基于光纤光栅的液体粘度在线测量方法的研究

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液体的粘度测量具有重大意义,关系着国民经济的发展以及人们日常生活的许多方面。如在石油运输行业、血液医疗方面、食品加工方面以及工业纺织生产方面具有重要作用。本课题介绍了传统的粘度测量方法,例如毛细管法、旋转法、落体法、振动弦法以及其他粘度测量方法。分析了传统粘度测量方法的优缺点,并介绍了现阶段一些新型的粘度测量方法,如电磁法、声学法、微机械法等粘度测量的新趋势。最后,在此基础上,提出了一种基于光纤(Bragg)光栅的粘度在线测量方法。该方法将悬臂梁与牛顿粘性定律相结合,提出了利用液体自身流动、无源的液体粘度在线测量方法,建立了光纤光栅中心波长的变化量与粘度关系的数学模型。基于光纤(Bragg)光栅的液体粘度在线测量方法,是通过检测光纤(Bragg)光栅中心波长的变化量测得液体自身的粘度值。在液体流动过程中,利用光纤光栅感知阻流元件表面粘滞力引起的悬臂梁的应力变化,对解调出的光纤光栅的中心波长变化量经过整理计算并得到应力变化的大小,从而得到相对应的粘度值。在实验过程中,将阻流元件粘贴在悬臂梁上,悬臂梁上方粘贴光纤光栅,整个阻流元件部分作为测量系统的主体。首先利用粘度标准液进行光纤光栅的标定,建立中心波长变化量与粘度的数学模型。接着,在验证性实验过程中,测量另外一组液体的粘度值,并与标准粘度计测得的粘度结果进行比较,证明实验理论的可行性。最后,通过大量实验验证该测量装置的重复性并进行了温度补偿。最后,对产生实验误差的情况进行了定性分析,完善了整个测量系统,以便于后续的实验探究。这种依靠液体自身流动得到液体粘度的方法是对粘度在线测量问题的一种新的探索和突破。
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