CN201331478Y - 重力式毛细管粘度仪高精度自动计时装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种重力式毛细管粘度仪高精度自动计时装置：光电传感器安装在光电检测部件前、后夹板的光电传感器装配孔中，光电检测部件固定在计时起点刻度线上和计时终点刻度线上，其液位信号通过连接信号线传送至调理电路，经信号放大、滤波和模数转换变换为数字信号作为液位检测数据；微控制器或其它嵌入式系统设备根据液位检测数据，实现计时起点刻度线与计时终点液位检测，以及控制定时器启动工作与停止工作，并从定时器中读出计时累加值或计算出时间差即为被测液体粘度测试时间，完成重力式毛细管粘度仪自动计时。该计时装置计时精度高、自动化程度高，避免了传统的重力式毛细管粘度仪手动计时误差大、工作繁琐的缺点。

Description

重力式毛细管粘度仪高精度自动计时装置

技术领域

重力式毛细管粘度仪高精度自动计时装置，本实用新型涉及一种自动液位检测与自动计时装置，具体地说，涉及一种重力式毛细管粘度测试仪器的高精度自动液位检测与自动计时的装置，也可用于其它领域的液位检测。

技术背景

重力式毛细管粘度仪因原理简单、测量精度高，广泛应用于化工、纺织、医药、国防等行业，它通过测量牛顿液体流经粘度管的计时起点刻度线与计时终点刻度线之间的时间，确定牛顿液体的粘度，因此，高精度计时是实现重力式毛细管粘度仪自动粘度测量的关键技术之一。

现有的重力式毛细管粘度仪计时方法与装置有：(1)传统的方法是通过人眼判断被测液体的凹型液面流经粘度管计时刻度线，并配合秒表完成，这种方法工作效率低且测量误差大；(2)以光电开关或光纤传感器为检测部件，根据液位变化时检测部件的输出电压不同，利用比较电路和波形整形电路，完成计时起点刻度线和计时终点刻度线的检测，采用这种方法的计时装置可以实现自动计时，但这种方法硬件电路比较复杂，且不能自适应不同种类被测液体所导致的液位检测电压之间的差异。

技术方案

为克服已有技术的不足，本实用新型目的在于提供一种重力式毛细管粘度仪高精度自动计时装置，该装置能够准确、实时完成重力式毛细管粘度仪自动计时，检测精度高，误差小。

1系统构成

本实用新型是一种重力式毛细管粘度仪高精度自动计时装置。它由光电检测部件(包括后夹板1、前夹板2，定位夹紧螺孔3、红外发射二极管4，红外接收二极管5、光电传感器装配孔6、传感器装配凹槽7、光电传感器信号传输线8等)、调理电路11、模数转换电路12、微控制器或其它嵌入式系统设备13、重力式毛细管粘度管9(包括上存储器14、计时球16、毛细管18等)等组成。

将红外发射二极管4和红外接收二极管5分别装在前夹板2和后夹板1的光电传感器装配孔6中，利用螺栓和定位夹紧螺孔3将光电检测部件固定在重力式毛细管粘度管9的计时起点刻度线上和计时终点刻度线上。液位检测信号通过光电传感器信号传输线8，传输至信号调理电路11和模数转换电路12变换成数字信号，并传送到微控制器或其它嵌入式系统设备13为自动液位检测和自动计时处理提供数据。

2工作原理

参见图2、3、4，被测液体在粘度管中由于重力作用、吸附作用和表面张力的作用，其液面呈近似球形凹面10，当被测液体的凹型液面10处在非计时刻度线l₁-l₂区间时，计时起点光电检测部件15，检测到的液位电压信号经调理电路11，数模转换12和微控制器13，其电压值几乎保持不变，如图5(a)的Q-A段所示；当被测液体的凹型液面下降到计时刻度线时l₂，即凹型液面10处在计时刻度线l₂，计时起点光电检测部件15的红外光发射部分4发出的红外光经液面反射、折射，红外接收部分5接收的红外光大大衰减，其产生的液位检测电压随之减小，经信号调理11、模数转换12和微控制器13，得到的电压信号较正常时发生改变，如图5(a)的A-B段所示。微控制器13将液位检测电压信号做一阶差分运算，求其相对变化量(即 $d{u}_i=\frac{u_{i+1}-u_i}{u_0},$ 式中u_i为i时刻的液位检测电压，u₀为初始状态的电压，如Q点的电压)，得到液位检测电压的突变点(如图5(b)的P点所示)，并启动微控制器13中的定时单元或外部定时器开始计时。

同理，利用计时终点光电检测部件17、调理电路11，数模转换12和微控制器13等可完成计时终点的自动检测，微控制器13中的定时单元或外部定时单元停止计时。定时器中的计时累加值即为被测液体从计时起点刻度线l₂下降到计时终点刻度线l₃所需时间，完成重力式毛细管的自动计时。

附图说明

图1是本实用新型的光电检测部件结构图，其中(a)为光电检测部件的正视图，(b)为光电检测部件的俯视图。

图2是本实用新型结构框图。

图3是本实用新型的光电检传感器液位检测原理框图。

图4是重力式毛细管粘度仪高精度自动计时原理图。

图5是重力式毛细管粘度仪计时刻度线区液位检测电压及其一阶差分相对误差曲线图，其中(a)为液位检测电压变化曲线，(b)为液位检测电压一阶差分相对误差曲线。

其中，1、后夹板，2、前夹板，3、定位夹紧螺孔，4、红外发射二极管，5、红外接收二极管、6、光电传感器装配孔，7、传感器装配凹槽，8、光电传感器信号传输线，9、重力式毛细管粘度管，10、凹型液面，11、调理电路，12、模数转换电路，13、微控制器或其它嵌入式系统设备，14、上存储器，15、计时起点光电检测部件，16、计时球，17、计时终点光电检测部件，18、毛细管。

图5(a)中的Q为初始检测点，A为凹型液面开始流经计时刻度线时的液位检测电压，B为凹型液面完全流过计时刻度线时的液位检测电压；图5(b)中的P点为一阶差分相对误差突变点。

具体实施方式

本实用新型提供了重力式毛细管粘度仪高精度自动计时装置。以下结合附图作详述，但不作为本实用新型的限定。

实施例1

采用TI公司的高性能单片机MSP430F449作为微控制器或其它嵌入式系统设备13，利用其内部的模数转换功能模块作为模数转换器12完成液位检测电压的模数转换，采用MSP430F449内部的定时器完成计时功能。利用已检定合格的乌式粘度计(一种重力式毛细管粘度管，毛细管内径为0.9mm，仪器常数为0.04617mm²/s²)，在25℃的条件下，以变压器油为被测液体，首先将变压器油注入粘度管9中，利用吸耳球，将变压器油吸入上存储器14的初始线l₁，变压器油在重力的作用下，经计时球16底部的毛细管18流回粘度管9的底部，由于重力和吸附效应的作用，被测液体产生凹型液面10，当凹型液面10下降到计时起点刻度线l₂时，计时起点光电检测部件15检测到凹型液面，确定计时起点并启动微控制器MSP430F449内部的定时器工作，开始计时；当凹型液面下降到计时终点刻度线l₃时，计时终点光电传感器17检测到凹型液面，确定计时终点并控制MSP430F449内部的定时器，停止计时，微控制器MSP430F449从定时器中读计时累加值即为凹型液面从计时起点刻度线l₂下降到计时终点刻度线l₃的时间，输入粘度管9的仪器常数，即可得到变压器油的运动粘度。

实施例2

采用TI公司的DSP芯片TMS320LF2407作为微控制器或其它嵌入式系统设备13，利用外部的模数转换芯片作为模数转换器12完成液位检测电压的模数转换，以实时时钟芯片DS1390(百分之一秒)配合TMS320LF2407完成计时功能。利用已检定合格的乌式粘度计(一种重力式毛细管粘度管，毛细管内径为0.9mm，仪器常数为0.04617mm²/s²)，在25℃的条件下，以0#柴油为被测液体，首先将0#柴油注入粘度管9中，利用吸耳球，将变压器油吸入上存储器14的初始线l₁，变压器油在重力的作用下，经计时球16底部的毛细管18流回粘度管9的底部，由于重力和吸附效应的作用，被测液体产生凹型液面10，当凹型液面10下降到计时起点刻度线l₂时，计时起点光电检测部件15检测到凹型液面，确定计时起点并启动实时时钟芯片DS1390开始计时；当凹型液面下降到计时终点刻度线l₃时，计时终点光电传感器17检测到凹型液面，确定计时终点并控制实时时钟芯片DS1390停止计时，微控制器TMS320LF2407计算出凹型液面从计时起点刻度线l₂下降到计时终点刻度线l₃的时间，输入粘度管9的仪器常数，即可得到变压器油的运动粘度。

Claims (3)

1.一种重力式毛细管粘度仪高精度自动计时装置，其特征在于：微控制器或其它嵌入式系统设备通过光电检测部件、调理电路、模数转换电路采集液位电压信息，实现计时起点与计时终点液位检测和控制定时器启动工作与停止工作，自动完成计时功能；其构成为：光电传感器安装在光电检测部件的前、后夹板光电传感器装配孔中，光电传感器可以是近红外发光二极管和近红外接收二极管，也可以是其它光电传感器；计时起点光电检测部件与计时终点光电检测部件固定在计时起点刻度线上和计时终点刻度线上；液位信号通过连接信号线传送至调理电路，经信号放大、滤波和模数转换变换为数字信号，传送至微控制器或其它嵌入式系统设备作为液位检测数据，模数转换可以是独立的模数转换芯片，也可以是微控制器或其它嵌入式系统设备内部的模数转换功能模块。

2.根据权利要求1所述的重力式毛细管粘度仪高精度自动计时装置，其特征在于：光电检测部件由前夹板、后夹板，定位夹紧螺孔、红外发射二极管，红外接收二极管、光电传感器装配孔、传感器装配凹槽、光电传感器信号传输线组成；前夹板与后夹板中部为弧形的装配凹槽，以配合粘度管完成装配；光电传感器的装配孔开在装配凹槽的对称轴上；前夹板与后夹板的两端开有定位夹紧螺孔，利用螺栓和定位夹紧螺孔将光电检测部件固定在重力式毛细管粘度管的计时起点刻度线上和计时终点刻度线上。

3.根据权利要求1所述的重力式毛细管粘度仪高精度自动计时装置，其特征在于：定时器可由百分之一秒及以上精度的实时时钟芯片组成，其安装在微控制器或其它嵌入式设备的外围印刷电路板上，微控制器或其它嵌入式设备通过印刷电路板上的总线与实时时钟芯片通信；定时器也可由直接为微控制器或其它嵌入式系统设备内部的定时器功能模块。

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