Viskositeetin mittaaminen pietsosähköherätteisellä värähtelijällä

Abstract

Tässä pro gradu -tutkielmassa käsitellään nesteen viskositeetin ominaisuuksia ja erityisesti pietsosähköherätteisiin komponentteihin perustuvia tapoja mitata nesteen viskositeettia sähköisesti. Motivaationa tutkielman tekoon oli löytää menetelmä, jolla voidaan mitata nesteiden viskositeettia luotettavasti. Nesteiden viskositeetti aiheuttaa värähtelijöihin sähköisen vastuksen, jolloin taajuuden, impedanssin ja vaihekulman resonanssiarvoja tarkastelemalla voidaan viskositeettia mitata. Teoriaosuudessa keskityttiin viskositeetin ominaisuuksien lisäksi suorakaiteen muotoisen palkin, CMBP, värähtelydynamiikkaan värähtelevä pallo -mallin ja simulaatiotulosten avulla. Kokeellisessa osiossa tutkittiin vertailun vuoksi myös äänen tuottamiseen tarkoitetun taipuvan pietsokalvon toimintaa nesteiden viskositeetin mittaamisessa. Referenssinesteinä tutkimuksessa oli moottoriöljy, hydrauliöljy ja muutama silikoniöljy, joiden viskositeettialue oli välillä 10-380 mPas. Tulosanalyysissä tarkasteltiin neuroverkkomenetelmän toimivuutta analysointikeinona. Menetelmää voidaan soveltaa moniparametristen tulosten analyysiin. Tässä tutkimuksessa neuroverkkomenetelmää sovellettiin taajuus-, impedanssi- ja vaihekulma-analyysiin ja menetelmä osoitti toimivuutensa ainakin tässä tapauksessa. Johtopäätöksenä voidaan sanoa, että molemmat tutkitut komponentit soveltuvat nesteiden ominaisuuksien mittaamiseen ja tutkitut analysointimenetelmät ovat myös toimivia tässä käyttötarkoituksessa. Jatkotutkimuksena mittaustarkkuutta tulisi tutkia ja kehittää, ja komponenttien kestävyyttä ja stabiilisuutta ajan kuluessa lämpötilan vaihdellessa tulisi myös tutkia.