡电信号序列和电脉冲源对压电晶片充电时形成的充电电压共同形成了应电压。

　　设压电晶片和待测液的声阻抗Rl和RZ，令Rl:=RZ/Rl，根据透射率公式，在压电晶片与液体交界面上的透射率为:

　　应用妮酸锉横波晶片，即换能器向待测液中激发的为切变波。对于无粘滞性的液体，其切变波阻抗接近于零，即式(2)中Rl:约为零，这样透射率几乎为零，从应电压信号上反应出来即信号衰减得较慢。只有当液体具有粘滞性时，流体才具有切变阻抗，这时切变波就可以在其中传播了。此时，固液界面上的透射率就会随液体的切变阻抗的增大而提高，从应电压信号上反应出来就是衰减得更快。这使得在相同的激励条件下，在压电晶片中形成不同的应电压。

　　3压电晶片的保护层

　　在实际工业生产当中，由于待测液体往往具有较强的腐蚀性，因此直接把镀了电极的压电晶片放入待测液中(如图l)，电极很快会被腐蚀掉。另外，大多数横波晶片都容易破碎，所以必须对压电晶片加上保护层。

　　由式(3)易见，R12=1时r，最小值0，相应透射率为t，最大值1，由此我们可以得出结论:压电晶片和保护层的阻抗相等时为最佳状态，即在保护层没有消耗能量。

　　4液体粘度与声阻抗率的关系讨论

    对于一般纯粘性牛顿液体，其声阻抗率为:

　　实部是声阻率，虚部为声抗率，刀和p分别表示液体的粘度和密度。

　　一般情况下，实际测量当中遇到的都是二元液体，即溶液中含两种成份。以下我们以甘油为例对二元液体做一下专门讨论(见表1)。