多重モードを用いる液体の物性計測用圧電センサの創成に関する研究

研究创建用于使用多种模式测量液体物理特性的压电传感器

• 批准号: 10J01060
• 负责人: 宝田 隼
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J01060/
• 关键词: 圧電センサ; 粘度; 密度; 同時計測; 振動モード; 有限要素解析

本研究の目的は単一圧電デバイスの複数の振動モードを利用して液体の密度と粘度を測定するセンサを創成することである.一つの素子で液体の二つの物性値である密度及び粘度を同時に測定する研究は世界でも数少なく,本研究を実施する意義がある.また,本研究は数多くの産業界における検査装置の小型化・多機能化・低コストの需要を満たす上で重要である.具体的な計測手法は,センサの先端を液体に浸け,センサ板の表面を液体対して法線及び接線方向の2方向に振動させ,空気中でのモード周波数との差を計測することで密度と粘度を測定する.本年度は昨年度導出した計測理論に基づき設計したセンサを用いて,密度及び粘度の計測精度を実験により明らかにした.本計測理論は構造体であるセンサを単振動系とみなしているが,密度及び粘度を計測するには,センサの等価的な質量を求める必要がある.そこで,一自由度感応法により接線及び法線方向の振動における等価質量の校正を試みた.校正の結果,本手法で想定される液体の付加質量の領域においてセンサ自身の等価質量が一定であり,振動モードが変化していないことを確認した.またその定量的な値も算出した.粘度および密度が未知である食用油を計測対象として粘度及び密度を共振周波数の計測から算出した.その結果,市販用の粘度計及び密度計により計測した結果に比べて密度は1%粘度は10%の差で計測することに成功している.市販の粘度計及び密度計の要求される正確さは粘度において1%,密度において0.1%程度となっており,本実験においてその要求は満たすことが出来なかったが,単一圧電素子の複数の振動形態を利用して粘度及び密度計測ができることがわかった.

The purpose of this study is to utilize the multiple vibration modes of a single liquid to determine the density and viscosity of the liquid. The density and viscosity of a liquid are measured simultaneously. There are many studies in the world. The significance of this study is very great. This study is important for many industries to examine the need for miniaturization, versatility, and low cost of devices. Specific measurement methods include: immersion in liquid at the tip of the plate, vibration in two directions in the direction of the normal line and the connecting line at the surface of the plate, measurement of the difference in the number of cycles in air, measurement of density and viscosity. This year, the theoretical basis for measurement was derived, and the measurement accuracy of density and viscosity was improved. This measurement theory is necessary for the measurement of the mass of the structure, such as the vibration system, density and viscosity. A one-degree-of-freedom sensing method is used to detect vibrations in the direction of the connection and normal lines. As a result of the calibration, the method is intended to determine whether the liquid's added mass is equal to its own mass, and whether the vibration is changed. The amount of money is calculated. Viscosity and density of cooking oil are unknown. Viscosity and density of cooking oil are unknown. Resonance frequency is calculated. The results were measured successfully by a commercially available viscometer and densitometer with a density difference of 1% and viscosity difference of 10%. The requirements of commercial viscometers and densitometers are accurate viscosity of 1%, density of 0.1%, and the requirements of the present invention are accurate viscosity of 1%, density of 0.1%, and density of 1%.

项目成果

液体の密度と粘度を同時に計測する圧電センサの有限要素解析

同时测量液体密度和粘度的压电传感器的有限元分析

• 发表时间: 2010
• 作者: 相原悠介;山本隆晴;岡島公司;山本和彦;鈴木友美;徳富哲;田中一馬;長谷あきら;相原悠介;Jun Takarada;Jun Takarada;Jun Takarada;Jun Takarada;宝田隼;宝田隼
• 通讯作者: 宝田隼

Numerical analysis of piezoelectric sensor using multimode vibration for liquid density and viscosity measurement

利用多模振动测量液体密度和粘度的压电传感器的数值分析

• 发表时间: 2010
• 期刊: Japanese Journal of Appleid Physics
• 作者: 相原悠介;山本隆晴;岡島公司;山本和彦;鈴木友美;徳富哲;田中一馬;長谷あきら;相原悠介;Jun Takarada;Jun Takarada
• 通讯作者: Jun Takarada

Measurement of liquid viscosity and density using single piezoelectric sensor with two vibration modes

使用具有两种振动模式的单个压电传感器测量液体粘度和密度

• 发表时间: 2011
• 作者: 相原悠介;山本隆晴;岡島公司;山本和彦;鈴木友美;徳富哲;田中一馬;長谷あきら;相原悠介;Jun Takarada;Jun Takarada;Jun Takarada;Jun Takarada
• 通讯作者: Jun Takarada

液状食品の粘度と密度を同時測定可能な圧電センサ

可同时测量液体食品粘度和密度的压电传感器

• 发表时间: 2010
• 作者: 相原悠介;山本隆晴;岡島公司;山本和彦;鈴木友美;徳富哲;田中一馬;長谷あきら;相原悠介;Jun Takarada;Jun Takarada;Jun Takarada;Jun Takarada;宝田隼;宝田隼;宝田隼
• 通讯作者: 宝田隼

曲げ・ねじり振動モードを有する単一圧電バイモルフによる粘度・密度計測センサの試作

使用具有弯曲和扭转振动模式的单个压电双晶片制作粘度和密度测量传感器的原型

• 发表时间: 2011
• 作者: 相原悠介;山本隆晴;岡島公司;山本和彦;鈴木友美;徳富哲;田中一馬;長谷あきら;相原悠介;Jun Takarada;Jun Takarada;Jun Takarada;Jun Takarada;宝田隼
• 通讯作者: 宝田隼