CN104359796A - 一种液体粘度测量系统 - Google Patents
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Abstract
一种液体粘度测量系统，其特征在于：包含机械部分和电路控制部分，所述机械部分包含支架、两个滑轮、小球、引线、重量源、引线、标签，所述滑轮设于支架的两边，所述小球和重量源通过引线连接并通过两个滑轮滑动，所述标签设在引线上，所述电路控制部分包含微控制器模块以及与其连接的用于检测标签匀速运动时速度的速度检测模块、显示单元、输入单元；本发明结构简单、易于实现；通过多个传感器可精确测量小球在液体的下落速度；通过施托克公式通过小球下落的速度精确计算出待测液体粘度。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量系统，尤其涉及一种液体粘度测量系统，属于测量控制领域。
背景技术
现今的全球问题无疑是能源问题，因为能源引起的战争也不计其数，而未来国与国之间的竞争主要还是能源战。因此研究石油的粘性至关重要，由粘性测试数据可以判断石油所在的层次从而分辨出其纯度，这样可以判断测试区域内的石油含量以决定是否开采。这样可以节省资源，不浪费人力物力在没有利用价值的地域上。当今社会商品的质量也是很值得关注的问题，有些饮品，奶粉都掺杂其他有害的成分，而粘度是用来判断其成分纯度的重要指标。
目前，在测定液体粘度的方法中，使用最普遍的是落球法，即在一个垂直放置的玻璃筒中盛满欲测定的液体，在玻璃筒上做两个记号以在玻璃筒上划定一段距离，当小球从玻璃筒的顶部在液体中下落至第一记号时开始计时，至第二记号时停止计时，通过时间间隔及记号之间的距离确定小球的运动速度，在根据小球与玻璃筒的直径，小球与液体密度等参数计算液体的粘度。但是，目前常用的计时方式为肉眼观察测量或者激光测量，但是肉眼目测存在着一定的误差，影响最后的结果。激光测量的设备价格昂贵，不方便实验室用。
例如申请号为“201210568729.X”的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，该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，该发明测量精度及方法优化有待进一步提高。
又如申请号为“201320739700.3”的一种液体粘度检测仪，包括底座，底座上设置有容器，其特征在于：所述容器中设置有搅拌装置和温度传感器，并且在容器内的下部设置有检测装置，检测装置电连接有计时装置，温度传感器电连接有温控装置，温控装置电连接搅拌装置。该实用新型使用光电门进行测量，保证了测量的精度，降低了测量液体粘度实验的成本，提高了实验的效率，该发明测量精度及方法优化有待进一步提高。
再如申请号为“201410008655.3”的一种高温高压液体粘度测量装置及测量方法，所述的测量装置包括高温高压系统以及测量系统，所述的测量系统，包括驱动电机、扭矩传感器、驱动磁筒、感应磁筒、转轴及搅拌桨；所述扭矩传感器，一端与所述驱动电机连接，另一端与所述驱动磁筒连接；所述驱动磁筒，随所述扭矩传感器转动；所述感应磁筒，位于所述驱动磁筒内部，在磁力作用下随所述驱动磁筒转动；所述转轴，一端与所述感应磁筒远离所述扭矩传感器的一端连接，另一端与所述搅拌桨连接，所述转轴部分位于所述高温高压系统内；所述搅拌桨，位于所述高温高压系统内，所述搅拌桨包括多片环绕所述转轴对称设置的桨叶，该发明测量精度及方法优化有待进一步提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种液体粘度测量系统。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种液体粘度测量系统，包含机械部分和电路控制部分，所述机械部分包含支架、两个滑轮、小球、引线、重量源、引线、标签，所述滑轮设于支架的两边，所述小球和重量源通过引线连接并通过两个滑轮滑动，所述标签设在引线上，所述电路控制部分包含微控制器模块以及与其连接的用于检测标签匀速运动时速度的速度检测模块、显示单元、输入单元；所述微控制模块包含参数对比单元和计算单元，所述速度检测模块包含多个用于检测标签运动速度的速度检测单元，所述参数对比单元根据多个速度检测单元检测的速度进行分析对比进而得出小球落入待测液体匀速运动时的速度，所述计算单元根据小球匀速运动时的速度及输入单元输入的参数计算出液体粘度，进而通过显示单元显示出来。
作为本发明一种液体粘度测量系统的进一步优选方案，所述滑轮为定滑轮。
作为本发明一种液体粘度测量系统的进一步优选方案，微控制器模块为AVR系列单片机。
作为本发明一种液体粘度测量系统的进一步优选方案，所述速度检测单元为GSH5速度传感器。
作为本发明一种液体粘度测量系统的进一步优选方案，所述显示单元为LCD显示屏。
作为本发明一种液体粘度测量系统的进一步优选方案，所述小球为耐高温、耐腐蚀物质。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明结构简单、易于实现；
2、本发明通过多个传感器可精确测量小球在液体的下落速度；
3、本发明通过落球施托克公式通过小球下落的速度精确计算出待测液体粘度。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
图中标号具体如下：1-支架，2-滑轮，3-小球，4-引线，5-重量源，6-标签，7-速度传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，一种液体粘度测量系统，包含机械部分和电路控制部分，所述机械部分包含支架、两个滑轮、小球、引线、重量源、引线、标签，所述滑轮设于支架的两边，所述小球和重量源通过引线连接并通过两个滑轮滑动，所述标签设在引线上，所述电路控制部分包含微控制器模块以及与其连接的用于检测标签匀速运动时速度的速度检测模块、显示单元、输入单元；所述微控制模块包含参数对比单元和计算单元，所述速度检测模块包含多个用于检测标签运动速度的速度检测单元，所述参数对比单元根据多个速度检测单元检测的速度进行分析对比进而得出小球落入待测液体匀速运动时的速度，所述计算单元根据小球匀速运动时的速度及输入单元输入的参数计算出液体粘度，进而通过显示单元显示出来。
其中，所述滑轮为定滑轮，微控制器模块为AVR系列单片机，所述速度检测单元为GSH5速度传感器，所述显示单元为LCD显示屏。所述小球为耐高温、耐腐蚀物质。
本发明主要通过一个支架，两边分别有滑轮，一边放一个一定质量的小球，另一边放一个一定重量源，两个物体通过一根光滑的引线连接，跨过两个定滑轮滑动，在中间的钢杆放多个传感器，引线上放一个标签，通过多个速度传感器检测标签的运动，对多个传感器检测数据进行分析处理进而得出小球匀速运动时的速度，让小球下落进入待测液体中，小球刚落进液体时作加速运动，随着其速度的增大，它收到的粘性力不断增大，直至它所受的合理为零，这时小球匀速下落根据物体的平衡条件，进而通过数学模型计算出液体粘性。具体如下：根据G小球-F浮-F粘-G重量源-F滑轮＝0；即可得出m小球g-F浮-F粘-m重量源g-F滑轮＝0。根据斯托克公式即可得出：η＝1/6πrv(m小球g-πr3ρg4/3-m重量源g-2m重量源gμ阻)；其中r为小球的半径，η为待测液体粘度，v为小球下落速度，μ阻为滑轮的阻力系数,g为重力加速度，m小球为小球的质量，ρ为液体密度，m重量源为质量源的质量。
本方案方法结构简单，易于实现，但是不适合于现场环境下的在线测量，下图是该方法的结构原理示意图。AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行；多累加器型，数据处理速度快；AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行；中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断；AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备；有的器件最低1.8V即可工作；AVR单片机保密性能好。
一种液体粘度测量系统，包含机械部分和电路控制部分，所述机械部分包含支架、两个滑轮、小球、引线、重量源、引线、标签，所述滑轮设于支架的两边，所述小球和重量源通过引线连接并通过两个滑轮滑动，所述标签设在引线上，所述电路控制部分包含微控制器模块以及与其连接的用于检测标签匀速运动时速度的速度检测模块、显示单元、输入单元；所述微控制模块包含参数对比单元和计算单元，所述速度检测模块包含多个用于检测标签运动速度的速度检测单元，所述参数对比单元根据多个速度检测单元检测的速度进行分析对比进而得出小球落入待测液体匀速运动时的速度，所述计算单元根据小球匀速运动时的速度及输入单元输入的参数计算出液体粘度，进而通过显示单元显示出来。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (6)
1.一种液体粘度测量系统，其特征在于：包含机械部分和电路控制部分，所述机械部分包含支架、两个滑轮、小球、引线、重量源、引线、标签，所述滑轮设于支架的两边，所述小球和重量源通过引线连接并通过两个滑轮滑动，所述标签设在引线上，所述电路控制部分包含微控制器模块以及与其连接的用于检测标签匀速运动时速度的速度检测模块、显示单元、输入单元；所述微控制模块包含参数对比单元和计算单元，所述速度检测模块包含多个用于检测标签运动速度的速度检测单元，所述参数对比单元根据多个速度检测单元检测的速度进行分析对比进而得出小球落入待测液体匀速运动时的速度，所述计算单元根据小球匀速运动时的速度及输入单元输入的参数计算出液体粘度，进而通过显示单元显示出来。
2.根据权利要求1所述的一种液体粘度测量系统，其特征在于：所述滑轮为定滑轮。
3.根据权利要求1所述的一种液体粘度测量系统，其特征在于：微控制器模块为AVR系列单片机。
4.根据权利要求1所述的一种液体粘度测量系统，其特征在于：所述速度检测单元为GSH5速度传感器。
5.根据权利要求1所述的一种液体粘度测量系统，其特征在于：所述显示单元为LCD显示屏。
6.根据权利要求1所述的一种液体粘度测量系统，其特征在于：所述小球为耐高温、耐腐蚀物质。
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