Piezoelectric Viscosity Sensor with Extended Measuring Range

УДК 53.08:621.317.2

  • Viktor N. Sedalishchev Altai State University, Barnaul, Russia Email: sedalischew@mail.ru
  • Alexey V. Seulekov Altai State University, Barnaul, Russia Email: seulekov@mail.asu.ru
  • Roman V. Kraev Altai State University, Barnaul, Russia Email: kraev.roma1020@ya.ru
  • Nikita N. Kalinin Altai State University, Barnaul, Russia Email: nik.nikita.kalinin.98@mail.ru
Keywords: viscosity sensor, piezoelectric transformer, coupled oscillations, two-freedom degree system, simulation modeling

Abstract

The paper presents the principles of construction and the operational features of a vibration type viscosity sensor with an extended measuring range. A measuring transducer (MT) is a two-freedom degree oscillatory system consisting of a vibrator and a piezoelectric transformer (PET) interacting with each other. The vibrator here is a sensitive element (SE), while PET is used to excite mechanical vibrations in the system and generate an electrical output signal of the sensor. The paper provides the results of mathematical description and simulations of two possible modes of the sensor operations. Strongly coupled oscillations excited in the system at normal synchronization frequencies (NFS) can be used to measure low-viscosity media. The weak coupling mode at the partial synchronization frequency (PSF) enables the wide range viscosity measurement. Installation of an additional PET on the vibrator helps reduce the influence of destabilizing factors and improve the viscosity measurement accuracy due to the measurements of the amplitude ratio of coupled oscillations as the output signal.

Downloads

Download data is not yet available.

Metrics

Metrics Loading ...

Author Biographies

Viktor N. Sedalishchev, Altai State University, Barnaul, Russia

Doctor of Sciences in Technology, Professor, Professor of the Department of Computing Techniques and Electronics

Alexey V. Seulekov , Altai State University, Barnaul, Russia

Lecturer, Department of Computing Techniques and Electronics

Roman V. Kraev, Altai State University, Barnaul, Russia

Postgraduate Student of the Department of Radio Physics and Theoretical Physics

Nikita N. Kalinin, Altai State University, Barnaul, Russia

Postgraduate Student of Department of Computing Techniques and Electronics

References

Соломин Б.А., Низаметдинов А.М., Черторийский А.А., Конторович М.Л. Миниатюрный вибровискозиметрический датчик повышенной чувствительности и быстродействия // Датчики и системы. 2015. № 7. С. 35-39.

Heinisch M., Voglhuber-Brunnmaier T., Reichel E.K., Dufour I., Jakoby B. Reduced Order Models for Resonant Viscosity and Mass Density Sensors // Sensors and Actuators A: Physical. 2014. Dec. Vol. 220. P. 76-84. DOI: 10.1016/j.sna.2014.09.006

Шарапов В.М., Минаев И.Г., Сотула Ж.В., Базило К.В., Куницкая Л.Г. Пьезокерамические трансформаторы и датчики / под ред. Шарапова В.М. Черкасы: Вертикаль, 2010. 278 с.

Hadidi S., Hassanzadeh A. A Novel Self-Powered, High-Sensitivity Piezoelectric Vibration Sensor Based on Piezoelectric Combo Effect // IEEE Sensors Journal. 2023. Nov. Vol. 23. No 21. P 25797-25803. DOI: 10.1109/jsen.2023.3317445

Lee C.K., Hsu Y.H., Hsiao W.H., and Wu Jeremy WJ. Electrical and Mechanical Field Interactions of Piezoelectric Systems: Foundation of Smart Structures-based Piezoelectric Sensors and Actuators, and Free-fall Sensors // Smart Materials and Structures. 2004. Aug. Vol. 13. No 5. P. 1090-1109. DOI: 10.1088/0964-1726/13/5/015

Низаметдинов А.М. Измерение добротности и собственной частоты колебательной системы вибровискозиметрического датчика // Датчики и системы. 2016. № 10. С. 15-20.

Spletzer M., Raman A., Wu A.Q., Xu X., Reifenberger Ron. Ultrasensitive Mass Sensing Using Mode Localization in Coupled Microcantilevers // Applied Physics Letters. 2006. June. Vol. 88. No 25. DOI: 10.1063/1.2216889

Седалищев В.Н., Сергеева Я.С. Имитационное моделирование режимов работы нелинейных измерительных преобразователей на взаимосвязанных пьезорезонаторах // Высокопроизводительные вычислительные системы и технологии. 2020. Июнь. Т. 4. № 1. С. 206-210. DOI: 10.1088/1742-6596/1615/1/012030

Седалищев В.Н., Сергеева Я.С., Страхатов Д.О. Применение имитационного моделирования для исследования составного пьезотрансформаторного измерительного преобразователя с дифференциальным выходом // Высокопроизводительные вычислительные системы и технологии. 2021. Июнь. Т. 5 № 1. С. 264-268. DOI: 10.1088/17426596/2142/1/012018

Седалищев В.Н. Пьезотрансформаторные измерительные преобразователи. Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2015. 167 с.

Published
2024-04-05
How to Cite
Sedalishchev V. N., Seulekov A. V., Kraev R. V., Kalinin N. N. Piezoelectric Viscosity Sensor with Extended Measuring Range // Izvestiya of Altai State University, 2024, № 1(135). P. 56-60 DOI: 10.14258/izvasu(2024)1-07. URL: http://izvestiya.asu.ru/article/view/%282024%291-07.