Diseño de un sensor piezoeléctrico del tipo anillos concéntricos para la medición de densidad y viscosidad de líquidos.

Abstract

Este trabajo muestra el diseño, fabricación y caracterización de dos sensores piezoeléctricos tipo anillo concéntrico para la medición de la densidad y la viscosidad de líquidos. La medición de la impedancia eléctrica se realizo en el laboratorio, usando un montaje experimental que excita el sensor con un voltaje sinusoidal y mide la caída de voltaje en el piezoeléctrico y la corriente en una resistencia de carga. Los sensores fueron modelados numéricamente por el método de los elementos finitos (MEF). La curva de impedancia eléctrica obtenida por MEF fue comparada con la curva experimental, mostrando buena concordancia. La simulación numérica permitió ver el patrón de vibración del sensor a determinada frecuencia, lo que proporciona una idea clara del movimiento del sensor y del fluido en la cavidad. Un modelo reportado en la literatura fue usado para obtener la densidad y viscosidad del liquido a partir de la frecuencia de resonancia y el factor de calidad medidos. Fueron testadas muestras de cuatro aceites y agua. Los resultados mostraron que los sensores permiten medir la densidad con buena exactitud, pero no tienen la sensibilidad requerida para medir la viscosidad

This work shows the design, manufacture and characterization of two concentric ring-type piezoelectric sensors for measuring the density and viscosity of liquids. The measurement of the electrical impedance was performed in the laboratory, using an experimental setup that excites the sensor with a sinusoidal voltage and measures the voltage through the piezoelectric material and the current in a load resistor. The sensors were also numerically modeled by finite element method (FEM). The electrical impedance curve obtained by FEM was compared to the experimental curve, showing good agreement. The numerical simulation allowed to figure out the vibration pattern of the sensor at a certain frequency, which provides a clear idea of the sensor and fluid movement in the cavity. A model reported in the literature was used to obtain the density and viscosity of the liquid from the resonance frequency and the quality factor measured. Samples of four oils and water were tested. The results showed that the sensors allow measuring density with good accuracy, but do not have the sensitivity required to measure viscosity