CN103175756A - 驱动单元以及液体粘度测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种驱动单元以及含有该驱动单元的液体粘度测量仪。本发明液体粘度测量仪用能发送电脉冲信号的驱动单元和能将该电脉冲信号转化为位移的步进电机替换传统的交流电机，舍弃了齿轮组和凸轮组的传动结构、减速齿轮组以及抗电机反转装置，极大简化了粘度测量仪的结构，同时将转速的范围扩大至0.01rpm~700rpm。另外，本发明采用的步进电机的转速与电压或电流的变化无关，能够消除传统交流电机在电压或电流不稳定状态下转速不稳和容易晃动的问题，从而减少测量误差。

Description

驱动单元以及液体粘度测量仪

技术领域

本发明涉及一种驱动单元以及含有该驱动单元的液体粘度测量仪。

背景技术

旋转表盘式粘度计用来测定液体的粘度，它具有壳体、安装在壳体内的驱动单元、与驱动单元相连接的测量单元。其中，驱动单元包括交流电机、齿轮组和凸轮组以及抗电机反转装置。测量单元具有游丝、与游丝一端相连的计数盘、与游丝另一端相连的中心轴、固定在中心轴上的指针和与中心轴下端相连的转子。测量时，交流电机为齿轮组和凸轮组提供动力，齿轮组和凸轮组作为传动结构带动中心轴和转子以设定的速度旋转。转子在被测溶液中旋转时因受到粘滞阻力作用而产生反作用，迫使游丝产生扭矩，当游丝的扭矩同粘滞阻力达到平衡时，指针会稳定在计数盘的某一个刻度上。由于事先经过计算将刻度值转换为粘度值（单位为厘泊），因此可以通过读取刻度值来获知液体的粘度值。

旋转表盘式粘度计根据测定的需要设定了多个测量级别，每个级别分别同转子在被测液体中的转速相对应。由于用来调节转子转速的齿轮组和凸轮组自身结构的限制，测量级别最多只能设定为8级。如果要增加或改变测量范围，就必须增加齿轮组和凸轮组的数目，这会导致在有限的空间内，粘度计的机械结构更加复杂，因此采用齿轮组和凸轮组作为中心轴和转子的传动结构限制了粘度计的测量范围。另外，齿轮组和凸轮组在带动中心轴和转子旋转时，可能出现不拟合现象而造成误差，从而降低了测量的可靠性。进一步，齿轮组和凸轮组结构复杂，不仅装配和调试时费时费工，而且使用时噪音很大。另一方面，在开机启动时，抗电机反转装置的时针旋转，用来放置电机反向旋转，而当该装置失灵时，游丝就容易损坏，从而导致仪器不能正常使用。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种代替交流电机以及齿轮组和凸轮组的驱动单元，以及包含该单元的液体粘度测量仪。

本发明为了实现上述目的，采用了以下结构：

<结构1>

本发明提供一种驱动单元，用于驱动电机旋转使得测量液体粘度的测量单元进行工作，其特征在于，包括：测量级别存储部，用于把表示所述液体粘度范围的测量级别与所述电机的旋转速度相对应的脉冲数之间的各个对应关系进行存储；测量级别选择部，用于选择为了测量所述液体粘度的所述测量级别；脉冲数判定部，用于根据选择出的所述测量级别以及所述测量级别存储部中的所述对应关系，判定相应的所述脉冲数；脉冲生成部，用于根据判定出的所述脉冲数生成与该脉冲数相对应的脉冲；以及电机驱动部，根据生成的所述脉冲驱动所述电机旋转，其中，所述脉冲生成部生成的脉冲具有上升沿和下降沿。

另外，上述驱动单元中，还可以有这样的特征：所述脉冲为梯形脉冲，所述上升沿呈渐增状态，所述下降沿呈渐降状态。

另外，上述驱动单元中，还可以有这样的特征：所述脉冲为抛物线脉冲，所述上升沿呈渐增状态，所述下降沿呈渐降状态。

另外，上述驱动单元中，还可以有这样的特征：所述脉冲为阶梯型脉冲，所述上升沿呈阶梯式上升状态，所述下降沿呈阶梯式下降状态。

另外，上述驱动单元中，还可以有这样的特征：所述脉冲的占空比是可变的，该占空比被设定在0.3～0.8之间。

<结构2>

本发明提供一种液体粘度测量仪，其特征在于，具有：测量液体粘度的测量单元；使得所述测量单元进行工作的电机；以及驱动所述电机旋转的驱动单元，其中，所述驱动单元包括：测量级别存储部，用于把表示所述液体粘度范围的测量级别与所述电机的旋转速度相对应的脉冲数之间的各个对应关系进行存储；测量级别选择部，用于选择为了测量所述液体粘度的所述测量级别；脉冲数判定部，用于根据选择出的所述测量级别以及所述测量级别存储部中的所述对应关系，判定相应的所述脉冲数；脉冲生成部，用于根据判定出的所述脉冲数生成与该脉冲数相对应的脉冲；以及电机驱动部，根据生成的所述脉冲驱动所述电机旋转，所述脉冲生成部生成的脉冲具有上升沿和下降沿。

另外，上述驱动单元中，还可以有这样的特征：所述脉冲为梯形脉冲，所述上升沿呈渐增状态，所述下降沿呈渐降状态。

另外，上述驱动单元中，还可以有这样的特征：所述脉冲为抛物线脉冲，所述上升沿呈渐增状态，所述下降沿呈渐降状态。

另外，上述驱动单元中，还可以有这样的特征：所述脉冲为阶梯型脉冲，所述上升沿呈阶梯式上升状态，所述下降沿呈阶梯式下降状态。

另外，上述驱动单元中，还可以有这样的特征：所述脉冲的占空比是可变的，该占空比被设定在0.3～0.8之间。

发明的作用和效果

因为本发明用能发送电脉冲信号的驱动单元和能将该电脉冲信号转化为位移的步进电机代替现有的交流电机，所以舍弃了齿轮组和凸轮组的传动结构、减速齿轮组以及抗电机反转装置，极大简化了粘度测量仪的结构，同时将转速的范围扩大至0.01rpm~700rpm，使粘度测量仪的测量范围在不改变其他结构的前提下扩大至原来的三倍。另外，步进电机的转速与电压或电流的变化无关，能够消除传统交流电机在电压或电流不稳定状态下转速不稳和容易晃动的问题，从而减少测量误差。

附图说明

图1是本发明实施例的液体粘度测量仪的内部构造示意图。

图2是本发明实施例的驱动单元的框图。

图3是本发明实施例的驱动单元的测量级别存储部中存储的测量级别-脉冲数-占空比-步进电机转速的对应关系示意图。

图4是本发明实施例的驱动单元以及液体粘度测量仪测量的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明涉及的驱动单元以及液体粘度测量仪进行详细的说明。

实施例：

图1是本发明实施例的液体粘度测量仪的内部构造示意图。

如图1所示，本发明液体粘度测量仪具有壳体1、驱动单元2、步进电机3以及测量单元5。

驱动单元2位于壳体1内，用来给步进电机3发射脉冲信号，控制步进电机3以设定的速度旋转。

步进电机3用于接受驱动单元2发射而来的脉冲信号，并将该信号转变为角位移或线位移，给测量单元5提供动力。

测量单元5包括计数盘9、游丝7、中心旋转轴单元4、指针8以及转子6。

计数盘9与步进电机3直接相连，在步进电机3的带动下与步进电机3同步旋转。计数盘9上表面还刻有与测量级别、脉冲数和步进电机3相对应的刻度，用来显示与待测溶液的粘度值范围对应的刻度值范围。

游丝7的一端同计数盘9相连，另一端固定在中心旋转轴单元4上。游丝7具有弹性，当转子6在被测液体中转动时会产生扭矩。

中心旋转轴单元4位于游丝7的下方，其下端同转子6相连，用来带动转子6在被测溶液中旋转。

指针8的一端固定在中心旋转轴单元4上，另一端悬空在计数盘9的上表面上方，用来指示与待测溶液的粘度值对应的刻度值。

转子6同中心旋转轴单元4的下端相连，用于在中心旋转轴单元4的带动下在待测溶液中旋转。

图2是本发明实施例的驱动单元的框图。

如图2所示，驱动单元2包括测量级别存储部10、测量级别选择部11、脉冲数判定部12、脉冲生成部13以及电机驱动部14。

图3是本发明实施例的驱动单元的测量级别存储部中存储的测量级别-脉冲数-占空比-步进电机转速的对应关系示意图。

测量级别存储部10用于存储测量级别、脉冲数、占空比、步进电机转速以及它们之间的对应关系。其中，测量级别、脉冲数、占空比、步进电机转速之间的对应关系如图3所示。根据溶液粘度范围和脉冲信号的范围将测量级别设定为N个级别，分别为第N₁级、第N₂级......第N_n级。n的值设定为n≥8。每一个测量级别N同脉冲数P、占空比D、步进电机转速V均呈一一对应关系，其中占空比D的值是可变的，设定为0.3~0.8。

控制部15用来接收输入的测定级别信号并将其传输至测量级别选择部11。

测量级别选择部11用于选择为了测量液体粘度的而与液体粘度相对应的测量级别。

脉冲数判定部12用于根据选择出的测量级别以及在测量级别存储部中存储的测量级别同脉冲数之间的对应关系，判定相应的输出脉冲数。

脉冲生成部13用于根据判定出的脉冲数生成与该脉冲数相对应的脉冲。该脉冲生成部生成的脉冲可以为方形脉冲、尖形脉冲、梯形脉冲、抛物线脉冲以及阶梯型脉冲。这些脉冲均有上升沿和下降沿。其中，尖形脉冲、梯形脉冲或抛物线脉冲的上升沿呈渐增状态，下降沿呈渐降状态；阶梯型脉冲的上升沿呈阶梯式上升状态，下降沿呈阶梯式下降状态。

电机驱动部14根据生成的所述脉冲驱动步进电机3旋转。

图4是本发明实施例的驱动单元以及液体粘度测量仪测量的流程图。

如图4所示，驱动单元以及液体粘度测量仪测量的流程如下所述：

步骤S1-1：

将转子6放入待测液体后开启步进电机3。由于测量级别同液体粘度范围对应，故先估算液体的粘度并根据估算的粘度值确定测量级别N并将其输入控制部15中。控制部15接收到输入的测量级别后将级别信号传输至测量级别选择部11。测量级别选择部11根据接收到的信号选择相应的测量级别并将该测量级别传输给脉冲数判定部12。

步骤S1-2：

脉冲数判定部12收到来自测量级别选择部11传输而来的信号后，从测量级别存储部10读取测量级别与脉冲数的对应关系，将测量级别转化为脉冲数信号并将其传输给脉冲生成部13。

步骤S1-3：

脉冲生成部13收到来自脉冲数判定部12的信号后，根据脉冲数信号生成脉冲信号并将其发送至电机驱动部14。

步骤S1-4：

电机驱动部14根据接收到的与步进电机转速相对应的脉冲信号驱动步进电机3旋转，步进电机3将脉冲信号转化为位移，通过游丝6给中心旋转轴单元4提供动力，从而带动转子6在被测溶液中旋转。如果转子6旋转时未受到液体的阻力，则游丝6、指针8与计数盘9同速旋转，指针8在计数盘9上指出的读数为零。如果转子6旋转时受到液体的粘滞阻力，则游丝6产生扭矩，与粘滞阻力抗衡，最后达到平衡，此时指针8在计数盘9上指示一定的读数，该读数对应于某测量级别时游丝9的扭转角。

步骤S1-5：

读取计数盘9上指针8的读数，根据预定的公式计算出待测溶液的粘度值。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的驱动单元以及液体粘度测量仪，因为采用了能发送电脉冲信号的驱动单元和能将该电脉冲信号转化为位移的步进电机取代了现有技术的交流电机，所以省略了齿轮组和凸轮组的传动结构以及抗电机反转装置，极大简化了粘度测量仪的结构，同时将转速的范围扩大至0.01rpm~700rpm，使粘度测量仪的测量范围在不改变其他结构的前提下扩大至原来的三倍。

为减少测量误差，需使指针8尽可能地靠近每个测量级别计数盘9的最大刻度，当指针8的读数同每个测量级别的计数盘9的最大刻度偏离很远时，可以选择其它测量级别重新测定粘度。

Claims (10)

1.一种驱动单元，用于驱动电机旋转使得测量液体粘度的测量单元进行工作，其特征在于，包括：

测量级别存储部，用于把表示所述液体粘度范围的测量级别与所述电机的旋转速度相对应的脉冲数之间的各个对应关系进行存储；

测量级别选择部，用于选择为了测量所述液体粘度的所述测量级别；

脉冲数判定部，用于根据选择出的所述测量级别以及所述测量级别存储部中的所述对应关系，判定相应的所述脉冲数；

脉冲生成部，用于根据判定出的所述脉冲数生成与该脉冲数相对应的脉冲；以及

电机驱动部，根据生成的所述脉冲驱动所述电机旋转，

其中，所述脉冲生成部生成的脉冲具有上升沿和下降沿。

2.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征在于：

其中，所述脉冲为梯形脉冲，所述上升沿呈渐增状态，所述下降沿呈渐降状态。

3.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征在于：

其中，所述脉冲为抛物线脉冲，所述上升沿呈渐增状态，所述下降沿呈渐降状态。

4.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征在于：

其中，所述脉冲为阶梯型脉冲，所述上升沿呈阶梯式上升状态，所述下降沿呈阶梯式下降状态。

5.根据权利要求2、3和4中的任意一项所述的驱动单元，其特征在于：

其中，所述脉冲的占空比是可变的，该占空比被设定在0.3～0.8之间。

6.一种液体粘度测量仪，其特征在于，具有：

测量液体粘度的测量单元；使得所述测量单元进行工作的电机；以及驱动所述电机旋转的驱动单元，

其中，所述驱动单元包括：

测量级别存储部，用于把表示所述液体粘度范围的测量级别与所述电机的旋转速度相对应的脉冲数之间的各个对应关系进行存储；

测量级别选择部，用于选择为了测量所述液体粘度的所述测量级别；

脉冲数判定部，用于根据选择出的所述测量级别以及所述测量级别存储部中的所述对应关系，判定相应的所述脉冲数；

脉冲生成部，用于根据判定出的所述脉冲数生成与该脉冲数相对应的脉冲；以及

电机驱动部，根据生成的所述脉冲驱动所述电机旋转，

所述脉冲生成部生成的脉冲具有上升沿和下降沿。

7.根据权利要求6所述的液体粘度测量仪，其特征在于：

其中，所述脉冲为梯形脉冲，所述上升沿呈渐增状态，所述下降沿呈渐降状态。

8.根据权利要求6所述的液体粘度测量仪，其特征在于：

其中，所述脉冲为抛物线脉冲，所述上升沿呈渐增状态，所述下降沿呈渐降状态。

9.根据权利要求6所述的液体粘度测量仪，其特征在于：

其中，所述脉冲为阶梯型脉冲，所述上升沿呈阶梯式上升状态，所述下降沿呈阶梯式下降状态。

10.根据权利要求7、8和9中的任意一项所述的液体粘度测量仪，其特征在于：

其中，所述脉冲的占空比是可变的，该占空比被设定在0.3～0.8之间。

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