專利名稱：粘度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有一將液體粘度參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器的粘度計(jì)，其包括一支持構(gòu)件，一在一端堅(jiān)固地連接在所述支持構(gòu)件而在另一自由端具有一擺動(dòng)體的擺動(dòng)裝置，以及一使擺動(dòng)裝置產(chǎn)生和保持?jǐn)[動(dòng)的磁驅(qū)動(dòng)線圈和一檢測(cè)線圈。這類粘度計(jì)在美國(guó)專利4，488，427號(hào)中有所公開(kāi)。
在已有的粘度計(jì)中支持構(gòu)件是由一個(gè)塊或板構(gòu)成的，其上具有一個(gè)孔。擺動(dòng)裝置包括一個(gè)管，該管的內(nèi)徑比所述孔的直徑大并且其一端與所述孔同軸地連接在所述塊上。擺動(dòng)裝置的另一端具有一擺動(dòng)體或塊，其將所述管的該端封閉。該管被作成以扭轉(zhuǎn)方式擺動(dòng)。為此，一剛性棒置于該管內(nèi)的空間內(nèi)與管壁不接觸的位置，該棒的一端固接在管的自由端上，而剛性棒的自由端則穿過(guò)支持塊體上的孔而超出該支持塊體之外。在剛性棒的自由端固接有一橫郜在其自由端具有與磁驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)線圈相互作用的磁鐵。一反饋環(huán)路連接在所述線圈之間以通過(guò)剛性棒使擺動(dòng)裝置產(chǎn)生和保持?jǐn)[動(dòng)。
本發(fā)明的目的即在于提供一種結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單的前述類型的粘度計(jì)。
按照本發(fā)明，該目的是通過(guò)給擺動(dòng)體提供一個(gè)磁鐵和使驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)線圈靠近擺動(dòng)體實(shí)現(xiàn)的。
在已知的系統(tǒng)中，用以使擺動(dòng)裝置產(chǎn)生擺動(dòng)的激勵(lì)系統(tǒng)(理論上包括驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)線圈以及與它們相互作用的磁鐵)總是在容置待測(cè)粘度液體的空間之外?？偟膩?lái)說(shuō)這即引起密封問(wèn)題，以及非直接驅(qū)動(dòng)，如，必須采用剛性棒。根據(jù)本發(fā)明，磁鐵置于擺動(dòng)體中，其一個(gè)優(yōu)點(diǎn)即是可以免去密封測(cè)量，同時(shí)直接驅(qū)動(dòng)亦成為可能，這使得本發(fā)明的粘度計(jì)更精確。
發(fā)明人注意到一種液體性質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)在美國(guó)專利4，005，599號(hào)中被公開(kāi)，其包括一具有磁鐵的擺動(dòng)體以及一設(shè)置在靠近該擺動(dòng)體并在一包容有該擺動(dòng)體并在一包容有該擺動(dòng)體的容器之外的磁驅(qū)動(dòng)線圈。該擺動(dòng)體通過(guò)一扭力簧片固接在一支持構(gòu)件上。通過(guò)驅(qū)動(dòng)線圈及磁鐵的作用該擺動(dòng)體及扭力簧片以扭轉(zhuǎn)方式擺動(dòng)。但是，在該系統(tǒng)中沒(méi)有象本發(fā)明的粘度計(jì)一樣采用檢測(cè)線圈測(cè)量擺動(dòng)的幅度。
與本發(fā)明的粘度計(jì)不同，在該美國(guó)專利4，005，599號(hào)的系統(tǒng)中，采用了頻率測(cè)量原理而不是本發(fā)明的幅度測(cè)量方式。幅度測(cè)量使分辨率得以改善。
另外，在該已知系統(tǒng)中通過(guò)同相和移相地反饋信號(hào)測(cè)量?jī)蓚€(gè)頻率。由此在換接時(shí)需產(chǎn)生一個(gè)新的平衡態(tài)，這將使測(cè)量的反應(yīng)速度較低，因?yàn)?，在一足夠長(zhǎng)的期間內(nèi)應(yīng)在一個(gè)頻率測(cè)量以使瞬態(tài)現(xiàn)象消失。
在美國(guó)專利3，763，692中公開(kāi)了一種濃度測(cè)量裝置，其采用直線擺動(dòng)代替本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng)，相應(yīng)地，驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)線圈設(shè)置為使一直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生和測(cè)量的方式。轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng)仍可能產(chǎn)生，其中一空管沿一轉(zhuǎn)動(dòng)橢圓線運(yùn)動(dòng)。而該轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng)應(yīng)避免以使粘度的影響在測(cè)量結(jié)果中盡可能小。
本發(fā)明的實(shí)施例及細(xì)節(jié)將在下文及所附的從屬權(quán)項(xiàng)中做進(jìn)一步描述。
下面參照附圖進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，附圖中

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的示意圖;
圖2顯示了本發(fā)明一實(shí)施例的線圈及擺動(dòng)體的位置;
圖3顯示了本發(fā)明的一較佳實(shí)施例;
圖4顯示了圖3所示實(shí)施例的基板;
圖5是本發(fā)明一實(shí)施例的電路圖。
本發(fā)明基于一液體對(duì)浸于其中擺動(dòng)的擺動(dòng)元件的阻尼效果。采用了一反饋系統(tǒng)，通過(guò)向該系統(tǒng)提供能量以補(bǔ)償粘滯損耗及其它內(nèi)在的機(jī)械及電損耗使擺動(dòng)體保持機(jī)械擺動(dòng)。這通過(guò)該反饋系統(tǒng)中的一放大環(huán)路實(shí)現(xiàn)。例如復(fù)雜的剪切粘滯性可通過(guò)測(cè)量擺動(dòng)裝置的諧振頻率及其阻尼測(cè)定。
在上述的基本設(shè)計(jì)中，本發(fā)明的粘度計(jì)是如圖1所示的具有一傳感器的例子，其中該傳感器用于將一液體的粘度參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。該傳感器包括一支持構(gòu)件或基板1，該基板支持一擺動(dòng)裝置。該擺動(dòng)裝置包括一扭力棒2，該扭力棒2剛性地垂直連接在基板1上，以及一由一圓柱體3構(gòu)成的擺動(dòng)體，該圓柱體3剛性地連接在扭力棒2的自由端。扭力棒2和圓柱體3的組合被做成可以扭轉(zhuǎn)方式擺動(dòng)并可保持?jǐn)[動(dòng)。為此，利用了一激勵(lì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一磁鐵4及一驅(qū)動(dòng)線圈5。如圖1所示，磁鐵4安裝在圓柱體3內(nèi)。較好的方式是使用一第二驅(qū)動(dòng)線圈6。至少，擺動(dòng)裝置的圓柱體3浸于由基板1、一例如為圓柱形的壁13及一底14圍成的空間12內(nèi)所裝的流體或液體11內(nèi)。如果該粘度計(jì)必須用作一流動(dòng)型的測(cè)量?jī)x器，液體可以例如從壁13上高于擺動(dòng)體的一開(kāi)口引入而通過(guò)底14上的一開(kāi)口或通過(guò)省去該底流出，或者相反。如圖1所示，線圈5和6設(shè)置在靠近壁13處并且最好在空間12外。
從上述例舉的容器的壁13到圓柱體3側(cè)面的最小距離是由剪切波在到達(dá)壁13時(shí)已幾乎消失的要求決定的。對(duì)于牛頓流體，在100毫帕斯卡秒(MPa·s)及400赫茲的頻率下剪切波的幅度在2mm距離上以1000的因數(shù)減弱。圖2示意性地顯示了本發(fā)明的一個(gè)激勵(lì)系統(tǒng)及檢測(cè)系統(tǒng)的較佳實(shí)施例。圓柱形磁鐵4被顯示為一N-S偶極子。安置磁鐵的圓柱體在圖2中未予顯示。激勵(lì)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)線圈5和6，而檢測(cè)系統(tǒng)在一較佳實(shí)施例中包括兩個(gè)檢測(cè)線圈7和8。檢測(cè)線圈7和8與驅(qū)動(dòng)線圈5和6相互垂直。另外，降噪線圈9和10也顯示于圖2中。所述圓柱形磁鐵最好被沿直徑方向磁化，如圖2中由箭頭S-N示意的一樣。
該磁鐵因此被置于驅(qū)動(dòng)線圈和檢測(cè)線圈之間。擺動(dòng)裝置的扭轉(zhuǎn)擺動(dòng)通過(guò)一變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生，該變化磁場(chǎng)由加在驅(qū)動(dòng)線圈上的激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生。該激勵(lì)信號(hào)可由一頻率合成器產(chǎn)生。該激勵(lì)信號(hào)的頻率和幅度可由一微處理器控制。
扭轉(zhuǎn)擺動(dòng)的幅度通過(guò)所述檢測(cè)線圈測(cè)量。這些來(lái)自檢測(cè)線圈的檢測(cè)信號(hào)，在激勵(lì)信號(hào)為恒定的情況下即是上述圓柱體所浸入的液體粘度的一個(gè)度量，這些檢測(cè)信號(hào)可以被放大、由一帶通濾波器濾波并被饋至一電壓表由一微處理器讀出。
作為一種變形，一電反饋環(huán)路可以連接在驅(qū)動(dòng)線圈和檢測(cè)線圈之間，保持?jǐn)[動(dòng)裝置的扭轉(zhuǎn)擺動(dòng)，而檢測(cè)信號(hào)可從檢測(cè)線圈取出，在這種情況下檢測(cè)信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)的比率可由微處理器確定以作為待測(cè)液體粘度的度量。這將在討論圖5時(shí)進(jìn)一步描述。
為了盡可能減小扭轉(zhuǎn)體和基板之間的機(jī)械偶合，所選的基板慣性力矩比扭轉(zhuǎn)體的慣性力距要大。
上述粘度計(jì)的傳感器設(shè)計(jì)的最重要的優(yōu)點(diǎn)在于擺動(dòng)裝置的諧振頻率對(duì)溫度的依賴性很小，溫度的影響可以很容易地被微處理器所補(bǔ)償?？梢岳檬軠囟扔绊懞苄〉逆嚭辖鹬谱髋ちΠ魜?lái)進(jìn)一步減小擺動(dòng)裝置對(duì)溫度的依賴性。例如，可選擇一種由VaduumschmelzeGmbH公司提供的型號(hào)為“Termelast4290的金屬。為了進(jìn)一步減小擺動(dòng)裝置的諧振頻率對(duì)溫度的依賴性，可以對(duì)扭力棒進(jìn)行熱處理。
圓柱形磁鐵例如可由一種各向異性的磁性材料制造，該磁性材料可以從市場(chǎng)上在“VACOMAX145”的型號(hào)下購(gòu)得。
所有靠近磁鐵的結(jié)構(gòu)材料，如線圈架及支座由一種合成材料制成，例如一種纖維增強(qiáng)的酚醛樹(shù)脂。這種材料作為較佳的選擇是因?yàn)樗膭傂?、膨脹系?shù)(與銅線圈很相近)以及其不導(dǎo)電性。作為渦流效應(yīng)的結(jié)果，導(dǎo)電材料將減小擺動(dòng)體的阻尼。在擺動(dòng)體3中，裝有一圓柱形磁鐵，該磁鐵沿直徑方向磁化，如圖2中箭頭S-N所示。激勵(lì)信號(hào)加在并聯(lián)的且具有相同纏繞方向的驅(qū)動(dòng)線圈5和6上。圓柱形磁鐵4的磁極相對(duì)于檢測(cè)線圈7和8的方向如下選擇使檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓與磁鐵4的角速度成比例。
據(jù)此，磁鐵的磁極指向檢測(cè)線圈7和8的邊緣，如圖2所示。此磁極方向具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，第一，感應(yīng)電壓與擺動(dòng)體的角速度成比例，第二，此方向上感應(yīng)電壓最大。
降噪線圈9和10分別與檢測(cè)線圈7和8串連，但降噪線圈9和10的纏繞方向分別與檢測(cè)線圈7和8相反。此配置使噪音最小，包括由外來(lái)場(chǎng)引起的噪音。
由于線圈的對(duì)稱設(shè)置，使驅(qū)動(dòng)線圈5和6和檢測(cè)線圈7和8之間的干擾很小。
圖3顯示了粘度計(jì)的一流動(dòng)型傳感器的較佳實(shí)施例。該傳感器包括一圓柱體15，其具有一孔16，液體即通過(guò)該孔沿箭頭P1及P2流動(dòng)。圓柱體15具有一環(huán)槽17用以安裝驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)及降噪線圈，這些線圈圖未示。這些線圈安裝在線圈架18-21上(參看圖4)，這些線圈架由螺絲固定在基板22上。棒23固定在基板22上或一體構(gòu)成其一部分，扭力棒24剛性地連接在該組件上。扭力棒24的自由端上連接著擺動(dòng)體25，其中設(shè)置有磁鐵26。擺動(dòng)體25通過(guò)驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)及磁鐵26的作用而沿箭頭P3擺動(dòng)。在安裝好線圈的線圈架18-21被螺接在基板22上之后，基板22被螺絲螺固到圓柱體15上，圖3中只有螺絲27是可見(jiàn)的。圓柱體15上另外設(shè)有一溫度傳感器29，其輸出信號(hào)用于溫度補(bǔ)償。
圖4單獨(dú)顯示了基板。其顯示了線圈架18-21的位置?；辶硗庠O(shè)有供待測(cè)粘度參數(shù)的液體通過(guò)的孔30。這些孔提供一沿?cái)[動(dòng)體25的層流。
圖5顯示了對(duì)應(yīng)于圖3及圖4所示的傳感器的電路圖。
為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，驅(qū)動(dòng)線圈示作一個(gè)線圈SZ而檢測(cè)線圈及降噪線圈的組合示作一個(gè)線圈SD。連接在線圈SZ及SD之間的是一反饋環(huán)路，該環(huán)路依次具有放大器V2，濾波器F1，自動(dòng)增益控制AGC及放大器V3。濾波器F1的輸出處的信號(hào)及放大器V3與自動(dòng)增益控制AGC連接處的信號(hào)被饋至微處理器μP的輸入端I2及I3，該微處理器以所述信號(hào)的比率得出一粘度信號(hào)由輸出端02送出。在微處理器μP的輸出端02的粘度信號(hào)及加到所述微處理器的信號(hào)之間存在一對(duì)應(yīng)關(guān)系，該關(guān)系既可實(shí)驗(yàn)確定亦可計(jì)算出。由溫度傳感器29產(chǎn)生的信號(hào)被加到放大器V1，其輸出信號(hào)被饋至微處理器μP的輸入端I1。一溫度信號(hào)輸出于微處理器的輸出端01。
由溫度傳感器29產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)由放大器V1加到微處理器μP，該微處理器完成溫度補(bǔ)償。
由應(yīng)用本發(fā)明的粘度計(jì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出諧振頻率的溫度依賴性小于3×10%C。此諧振頻率很低的溫度依賴性的優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)槲⑻幚砥骺蛇M(jìn)行通過(guò)溫度測(cè)量而作的溫度補(bǔ)償。
另外，本發(fā)明的粘度計(jì)非常簡(jiǎn)單，只包括很少的部件。
權(quán)利要求
1.一種粘度計(jì)，具有用于將液體粘度參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，包括一支持構(gòu)件，一一端固接在該支持構(gòu)件上而另一自由端具有一擺動(dòng)體的擺動(dòng)裝置，以及用于使擺動(dòng)裝置產(chǎn)生和保持?jǐn)[動(dòng)的磁驅(qū)動(dòng)線圈及檢測(cè)線圈，其特征在于，所述擺動(dòng)體具有一磁鐵而所述驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)線圈靠近于該擺動(dòng)體。
2.如權(quán)利要求1的粘度計(jì)，其特征在于，所述擺動(dòng)體置于一由一壁圍起的用于容置液體的空間內(nèi)，并且所述驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)線圈置于該空間外靠近該壁。
3.如權(quán)利要求1或2的粘度計(jì)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)線圈與檢測(cè)線圈垂直。
4.如權(quán)利要求3的粘度計(jì)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)線圈和/或檢測(cè)線圈各由相對(duì)放置的兩線圈構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1-4之一的粘度計(jì)，其特征在于，所述磁鐵是圓柱形的并且為沿直徑方向磁化。
6.如權(quán)利要求1-5之一的粘度計(jì)，其特征在于，所述磁鐵的磁極相對(duì)于檢測(cè)線圈的方向?yàn)槭箼z測(cè)線圈的感應(yīng)電壓與該磁鐵的角速度成比例。
7.如權(quán)利要求6的粘度計(jì)，其特征在于，所述磁極指向檢測(cè)線圈的邊緣。
8.如權(quán)利要求1-7之一的粘度計(jì)，其特征在于，所述擺動(dòng)裝置包括一個(gè)與所述擺動(dòng)體連接的扭力棒，該扭力棒由一種不受溫度影響的鎳合金構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1-8之一的粘度計(jì)，其特征在于，纏繞方向與檢測(cè)線圈相反的降噪線圈與檢測(cè)線圈相串連。
10.如權(quán)利要求2-9之一的粘度計(jì)，其特征在于，所述置有擺動(dòng)體的空間的壁延伸至所述支持構(gòu)件并由此圍成該容置液體的空間，并且在支持構(gòu)件上設(shè)有供待測(cè)粘度參數(shù)的液體通過(guò)的孔。
全文摘要
一種具有將液體粘度參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器的粘度計(jì)，該粘度計(jì)包括一支持構(gòu)件，一擺動(dòng)裝置，該擺動(dòng)裝置的一端固接在支持構(gòu)件上，另一自由端具有一擺動(dòng)體。另外，該傳感器包括一磁驅(qū)動(dòng)線圈和一檢測(cè)線圈，用于使擺動(dòng)裝置產(chǎn)生和保持?jǐn)[動(dòng)。所述擺動(dòng)體具有一磁鐵，而所述驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)線圈靠近于該擺動(dòng)體。
文檔編號(hào)G01N11/16GK1069337SQ9210588
公開(kāi)日1993年2月24日 申請(qǐng)日期1992年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月23日
發(fā)明者科內(nèi)利斯·布洛姆 申請(qǐng)人:Vaf儀器有限公司