CN110763595B - 一种液体粘度的便携两用检测装置的检测方法 - Google Patents

一种液体粘度的便携两用检测装置的检测方法 Download PDF

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CN110763595B CN201911035225.XA CN201911035225A CN110763595B CN 110763595 B CN110763595 B CN 110763595B CN 201911035225 A CN201911035225 A CN 201911035225A CN 110763595 B CN110763595 B CN 110763595B
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Abstract

本发明涉及检测装置技术领域，特别是涉及一种液体粘度的便携两用检测装置的检测方法。所述液体粘度的便携两用检测装置包括步进电机、电磁离合器、扭转传感器、光电编码盘、惯性轮、轴承、转子以及控制电路，所述步进电机通过轴与所述电磁离合器相连接，所述电磁离合器固定于所述轴上，所述扭转传感器、光电编码盘均固定于所述轴上，所述惯性轮固定于所述轴上，所述轴设置于所述轴承内，所述转子与所述轴相连接。本发明的液体粘度的便携两用检测装置体积较小，将结构进一步的优化，使体积减小，重量也更轻，而且大大提高了测量的精确度，而且操作简单，使用方便。

Description

一种液体粘度的便携两用检测装置的检测方法
技术领域
本发明涉及检测装置技术领域，特别是涉及一种液体粘度的便携两用检测装置的检测方法。
背景技术
由于液体粘度是否达标对工业生产有着至关重要的作用，因此人们对粘度的测量的研究从很早就已经开始了。近些年来，随着科技的快速发展，形成了以计算机或微电子控制芯片为核心地位，其他软件技术、硬件系统和测试系统是紧密结合在一起的有机整体，在测量仪器的设计中，应考虑仪器的结构、测量方法的选择和设计的选择。这些方面都发生了突破性的变化。在粘度测量领域，新理论、新测量方法、新测量仪器等不断涌现。
现有技术中使用的粘度计有许多问题，目前使用的粘度计体积略大，随身携带不便，粘度计操作复杂，需要通过培训后才能熟练地使用粘度计。因此迫切需要改进。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种液体粘度的便携两用检测装置的检测方法，用于解决现有技术中的粘度计体积略大，随身携带不便，粘度计操作复杂的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种液体粘度的便携两用检测装置，所述液体粘度的便携两用检测装置包括步进电机、电磁离合器、扭转传感器、光电编码盘、惯性轮、轴承、转子以及控制电路，所述步进电机通过轴与所述电磁离合器相连接，所述电磁离合器固定于所述轴上，所述扭转传感器、光电编码盘均固定于所述轴上，所述惯性轮固定于所述轴上，所述轴设置于所述轴承内，所述转子与所述轴相连接。
在本发明的一实施例中，所述轴承设置两个，所述轴设置于两个所述轴承内。
在本发明的一实施例中，所述控制电路包括第一单片机模块和第二单片机模块，所述第一单片机模块的输出端与所述第二单片机模块的输入端相连接，所述第二单片机模块分别与第一DA转换器、第二DA转换器连接，所述第一DA转换器与所述电磁离合器连接，所述第二DA转换器与所述步进电机连接，所述第一单片机模块的输入端与按键模块的输出端连接，所述第一单片机模块的输出端与显示屏模块的输入端连接，所述扭转传感器、光电编码盘的输出端依次通过信号放大模块、AD采样模块与第一单片机模块的输入端连接，所述第一单片机模块和第二单片机模块均与降压稳压模块连接。
在本发明的一实施例中，所述第一单片机模块包括第一单片机，所述第一单片机的型号为STC90C516RD。
在本发明的一实施例中，所述第二单片机模块包括第二单片机，所述第二单片机的型号为STC12C5A60S2。
在本发明的一实施例中，所述显示屏模块包括OLED显示屏。
在本发明的一实施例中，所述降压稳压模块包括稳压芯片，所述稳压芯片的型号为LM2596S。
在本发明的一实施例中，所述液体粘度的便携两用检测装置还包括电机驱动模块，所述电机驱动模块与所述步进电机相连接。
在本发明的一实施例中，所述电机驱动模块包括电机驱动芯片，所述电机驱动芯片的型号为NJM3771；所述第一DA转换器、第二DA转换器包括DA转换芯片，所述DA转换芯片的型号为NJU39610；所述AD采样模块的型号为ADC0809。
本发明还提供一种液体粘度的便携两用检测方法，包括上述的液体粘度的便携两用检测装置，所述液体粘度的便携两用检测方法包括：
利用离线检测粘度方法对所述液体粘度进行检测：
浸泡在被测液体中的转子受到来自被测液体对它的粘性拖拉与转子旋转时形成的阻力，所述粘性拖拉与转子旋转时形成的阻力成正比，转子受到的粘性转矩M与被测液体的粘度系数η正比，所述转子受到的粘性转矩M与转子角速度ω、转子常数K成正比，如公式(1-1)所示：
M＝Kηω (1-1)
根据刚体的转动微分方程，可以得出公式(1-2)：
Figure GDA0003518179280000021
其中，J表示转动惯量，K表示转子常数；
设
Figure GDA0003518179280000022
可将公式(1-2)改写为公式(1-3)：
Figure GDA0003518179280000023
公式(1-3)的解如公式(1-4)：
ω＝ω0e-ηt (1-4)
其中，ω为转子角速度，ω0为t等于0时刻的角速度，t为时间；
设转子(7)转过的角位移
Figure GDA0003518179280000031
则可获得公式(1-5)：
Figure GDA0003518179280000032
将公式(1-5)化解后可得公式(1-6)：
Figure GDA0003518179280000033
根据三因子公式，可以得到公式(1-7)，(1-8)：
Figure GDA0003518179280000034
Figure GDA0003518179280000035
根据公式(1-5)可得出公式(1-9)、(1-10)：
Figure GDA0003518179280000036
dω＝ωdt (1-10)
将公式(1-3)、(1-9)、(1-10)中的dt用Δt、t1-0或t2-t1替代，
Figure GDA0003518179280000037
用
Figure GDA0003518179280000038
或
Figure GDA0003518179280000039
替代，可以得出公式(1-11)：
Figure GDA00035181792800000310
将公式(1-7)和公式(1-8)代入公式(1-11)，ω0为给定转速，得到粘度η与光电编码盘(4)转过的角度
Figure GDA00035181792800000311
的关系式(1-12)，可由此式求出液体粘度：
Figure GDA00035181792800000312
利用在线连续测量方法对所述液体粘度进行检测：
浸泡在被测液体中的转子受到来自被测液体对它的粘性拖拉与转子旋转时形成的阻力，所述粘性拖拉与转子旋转时形成的阻力成正比，扭矩M与被测液体的粘度η正比，所述扭矩M与转速ω、转子常数K成正比，根据所述扭转传感器得出转矩，根据公式(2-1)得到粘度：
M＝Kηω(2-1)。
有益效果：
本发明的一种液体粘度的便携两用检测装置包括步进电机、电磁离合器、扭转传感器、光电编码盘、惯性轮、轴承、转子以及控制电路，本发明的液体粘度的便携两用检测装置体积较小，将结构进一步的优化，使体积减小，重量也更轻，而且大大提高了测量的精确度，而且操作简单，使用方便。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种液体粘度的便携两用检测装置的结构图。
图2为本申请实施例提供的一种液体粘度的便携两用检测装置的控制电路的结构框图。
图3为本申请实施例提供的一种液体粘度的便携两用检测装置的转子转过的角位移
Figure GDA0003518179280000041
曲线。
元件标号说明
1 步进电机
2 电磁离合器
3 扭转传感器
4 光电编码盘
5 惯性轮
6 轴承
7 转子
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种液体粘度的便携两用检测装置的结构图。本发明提供一种液体粘度的便携两用检测装置，所述液体粘度的便携两用检测装置包括步进电机1、电磁离合器2、扭转传感器3、光电编码盘4、惯性轮5、轴承6、转子7以及控制电路，所述步进电机1通过轴与所述电磁离合器2相连接，所述电磁离合器2固定于所述轴上，所述扭转传感器3、光电编码盘4均固定于所述轴上，所述惯性轮5固定于所述轴上，所述轴设置于所述轴承6内，所述转子7与所述轴相连接。
具体的，所述步进电机1通过轴与所述电磁离合器2上半部分连接在一起。所述电磁离合器2的下半部分固定在轴上。所述轴承6可以但不限于为滚珠轴承。
具体的，所述轴承6设置两个，所述轴设置于两个所述轴承6内。
请参阅图2，图2为本申请实施例提供的一种液体粘度的便携两用检测装置的控制电路的结构框图。所述控制电路包括第一单片机模块和第二单片机模块，所述第一单片机模块的输出端与所述第二单片机模块的输入端相连接，所述第二单片机模块分别与第一DA转换器、第二DA转换器连接，所述第一DA转换器与所述电磁离合器2连接，所述第二DA转换器与所述步进电机1连接，所述第一单片机模块的输入端与按键模块的输出端连接，所述第一单片机模块的输出端与显示屏模块的输入端连接，所述扭转传感器3、光电编码盘4的输出端依次通过信号放大模块、AD采样模块与第一单片机模块的输入端连接，所述第一单片机模块和第二单片机模块均与降压稳压模块连接。
具体的，所述第一单片机模块包括第一单片机，所述第一单片机的型号为STC90C516RD。所述第二单片机模块包括第二单片机，所述第二单片机的型号为STC12C5A60S2。所述显示屏模块包括OLED显示屏。所述降压稳压模块包括稳压芯片，所述稳压芯片的型号为LM2596S。所述液体粘度的便携两用检测装置还包括电机驱动模块，所述电机驱动模块与所述步进电机1相连接。所述电机驱动模块包括电机驱动芯片，所述电机驱动芯片的型号为NJM3771。所述第一DA转换器、第二DA转换器包括DA转换芯片，所述DA转换芯片的型号为NJU39610；所述AD采样模块的型号为ADC0809。所述信号放大模块采用现有技术中的信号放大电路。
为了进一步的对本发明的液体粘度的便携两用检测装置进行原理说明，以下对所述液体粘度的便携两用检测装置的工作原理进行说明：
1、离线快速检测：通过所述按键模块进行转速的设定，并设置到达额定转速后，使电磁离合器2断电分离，启动所述步进电机1，由第一单片机接收光电编码盘4的通过某一个特定角度需要的时间，将处理后的信息与给定速度进行比较后，发送指令给第二单片机，第二单片机通过DA转换芯片、低频集成运放向所述步进电机1发送指令。使步进电机1带动惯性轮5到设定的转速，由第二单片机通过第二DA转换器、低频集成运放向所述步进电机1发送指令，关闭所述步进电机1，并且同时向电磁离合器2发送指令，使电磁离合器2断电分离，让扭转传感器3、光电编码盘4、惯性轮5、转子7组成的整体在被检测的液体内自由地旋转，被检测的液体粘度越小，所述转子7、惯性轮5、编码盘4、扭转传感器3组成的整体速度衰减越慢，所述转子7转过某个确定的角度时需要的时间越短，相反的，越快的速度衰减，所述转子7转过某个确定的角度时需要的时间越长。在该模式下只需获取通过所述光电编码盘4的参数经过算法转化就能得到液体粘度。
2、在线连续检测：将该装置与计算机连接通过按键模块进行转速的设定，并设置到达额定转速后，所述电磁离合器2继续通电，使所述步进电机1保持当前速度继续运转，启动所述步进电机1，由步进电机1接收所述光电编码盘4的通过某一个特定角度需要的时间，将处理后的信息与给定速度进行比较后，发送指令给第二单片机，第二单片机通过第二DA转换器、低频集成运放向步进电机1发送指令。使所述步进电机1带动惯性轮5到设定的转速，由第二单片机通过第二DA转换器、低频集成运放向所述步进电机1发送指令，使所述步进电机1保持当前速度不变，通过所述扭转传感器3向第一单片机传输数据，经处理后将信息传送给计算机，可在计算机上查看实时液体粘度。
本发明还提供一种液体粘度的便携两用检测方法，包括上述的液体粘度的便携两用检测装置，所述液体粘度的便携两用检测方法包括：
利用离线检测粘度方法对所述液体粘度进行检测：
浸泡在被测液体中的转子受到来自被测液体对它的粘性拖拉与转子旋转时形成的阻力，所述粘性拖拉与转子旋转时形成的阻力成正比，转子受到的粘性转矩M与被测液体的粘度系数η正比，所述转子受到的粘性转矩M与转子角速度ω、转子常数K成正比，如公式(1-1)所示：
M＝Kηω (1-1)
根据刚体的转动微分方程，可以得出公式(1-2)：
Figure GDA0003518179280000071
其中，J表示转动惯量，K表示转子常数；
设
Figure GDA0003518179280000072
可将公式(1-2)改写为公式(1-3)：
Figure GDA0003518179280000073
公式(1-3)的解如公式(1-4)：
ω＝ω0e-ηt (1-4)
其中，ω为转子角速度，ω0为t等于0时刻的角速度，t为时间；
设转子(7)转过的角位移
Figure GDA0003518179280000074
则可获得公式(1-5)：
Figure GDA0003518179280000075
将公式(1-5)化解后可得公式(1-6)：
Figure GDA0003518179280000076
请参阅图3，图3为本申请实施例提供的一种液体粘度的便携两用检测装置的转子转过的角位移
Figure GDA0003518179280000077
曲线。转子转过的角位移
Figure GDA0003518179280000078
曲线如下图3所示：根据三因子公式，可以得到公式(1-7)，(1-8)：
Figure GDA0003518179280000079
Figure GDA00035181792800000710
根据公式(1-5)可得出公式(1-9)、(1-10)：
Figure GDA00035181792800000711
dω＝ωdt (1-10)
将公式(1-3)、(1-9)、(1-10)中的dt用Δt、t1-0或t2-t1替代，
Figure GDA00035181792800000712
用
Figure GDA00035181792800000713
或
Figure GDA0003518179280000081
替代，可以得出公式(1-11)：
Figure GDA0003518179280000082
将公式(1-7)和公式(1-8)代入公式(1-11)，ω0为给定转速，得到粘度η与光电编码盘(4)转过的角度
Figure GDA0003518179280000083
的关系式(1-12)，可由此式求出液体粘度：
Figure GDA0003518179280000084
利用在线连续测量方法对所述液体粘度进行检测：
浸泡在被测液体中的转子受到来自被测液体对它的粘性拖拉与转子旋转时形成的阻力，所述粘性拖拉与转子旋转时形成的阻力成正比，扭矩M与被测液体的粘度η正比，所述扭矩M与转速ω、转子常数K成正比，根据所述扭转传感器得出转矩，根据公式(2-1)得到粘度：
M＝Kηω(2-1)。
综上所述，本发明的所述液体粘度的便携两用检测装置包括步进电机1、电磁离合器2、扭转传感器3、光电编码盘4、惯性轮5、轴承6、转子7以及控制电路，本发明的液体粘度的便携两用检测装置体积较小，将结构进一步的优化，使体积减小，重量也更轻，而且大大提高了测量的精确度，而且操作简单，使用方便。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种液体粘度的便携两用检测装置的检测方法，其特征在于：所述液体粘度的便携两用检测装置的检测方法基于液体粘度的便携两用检测装置，所述液体粘度的便携两用检测装置包括步进电机(1)、电磁离合器(2)、扭转传感器(3)、光电编码盘(4)、惯性轮(5)、轴承(6)、转子(7)以及控制电路，所述步进电机(1)通过轴与所述电磁离合器(2)相连接，所述电磁离合器(2)固定于所述轴上，所述扭转传感器(3)、光电编码盘(4)均固定于所述轴上，所述惯性轮(5)固定于所述轴上，所述轴设置于所述轴承(6)内，所述转子(7)与所述轴相连接；
所述液体粘度的便携两用检测装置的检测方法包括：
利用离线检测粘度方法对所述液体粘度进行检测：
浸泡在被测液体中的转子受到来自被测液体对它的粘性拖拉与转子旋转时形成的阻力，所述粘性拖拉与转子旋转时形成的阻力成正比，转子受到的粘性转矩M与被测液体的粘度系数η正比，所述转子受到的粘性转矩M与转子角速度ω、转子常数K成正比，如公式(1-1)所示：
M＝Kηω (1-1)
其中，M表示转子受到的粘性转矩，K表示转子常数，η表示被测液体的粘度系数，ω表示转子角速度；
根据刚体的转动微分方程，可以得出公式(1-2)：
Figure FDA0003518179270000011
其中，J表示转动惯量，
Figure FDA0003518179270000012
表示对转子角速度ω求微分；
设
Figure FDA0003518179270000013
可将公式(1-2)改写为公式(1-3)：
Figure FDA0003518179270000014
公式(1-3)的解如公式(1-4)：
ω＝ω0e-ηt (1-4)
其中，ω为转子角速度，ω0为t等于0时刻的角速度，t为时间；
设转子(7)转过的角位移
Figure FDA0003518179270000015
则可获得公式(1-5)：
Figure FDA0003518179270000016
Figure FDA0003518179270000021
表示对转子角速度ω求积分；
将公式(1-5)化解后可得公式(1-6)：
Figure FDA0003518179270000022
根据三因子公式，可以得到公式(1-7)，(1-8)：
Figure FDA0003518179270000023
Figure FDA0003518179270000024
其中，t1表示转子旋转经过t1秒，t2表示转子旋转经过t2秒，
Figure FDA0003518179270000025
表示t1时刻对应的角位移，
Figure FDA0003518179270000026
表示t2时刻对应的角位移；
根据公式(1-5)可得出公式(1-9)、(1-10)：
Figure FDA0003518179270000027
Figure FDA0003518179270000028
将公式(1-3)、(1-9)、(1-10)中的dt用Δt、t1-0或t2-t1替代，
Figure FDA0003518179270000029
用
Figure FDA00035181792700000210
或
Figure FDA00035181792700000211
替代，可以得出公式(1-11)：
Figure FDA00035181792700000212
其中，Δt为时间增量，
Figure FDA00035181792700000213
为角速度对角位移的导数，Δω为t2到t1时间段内的角速度和0时刻到t1时刻的角速度之差，
Figure FDA00035181792700000214
为角位移增量；
将公式(1-7)和公式(1-8)代入公式(1-11)，ω0为t等于0时刻的角速度，得到粘度η与光电编码盘(4)转过的角度
Figure FDA00035181792700000215
的关系式(1-12)，可由此式求出液体粘度：
Figure FDA00035181792700000216
利用在线连续测量方法对所述液体粘度进行检测：
浸泡在被测液体中的转子受到来自被测液体对它的粘性拖拉与转子旋转时形成的阻力，所述粘性拖拉与转子旋转时形成的阻力成正比，扭矩M与被测液体的粘度η正比，所述扭矩M与转速ω、转子常数K成正比，根据所述扭转传感器得出转矩，根据公式(2-1)得到粘度：
M＝Kηω (2-1)。
2.根据权利要求1所述的一种液体粘度的便携两用检测装置的检测方法，其特征在于：所述轴承(6)设置两个，所述轴设置于两个所述轴承(6)内。
3.根据权利要求1所述的一种液体粘度的便携两用检测装置的检测方法，其特征在于：所述控制电路包括第一单片机模块和第二单片机模块，所述第一单片机模块的输出端与所述第二单片机模块的输入端相连接，所述第二单片机模块分别与第一DA转换器、第二DA转换器连接，所述第一DA转换器与所述电磁离合器(2)连接，所述第二DA转换器与所述步进电机(1)连接，所述第一单片机模块的输入端与按键模块的输出端连接，所述第一单片机模块的输出端与显示屏模块的输入端连接，所述扭转传感器(3)、光电编码盘(4)的输出端依次通过信号放大模块、AD采样模块与第一单片机模块的输入端连接，所述第一单片机模块和第二单片机模块均与降压稳压模块连接。
4.根据权利要求3所述的一种液体粘度的便携两用检测装置的检测方法，其特征在于：所述第一单片机模块包括第一单片机，所述第一单片机的型号为STC90C516RD。
5.根据权利要求3所述的一种液体粘度的便携两用检测装置的检测方法，其特征在于：所述第二单片机模块包括第二单片机，所述第二单片机的型号为STC12C5A60S2。
6.根据权利要求3所述的一种液体粘度的便携两用检测装置的检测方法，其特征在于：所述显示屏模块包括OLED显示屏。
7.根据权利要求3所述的一种液体粘度的便携两用检测装置的检测方法，其特征在于：所述降压稳压模块包括稳压芯片，所述稳压芯片的型号为LM2596S。
8.根据权利要求3所述的一种液体粘度的便携两用检测装置的检测方法，其特征在于：所述液体粘度的便携两用检测装置还包括电机驱动模块，所述电机驱动模块与所述步进电机(1)相连接。
9.根据权利要求8所述的一种液体粘度的便携两用检测装置的检测方法，其特征在于：所述电机驱动模块包括电机驱动芯片，所述电机驱动芯片的型号为NJM3771；所述第一DA转换器、第二DA转换器包括DA转换芯片，所述DA转换芯片的型号为NJU39610；所述AD采样模块的型号为ADC0809。
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