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基于柔性铰链的液体粘度测量系统研究的中期报告
中期报告：基于柔性铰链的液体粘度测量系统研究
一、研究背景
液体粘度是衡量液体黏稠程度的物理量，是液体特性的一种重要指标。粘度测量是很多领域的常见任务，例如食品、医药、油墨等领域，对液体粘度的准确测量具有重要意义。应用常见的的粘度计有旋转粘度计、振动管式粘度计等，但它们过于复杂、工作原理并不清晰与合理。因此，探究一种新颖、简单、易操作的液体粘度测量系统具有重要的研究意义。
二、研究现状
目前，国内外已有不少基于不同原理的液体粘度测量机构。比如，利用牛顿法则测量粘度的旋转式粘度计，它在测量时使用旋转内筒与不动外筒之间的剪切应力，分析速度-剪切比值的关系来计算粘度。此外，还有利用流体压强和流量计来计算粘度的管流式流量传感器、利用绕线电感计算电极附近流体运动速度的流量计、利用超声波计算弹性介质中的传播速度的超声测量仪、利用光散射原理测量悬浮粒子大小分布的激光束粒度仪等。这些仪器在实际应用中展现出良好的表现，但这些设备都有各自的局限以及实现过程的复杂性。比如旋转式粘度计的使用范围受到旋转配件的尺寸限制；管流式流量传感器要求流体实现恒定流量；超声波和激光束仪测量时需要预先设置参数等。因此，本研究提出了一种新型液体粘度测量系统，其原理基于柔性铰链。
三、研究概述
柔性铰链是一种新型柔性机构，具有重量轻、倾斜自由度大、规模灵活等特点，适用于多种精密机械装置的实现。这些特性表明了柔性铰链的使用潜力，可以将其应用于振动控制、微力测量和液体粘度测量等许多领域。在本研究中，我们将柔性铰链引入液体粘度测量系统的设计中，借此实现了一种新型液体粘度测量系统。
四、研究内容
柔性铰链系统的实现的关键是，将柔性铰链牢固地附着在由粘流体构成的载体上，并使之易于收集实验数据。针对此要求，本研究设计了一套完整的液体粘度测量系统，包括柔性铰链载体、感测电路及信号处理模块等。我们将在实验中，使用针筒真空泵引起液体在柔性铰链载体内产生剪切流动，并输入信号放大器，通过嵌入于柔性铰链载体内的传感器输出的电压信号，获得相应的粘度值。
五、研究意义
柔性铰链液体粘度测量系统的研究展示了一种新型液体粘度测量机构的实现，这可以帮助工程师们设计更灵活和小型化的液体粘度测量系统，并在各种领域实现更加便于操作的设备。此外，该研究结果对微流控和生物医学实验中的液体粘度测量有着潜在应用。本研究的创新点就在于使用柔性铰链技术并设计了液体滑动载体，从而提高了研究的可操作性。总之，本研究成果将有助于液体粘度测量机构的发展，并有效地推动了微流控和生物医学领域的研究进展。
六、研究工作计划
1.设备的组装制作；
2.对柔性铰链液体粘度测量系统的物理特性进行理论和数值模拟分析；
3.进行实验验证，收集实验数据；
4.对实验数据进行分析，优化设计方案；
5.实验结果的分析和总结，对未来开展相关科研工作的展望。
七、研究进展
1.设计完成柔性铰链载体的详细尺寸并进行3D模型制作以实现技术可行性；
2.完成基础电路建立；
3.进行气动研究以分析流体滑动的特性，进而优化设计。
八、参考文献
1.杜双霞,李鹏,陆宏武.柔性铰链机构及其应用研究现状[J].机械设计与研究,2019,35(5):16-19.
2.G.J.Zhang,G.Y.Tian,L.Yang,etal.Anewstructuredesignofmicro-viscometerbasedonflexiblehingewithsiliconmoldforfluidviscositymeasurement[J].Measurement,2018,122:93-99.
3.Y.M.Zhang,X.Y.Chen,F.Z.Meng,etal.StiffnessAnalysisofaFlexibleHingeJointMechanismforaBionicFishRobotwithMultipleModes[J].ActaMechanicaSolidaSinica,2018,31(3):296-304.