CN208432503U - 一种基于stm32的旋转式粘度计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于STM32的旋转式粘度计，包括处理器模块、电机驱动模块、驱动电机、转盘、游丝、第一光电对管和第二光电对管，处理器模块与电机驱动模块电连接，电机驱动模块与驱动电机电连接，处理器模块发送控制信号通过电机驱动模块控制驱动电机动作，驱动电机转轴与转盘连接，转盘与游丝连接，游丝的中心轴连接以中心轴为转轴的连杆，转盘设有标记部位，第一光电对管用于测量标记部位随转盘转动引起的第一开关信息并发送至处理器模块，第二光电对管用于测量连杆转动引起的第二开关信息并发送至处理器模块，处理器模块用于根据第一开关信息和第二开关信息获取流体粘度。本实用新型具有成本低、准确度高、重复性高、响应速度快的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种粘度计，特别是涉及一种基于STM32的旋转式粘度计。
背景技术
粘度是流体的重要物理性质之一，是关系着众多产业的一个重要的标准特征。测量流体的粘度和流动性在工业生产和基础科学研究中具有十分重要的意义。目前常用的测量方法主要有毛细管法、旋转法、振动法及落球法等。其中旋转法由于可以在不同的切变率下对同种材料进行测量，因此被广泛地应用于测量牛顿型和非牛顿型流体的粘度及流变特性中。
随着自动化数字测量技术的发展，新型旋转粘度计采用光栅传感器和自动转速控制系统，实现精确测量指针在被测液体中的旋转角度，改善了传统旋转粘度计如六速旋转粘度计测量操作复杂，读数精度不高的缺陷，实现了在测量过程中的自动闭环调节和控制。同时为满足对同种液体在不同温度下粘度的测量，减少成本和工作量。现有技术旋转粘度计多用游丝感应转筒探头的扭矩，利用刻度盘读数，易受测量者读数不同而导致误差，同时大多以8位单片机为处理器，往往存在处理能力较低、没有片内AD转换等缺点。
实用新型内容
本实用新型的任务在于提供一种基于STM32的旋转式粘度计，以实现稳定的粘度测量并提高精度。
本实用新型技术方案是这样的：一种基于STM32的旋转式粘度计，包括处理器模块、电机驱动模块、驱动电机、转盘、游丝、第一光电对管和第二光电对管，所述处理器模块与电机驱动模块电连接，所述电机驱动模块与驱动电机电连接，所述处理器模块发送控制信号通过电机驱动模块控制驱动电机动作，所述驱动电机转轴与转盘连接，所述转盘与游丝连接，所述游丝的中心轴连接以中心轴为转轴的连杆，所述转盘设有标记部位，所述第一光电对管用于测量所述标记部位随转盘转动引起的第一开关信息并发送至所述处理器模块，所述第二光电对管用于测量所述连杆转动引起的第二开关信息并发送至所述处理器模块，所述处理器模块用于根据第一开关信息和第二开关信息获取流体粘度。
进一步的，为了提供粘度测量的温度补偿，进一步提高测量精度，包括测温模块，所述测温模块包括热电阻和放大器，所述热电阻和放大器构成差分放大电路，所述差分放大电路的输出与处理器模块电连接并向所述处理器模块发送温度信息。
进一步的，所述热电阻为PT100热电阻。由于PT100热电阻温度与阻值良好的线性关系，此模块测温误差仅为0.5％，精度高，误差小。
进一步的，包括电源模块，所述电源模块为处理器模块、驱动电机以及测温模块供电，所述电源模块包括5V转换模块和3.3V转换模块，所述5V转换模块的输入端连接供电电源，所述5V转换模块的输出端连接3.3V转换模块的输入端，所述5V转换模块的输出端提供5V供电，所述3.3V转换模块的输出端提供3.3V供电。
进一步的，包括按键输入模块和显示模块，所述按键输入模块和显示模块与处理器模块电连接，所述电源模块为显示模块供电。
本实用新型与现有技术相比的优点在于：采用0.1％精度的贴片电阻以及高精度仪表运放AD623A设计PT100测温电路，测温误差仅为0.5％，通过测量游丝位移造成的脉冲时间差计算液体黏度，具有低成本，高精度的优点。
附图说明
图1为基于STM32的旋转式粘度计模块结构示意图。
图2为驱动电机、转盘、游丝、第一光电对管和第二光电对管连接结构示意图。
图3为处理器模块电路示意图。
图4为电机驱动模块及光电对管电路示意图。
图5为测温模块电路示意图。
图6为电源模块电路示意图。
图7为显示模块电路示意图。
图8为按键输入模块电路示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。
请结合图1至图8所示，本实施例涉及的基于STM32的旋转式粘度计，包括处理器模块1、电机驱动模块2、驱动电机3、转盘4、游丝5、第一光电对管6和第二光电对管7、测温模块8、电源模块9、按键输入模块10以及显示模块11。电源模块9包括5V转换模块和3.3V转换模块，5V转换模块由LM2576S-5.0稳压芯片及其周边电路构成，3.3V转换模块由AMS1117-3.3稳压芯片及其周边电路构成。5V转换模块的输出端提供5V供电，5V转换模块的输出端连接3.3V转换模块的输入端，3.3V转换模块的输出端提供3.3V供电。电源模块9分别为处理器模块1、测温模块8以及按键输入模块10提供3.3V电压，为电机驱动模块2和显示模块11提供5V电压。
处理器模块1为STM32单片机，采用STM32F103芯片，其内核为Cortex-M3，优势在于低功耗、低成本、高性能。在电源模块的支持下，对按键输入模块10的指令进行响应，控制电机驱动模块2使驱动电机3带动转盘4运转并通过第一光电对管6和第二光电对管7测得时间差，按照预定的算法与程序对所得信息进行处理，计算出当前温度下测量液体的粘度。电机驱动模块2为驱动集成电路IC NJU3771和NJU39610并从STM32F103上引出引脚与第一光电对管6和第二光电对管7相接，测温模块8采用高精度仪表运放AD623A配合PT100热电阻构成测温电路，显示模块11为一块分辨率为128*64的单色点阵液晶屏。按键输入模块10采用独立微动按键，共有6个按键，包括上下左右方向键、确定键和返回键。每一个按键与控制模块单片机的一个引脚相连，按键按下时，处理器产生相应中断，执行相应功能。处理器模块1与电机驱动模块2、测温模块8、按键输入模块10以及显示模块11电连接。
请结合图2所示，电机驱动模块2与驱动电机3电连接控制驱动电机3转动。驱动电机3为步进电机，其转轴3a与转盘4连接，转盘4与游丝5连接。游丝5的中心轴5a连接以中心轴5a为转轴的连杆5b，连杆5b的转动平面与转盘4转动平面平行。转盘4的边缘设有标记部位4a，第一光电对管6用于测量标记部位4a随转盘4转动引起的第一开关信息并发送至处理器模块1；第二光电对管7用于测量连杆5b转动引起的第二开关信息并发送至处理器模块1。游丝5的中心轴5a插入液体中，驱动电机3驱动转盘4带动游丝5转动，由于液体粘滞力的存在，会使得游丝5在旋转的过程中产生形变，导致游丝5中心轴5a上的连杆5b通过第二光电对管7的时刻要比转盘4上标记部位4a通过第一光电对管6的时刻滞后，这样就形成一个时间差Δt。液体粘度η跟Δt的关系如下：
η＝k*Δt；
上述公式中k是一个比例系数，跟电机转速、游丝弹性系数等参数有关，具体数值可以通过标准粘度的溶液来确定。利用上述公式，根据不同的时间差就可以测出不同溶液的粘度值。
该基于STM32的旋转式粘度计采用光电对管测量脉冲时间差，极大地提高了测量速度和精度、具有使用范围广，测量简便，成本低等显著优点。基于STM32单片机平台的控制模块，使得产品性能较高、价格低廉。同时，考虑到液体粘度易受液体温度影响，采用PT100温度传感器实时采集测量温度，方便易用，价格低廉，可广泛应用于各种液体的粘度测量。
Claims (5)
1.一种基于STM32的旋转式粘度计，其特征在于，包括处理器模块、电机驱动模块、驱动电机、转盘、游丝、第一光电对管和第二光电对管，所述处理器模块与电机驱动模块电连接，所述电机驱动模块与驱动电机电连接，所述处理器模块发送控制信号通过电机驱动模块控制驱动电机动作，所述驱动电机转轴与转盘连接，所述转盘与游丝连接，所述游丝的中心轴连接以中心轴为转轴的连杆，所述转盘设有标记部位，所述第一光电对管用于测量所述标记部位随转盘转动引起的第一开关信息并发送至所述处理器模块，所述第二光电对管用于测量所述连杆转动引起的第二开关信息并发送至所述处理器模块，所述处理器模块用于根据第一开关信息和第二开关信息获取流体粘度。
2.根据权利要求1所述的基于STM32的旋转式粘度计，其特征在于，包括测温模块，所述测温模块包括热电阻和放大器，所述热电阻和放大器构成差分放大电路，所述差分放大电路的输出与处理器模块电连接并向所述处理器模块发送温度信息。
3.根据权利要求2所述的基于STM32的旋转式粘度计，其特征在于，所述热电阻为PT100热电阻。
4.根据权利要求1所述的基于STM32的旋转式粘度计，其特征在于，包括电源模块，所述电源模块为处理器模块、驱动电机以及测温模块供电，所述电源模块包括5V转换模块和3.3V转换模块，所述5V转换模块的输入端连接供电电源，所述5V转换模块的输出端连接3.3V转换模块的输入端，所述5V转换模块的输出端提供5V供电，所述3.3V转换模块的输出端提供3.3V供电。
5.根据权利要求4所述的基于STM32的旋转式粘度计，其特征在于，包括按键输入模块和显示模块，所述按键输入模块和显示模块与处理器模块电连接，所述电源模块为显示模块供电。
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| CN113866047A (zh) * | 2021-10-21 | 2021-12-31 | 南京信息工程大学 | 一种基于机器学习的粘滞系数光学测定装置及方法 |
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2018
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| CN113866047B (zh) * | 2021-10-21 | 2024-04-02 | 南京信息工程大学 | 一种基于机器学习的粘滞系数光学测定装置及方法 |
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