CN105628556B - 一种流体粘度测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流体粘度测量装置及其测量方法，包括电源模块、DSP控制模块、电机驱动模块、电机模块、电流传感器、力矩传感器、编码器和显示器模块。本发明提出的通过测量电流输出量来测量流体粘度的装置，具有结构简单，测量范围宽，测量精度高，测量重复性好，成本低等优点。

Description

一种流体粘度测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及流体粘度测量领域，尤其涉及一种流体粘度测量装置及其测量方法。

背景技术

早期的流体粘度的测量多是离线式测量。为了保证测量精度，通常会有相应的恒温装置，因此体积较大。采用改进的测量方法或技术的装置测量范围宽、精度高，测量重复性好，而且外观精美。奥地利安东帕的L-Vis510属于对测量压力差的细管式粘度计的改进，可以实现在线测量。上海伦捷的DV系列数字式旋转粘度计可以同时显示剪切力、剪切率、粘度、温度等信息。安东帕的AMVn全自动落球粘度计样品用量少、测试系统可自动校准，通过更换不同倾角的毛细管可改变仪器量程。日本的SV系列正弦波振动式粘度计是对振动法的改进，根据型号可以变换到不同的量程以扩大粘度测量范围。

但是，到目前为止，所有的流体粘度测量都是基于对放置在流体中转动的搅拌模块进行力矩的测量，并没有从带动搅拌模块转动的电机上入手。然而，通过采集提供电机保持一定转速的功率所对应的电流输出量信号，将测量电流输出量作为测量流体粘度的标准，实际上可以使粘度的测量达到更加精确、更加稳定的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种流体粘度测量装置及其测量方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种流体粘度测量装置，其特征在于，包括RS232接口、USB接口、网络接口、显示模块、DSP控制模块、电源模块、电流传感器、电机驱动模块、力矩传感器、电机、温度传感器和搅拌模块；

所述DSP控制模块分别和RS232接口、USB接口、网络接口、显示模块、电源模块、电流传感器、力矩传感器、温度传感器、电机驱动模块相连；

所述电机驱动模块用于接收DSP控制模块的信号，对电机转速进行控制；

所述电机的输出端和搅拌模块相连，用于带动搅拌模块转动；

所述搅拌模块用于搅动被测流体；

所述RS232接口、USB接口、网络接口用于DSP控制模块与上位机之间进行通信；

所述电源模块用于供电；

所述电流传感器用于采集电机的电流输出量信号，并将其传递给所述DSP控制模块；

所述力矩传感器用于采集提供电机的力矩信号，并将其传递给所述DSP控制模块；

所述温度传感器与被测流体直接接触，用于采集被测流体的温度，并将其传递给所述DSP控制模块；

所述DSP控制模块用于控制电机按照预设的力矩大小带动搅拌模块转动，根据此时电机的电流输出量、被测流体的温度计算出被测流体的粘度，并控制显示模块显示当前时间、被测流体的温度以及被测流体的粘度。

作为本发明一种流体粘度测量装置进一步的优化方案，所述DSP控制模块的主控芯片采用TI公司的TMS320F2812芯片。

作为本发明一种流体粘度测量装置进一步的优化方案，所述电流传感器采用STM公司的SO1T6C2.5V1芯片。

作为本发明一种流体粘度测量装置进一步的优化方案，所述电机采用直流电机。

本发明还公开了一种基于所述流体粘度测量装置的测量方法，包含以下步骤：

步骤1)，将环境温度调节至预设的最低温度阈值T_min；

步骤2)，控制电机工作，使得其转速等于预设的最低转速阈值ω_min；

步骤3)，通过力矩传感器和电流传感器测量电机的力矩值和电流值，并记录此时的环境温度T、电机转速ω、电机力矩值Μ和电机电流值Ι；

步骤4)，按照预设的转速步长增加电机的转速；

步骤5)，重复执行步骤3)到步骤4)，直至电机的转速大于等于预设的最高转速阈值ω_max；

步骤6)，按照预设的温度步长调高环境温度；

步骤7)，重复步骤2)至步骤6)，直至环境温度大于等于预设的最高温度阈值T_max；

步骤8)，根据记录的环境温度、电机转速、电机力矩值和电机电流值建立电机力矩值的计算模型：

Μ＝α(Ι,ω,T)

其中，α为在环境温度T下，电机力矩值Μ与电机电流值Ι、电机转速ω的关系式；

步骤9)，根据粘度推导公式和电机力矩值的计算模型获得粘度的计算模型：

其中，η为被测流体的粘度，常系数Κ与粘度测量装置的尺寸以及搅拌模块浸入被测流体的深度等仪器常数有关；

步骤10)，对被测流体进行测量时，采用温度传感器获取环境温度，采用力矩传感器和电流传感器测量电机的力矩值和电流值，并将获取的环境温度、电机转速、电机力矩值和电机电流值代入步骤9)中的计算模型，计算出被测流体的粘度。

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.结构简单，使用方便；

2.测量范围宽，测量精度高；

3.测量重复性好，且成本低廉。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为控制器模块中通过电流值实现粘度测量具体建模示意图。

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，本发明公开了一种通过测量电流输出量来测量流体粘度的装置，包括RS232接口、USB接口、网络接口、显示模块、DSP控制模块、电源模块、电流传感器、电机驱动模块、力矩传感器、电机、温度传感器和搅拌模块；

所述DSP控制模块分别和RS232接口、USB接口、网络接口、显示模块、电源模块、电流传感器、力矩传感器、温度传感器、电机驱动模块相连；

所述电机驱动模块用于接收DSP控制模块的信号，对电机转速进行控制；

所述电机的输出端和搅拌模块相连，用于带动搅拌模块转动；

所述搅拌模块用于搅动被测流体；

所述RS232接口、USB接口、网络接口用于DSP控制模块与上位机之间进行通信；

所述电源模块用于供电；

所述电流传感器用于采集电机的电流输出量信号，并将其传递给所述DSP控制模块；

所述力矩传感器用于采集提供电机的力矩信号，并将其传递给所述DSP控制模块；

所述温度传感器与被测流体直接接触，用于采集被测流体的温度，并将其传递给所述DSP控制模块；

所述DSP控制模块用于控制电机按照预设的力矩大小带动搅拌模块转动，根据此时电机的电流输出量、被测流体的温度计算出被测流体的粘度，并控制显示模块显示当前时间、被测流体的温度以及被测流体的粘度。

本发明中，DSP控制模块的主控芯片采用TI公司的TMS320F2812芯片，该芯片是一款低功耗的32位CPU，采用高性能的COMS技术，最高时钟频率150兆赫，指令周期为纳秒级，拥有1.8V～1.9V内核供电电压和3.3V的I/O口引脚电压。优点在于，TMS320F2812芯片拥有专用的集成开发环境和通用的仿真器，可支持JTAG在线仿真，具有多个外部中断和片内外设中断。

电流传感器采用STM公司的SO1T6C2.5V1芯片，该芯片是一款多量程霍尔闭环电流传感器，可用于测量直流、交流以及脉冲电流，原边副边之间绝缘，常应用于交流变频调速、不间断电源以及伺服电机的牵引。优点在于，出色的精度、良好的线性度、相应时间快、优良的温度特性、无插入损耗、抗干扰性能强。

所述电机采用直流电机。

结合图1所示，RS232接口，USB接口或者网络接口完成与电脑或其它种类的上位机的连接，下传电脑或者其它上位机的用户指令给控制器模块，同时也负责上传经过控制器模块处理后的接收到的信号给上位机。

如图2所示，本发明还公开了一种基于所述流体粘度测量装置的测量方法，包含以下步骤：

步骤1)，将环境温度调节至预设的最低温度阈值T_min；

步骤2)，控制电机工作，使得其转速等于预设的最低转速阈值ω_min；

步骤3)，通过力矩传感器和电流传感器测量电机的力矩值和电流值，并记录此时的环境温度T、电机转速ω、电机力矩值Μ和电机电流值Ι；

步骤4)，按照预设的转速步长增加电机的转速；

步骤5)，重复执行步骤3)到步骤4)，直至电机的转速大于等于预设的最高转速阈值ω_max；

步骤6)，按照预设的温度步长调高环境温度；

步骤7)，重复步骤2)至步骤6)，直至环境温度大于等于预设的最高温度阈值T_max；

步骤8)，根据记录的环境温度、电机转速、电机力矩值和电机电流值建立电机力矩值的计算模型：

Μ＝α(Ι,ω,T)

其中，α为在环境温度T下，电机力矩值Μ与电机电流值Ι、电机转速ω的关系式；

步骤9)，根据粘度推导公式和电机力矩值的计算模型获得粘度的计算模型：

其中，η为被测流体的粘度，常系数Κ与粘度测量装置的尺寸以及搅拌模块浸入被测流体的深度等仪器常数有关；

步骤10)，对被测流体进行测量时，采用温度传感器获取环境温度，采用力矩传感器和电流传感器测量电机的力矩值和电流值，并将获取的环境温度、电机转速、电机力矩值和电机电流值代入步骤9)中的计算模型，计算出被测流体的粘度。

本实施例提出的一种通过测量电流输出量来测量流体粘度的装置，具有结构简单，测量范围宽，测量精度高，测量重复性好，成本低等优点。

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。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种流体粘度测量装置的测量方法，其特征在于，所述流体粘度测量装置包括RS232接口、USB接口、网络接口、显示模块、DSP控制模块、电源模块、电流传感器、电机驱动模块、力矩传感器、电机、温度传感器和搅拌模块；

所述DSP控制模块分别和RS232接口、USB接口、网络接口、显示模块、电源模块、电流传感器、力矩传感器、温度传感器、电机驱动模块相连；

所述电机驱动模块用于接收DSP控制模块的信号，对电机转速进行控制；

所述电机的输出端和搅拌模块相连，用于带动搅拌模块转动；

所述搅拌模块用于搅动被测流体；

所述RS232接口、USB接口、网络接口用于DSP控制模块与上位机之间进行通信；

所述电源模块用于供电；

所述电流传感器用于采集电机的电流输出量信号，并将其传递给所述DSP控制模块；

所述力矩传感器用于采集提供电机的力矩信号，并将其传递给所述DSP控制模块；

所述温度传感器与被测流体直接接触，用于采集被测流体的温度，并将其传递给所述DSP控制模块；

所述DSP控制模块用于控制电机按照预设的力矩大小带动搅拌模块转动，根据此时电机的电流输出量、被测流体的温度计算出被测流体的粘度，并控制显示模块显示当前时间、被测流体的温度以及被测流体的粘度；

所述流体粘度测量装置的测量方法的具体步骤如下：

步骤1)，将环境温度调节至预设的最低温度阈值T_min；

步骤2)，控制电机工作，使得其转速等于预设的最低转速阈值ω_min；

步骤3)，通过力矩传感器和电流传感器测量电机的力矩值和电流值，并记录此时的环境温度T、电机转速ω、电机力矩值Μ和电机电流值I；

步骤4)，按照预设的转速步长增加电机的转速；

步骤5)，重复执行步骤3)到步骤4)，直至电机的转速大于等于预设的最高转速阈值ω_max；

步骤6)，按照预设的温度步长调高环境温度；

步骤7)，重复步骤2)至步骤6)，直至环境温度大于等于预设的最高温度阈值T_max；

步骤8)，根据记录的环境温度、电机转速、电机力矩值和电机电流值建立电机力矩值的计算模型：

Μ＝α(I,ω,T)

其中，α为在环境温度T下，电机力矩值Μ与电机电流值I、电机转速ω的关系式；

步骤9)，根据粘度推导公式和电机力矩值的计算模型获得粘度的计算模型：

<mrow> <mi>&amp;eta;</mi> <mo>=</mo> <mi>K</mi> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>I</mi> <mo>,</mo> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>,</mo> <mi>T</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>&amp;omega;</mi> </mfrac> </mrow>

其中，η为被测流体的粘度，常系数K与粘度测量装置的尺寸以及搅拌模块浸入被测流体的深度有关；

步骤10)，对被测流体进行测量时，采用温度传感器获取环境温度，采用力矩传感器和电流传感器测量电机的力矩值和电流值，并将获取的环境温度、电机转速、电机力矩值和电机电流值代入步骤9)中的计算模型，计算出被测流体的粘度。

2.根据权利要求1所述的流体粘度测量装置的测量方法，其特征在于，所述DSP控制模块的主控芯片采用TI公司的TMS320F2812芯片。

3.根据权利要求1所述的流体粘度测量装置的测量方法，其特征在于，所述电流传感器采用STM公司的SO1T6C2.5V1芯片。

4.根据权利要求1所述的流体粘度测量装置的测量方法，其特征在于，所述电机采用直流电机。