CN210720060U - 基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计，其包括外筒、驱动外筒的驱动电机、与外筒同轴地设于外筒内的内筒，所述内筒的顶部连接扭簧组件，所述扭簧组件上设有第一圆光栅角位移传感器，所述第一圆光栅角位移传感器的信号输出端连接第一信号转换电路的信号输入端，所述第一信号转换电路的信号输出端连接第一ADC模块的输入端，所述第一ADC模块的输出端连接单片机，所述单片机的信号输出端连接驱动电机的信号输入端。本实用新型通过第一圆、第二圆光栅角位移传感器分别检测内筒偏转的角度和外筒的转速，通过单片机的处理直接得出检测的数据，数据由显示器直接显示，解决了传统刻度盘读数的偏差的问题，提高了检测精度。

Description

基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计

技术领域

本实用新型涉及一种粘度计，尤其涉及一种基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计。

背景技术

粘度是液体内部阻碍相对流动的一种特性，它是液体分子之间、固体颗粒之间及液体分子与固体颗粒之间产生摩擦的结果，不同类型的液体有着不同的粘度，鉴于对液体粘度的测量在石油、化工、国防军工、冶金、国防军工等方面有着重要意义。

目前市面上使用较多的主要是六速旋转粘度计来测量液体的粘度，它主要由电动机、恒速与变压装置、测量装置和支架箱体组成，并可提供数字显示功能。该设备在恒速与变速装置上固定好一个外筒，测量装置则由一个内筒通过扭簧固定在机器上，扭簧上附有刻度盘。测量时，内筒和外筒同时浸没在被测液体中，当调节外筒速率使之旋转时，由于液体的粘滞作用，内筒将带动扭簧上刻度盘转动相应角度，于是在刻盘上可以读出内筒相应的转角大小，这就将液体粘度的测量转为内筒角度的测量，转角越大则被测液体粘度越大，即内筒的偏转角θ大小与引起粘滞力矩的粘滞系数η成正比。

现有的旋转粘度计通过刻度盘进行读数，读数具有偏差，造成测量精度低，且需人工描绘流变曲线图，因此进一步提高旋转粘度计的测量精度与便利性是非常有必要的。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种测量精度高的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：所述基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计，包括外筒、驱动外筒的驱动电机、与外筒同轴地设于外筒内的内筒，所述内筒的顶部连接扭簧组件，其特征在于：所述扭簧组件上设有第一圆光栅角位移传感器，所述第一圆光栅角位移传感器的信号输出端连接第一信号转换电路的信号输入端，所述第一信号转换电路的信号输出端连接第一ADC模块的输入端，所述第一ADC模块的输出端连接单片机，所述单片机的信号输出端连接驱动电机的信号输入端。

在本实用新型提供的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计的一种较佳实施例中，所述驱动电机的转轴处还设有第二圆光栅角位移传感器，所述第二圆光栅角位移传感器的信号输出端连接第二信号转换电路的信号输入端，所述第二信号转换电路的信号输出端连接第二ADC模块的输入端，所述第二ADC模块的输出端连接单片机。

在本实用新型提供的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计的一种较佳实施例中，所述第一信号转换电路和第二信号转换电路均采用比较器LM339。

在本实用新型提供的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计的一种较佳实施例中，所述单片机采用AT89S51单片机。

在本实用新型提供的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计的一种较佳实施例中，所述单片机还分别通过VGA线和数据线连接有显示器和打印机。

在本实用新型提供的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计的一种较佳实施例中，所述外筒的顶部设有转筒，所述转筒可转动地设于机架，所述转筒的顶部连接由驱动电机驱动，所述内筒的顶部通过转轴贯穿外筒的顶部，所述转轴的顶部连接扭簧组件，所述扭簧组件的另一端固定连接机架，所述转轴与转筒之间设有轴承。

在本实用新型提供的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计的一种较佳实施例中，所述驱动电机通过蜗轮蜗杆减速机构驱动所述转筒，所述驱动电机固定于机架，蜗轮装配于所述外筒，蜗杆啮合传动所述蜗轮，所述蜗杆联接所述电机。

在本实用新型提供的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计的一种较佳实施例中，所述驱动电机采用PWM控制直流电机。

与现有技术相比，本实用新型提供的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计的有益效果是：

一、本实用新型操作方便、数显控制、检测精度高，通过第一圆光栅角位移传感器和第二圆光栅角位移传感器分别检测内筒偏转的角度和外筒的转速，通过单片机的处理直接得出检测的数据，数据由显示器直接显示，解决了传统刻度盘读数的偏差的问题，提高了检测精度；

二、所述驱动电机采用所述PWM控制直流电机，并由单片机进行控制，实现了驱动电机的无极变速。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本实用新型提供的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计的结构原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1，所述基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计1包括外筒11、驱动外筒的驱动电机12、与外筒同轴地设于外筒内的内筒13，所述内筒的顶部连接扭簧组件14。

具体地：所述外筒11的顶部设有转筒15，所述转筒15可转动地设于机架，所述转筒15的顶部连接由驱动电机12驱动，所述内筒13的顶部通过转轴16贯穿外筒11的顶部，所述转轴16的顶部连接扭簧组件14，所述扭簧组件14的另一端固定连接机架，所述转轴16与转筒15之间设有轴承17，检测时：通过驱动电机12驱动外筒11，外筒11旋转在被检测的流体的带动下带动内筒13。

优选地，所述驱动电机12通过蜗轮蜗杆减速机构驱动所述转筒15，所述驱动电机12固定于机架，蜗轮18装配于所述外筒11，蜗杆19啮合传动所述蜗轮18，所述蜗杆19联接所述驱动电机12，所述驱动电机12通过蜗轮蜗杆减速机构驱动所述转筒15，传动比固定，传动精确，防止现有采用皮带传动出现的皮带磨损、打滑造成的检测精度低的现象。

本实施例中，为了检测内筒13的偏转角度，所述扭簧组件14上设有第一圆光栅角位移传感器20，所述第一圆光栅角位移传感器20的信号输出端连接第一信号转换电路21的信号输入端，所述第一信号转换电路21的信号输出端连接第一ADC模块22的输入端，所述第一ADC模块22的输出端连接单片机23，所述单片机23的信号输出端连接驱动电机12的信号输入端。

本实施例中的圆光栅角位移传感器包括光栅(光栅光学组成)、光栅光学系统(形成莫尔条纹)、光电接收系统(由光敏元件组成，将莫尔条纹的光学信号转换成电信号)，本实施例中的光电接收系统采用的光敏元件是4个硅光电池；为了记录光栅上移过的条纹数目和判断光栅的移动方向，传感器中采用4极硅光电池来接收莫尔条纹信号，调整莫尔条纹的宽度使其正好与4个硅光电池的宽度系统，即可直接获得在相位上依次相差90°的4路信号，即进行4倍细分；用2个不同计数器分别记录上移和下移所形成的脉冲数，即可实现辨向。本实施例中的圆光栅角位移传感器为现有技术，具体结构原理再此不做过多介绍。

本实施例通过第一圆光栅角位移传感器20检测出内筒13的偏转角度，输出电信号，所述第一信号转换电路21将光敏元件输出的正弦电信号转换成方波信号，本实施例中的第一信号转换电路21采用比较器LM339，来自光栅的莫尔条纹照到光敏元件硅光电池上，所输出的电信号加到LM339的2个比较器的正输入端上，这2个比较器的负输入端分别预制一定的参考电压，该参考电压应使光栅输出的方波的高、低电平宽度一样，第一信号转换电路21输出的方波信号通过第一ADC模块(Analog to Digital Converter模拟数字转换器)22转换成数字信号，数字信号由单片机23采集、换算、处理。

进一步地，本实施例中的所述驱动电机12的转轴处还设有第二圆光栅角位移传感器24，所述第二圆光栅角位移传感器24的信号输出端连接第二信号转换电路25的信号输入端，所述第二信号转换电路25的信号输出端连接第二ADC模块26的输入端，所述第二ADC模块26的输出端连接单片机23，通过第二圆光栅角位移传感器24检测驱动电机12的转速，第二信号转换电路25将第二圆光栅角度位移传感器24输出的电信号转化为方波信号，第二ADC模块26将方波信号转化为数字信号，单片机23采集第二ADC模块26的数字信号并处理。本实施例中的第二圆光栅角度位移传感器24的信号处理与第一圆光栅角度位移传感器20的信号处理相同，再此不做赘述。

本实施例中的所述单片机23采用AT89S51单片机，AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

进一步地，本实施例中的所述单片机23还分别通过VGA线和数据线连接有显示器27和打印机28，所述显示器27显示单片机23的控制界面，所述打印机28可直接打印单片机换算生成的流变曲线(包括不同转速下的测试数据)，实现了自动描绘流变曲线，解决了传统需要自行描绘流变曲线的问题。

本实施例根据上述的流体流变曲线的数据分别推导出泥浆剪切应力τ与剪切速率D的关系曲线拟合公式：剪切速率D与粘度计转速n对应关系：D＝1.703×n；泥浆剪切应力τ与粘度计度数θ对应关系：τ＝0.511θ，根据剪切应力τ与剪切速率D的比值得出粘度，整个计算过程均由单片机23的计算模块处理完成，结果由显示器27显示。

优选地，本实施例中的所述驱动电机12采用PWM控制直流电机，通过单片机23的控制实现无极调速；PWM调速的原理：PWM(Pulse Width Modulation)控制——脉冲宽度调制技术通过改变"接通脉冲"的宽度，使直流电机电枢上的电压的"占空比"改变，从而改变电枢电压的平均值，控制电机的转速，PWM调速技术为现有技术，本实施例不做过多介绍。

具体调速时，当使用者设置某一转速后，驱动电机先以最高转速带动蜗轮蜗杆减速机构传动外筒以n2＝n1/i的速度旋转(n1为蜗杆的转速；n2为蜗轮的转速；i为传动比)，通过第二圆光栅角位移传感器测量出转速n1的大小，单片机将其处理换算为外筒的转速，该转速与设置转速进行比较，自动调节驱动电机的转速，使其与设置转速相符。

自动调速控制弥补了现有的六速旋转粘度计在速度控制方面的缺陷。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计，包括外筒、驱动外筒的驱动电机、与外筒同轴地设于外筒内的内筒，所述内筒的顶部连接扭簧组件，其特征在于：所述扭簧组件上设有第一圆光栅角位移传感器，所述第一圆光栅角位移传感器的信号输出端连接第一信号转换电路的信号输入端，所述第一信号转换电路的信号输出端连接第一ADC模块的输入端，所述第一ADC模块的输出端连接单片机，所述单片机的信号输出端连接驱动电机的信号输入端。

2.根据权利要求1所述的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计，其特征在于：所述驱动电机的转轴处还设有第二圆光栅角位移传感器，所述第二圆光栅角位移传感器的信号输出端连接第二信号转换电路的信号输入端，所述第二信号转换电路的信号输出端连接第二ADC模块的输入端，所述第二ADC模块的输出端连接单片机。

3.根据权利要求2所述的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计，其特征在于：所述第一信号转换电路和第二信号转换电路均采用比较器LM339。

4.根据权利要求2所述的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计，其特征在于：所述单片机采用AT89S51单片机。

5.根据权利要求4所述的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计，其特征在于：所述单片机还分别通过VGA线和数据线连接有显示器和打印机。

6.根据权利要求1所述的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计，其特征在于：所述外筒的顶部设有转筒，所述转筒可转动地设于机架，所述转筒的顶部连接由驱动电机驱动，所述内筒的顶部通过转轴贯穿外筒的顶部，所述转轴的顶部连接扭簧组件，所述扭簧组件的另一端固定连接机架，所述转轴与转筒之间设有轴承。

7.根据权利要求6所述的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计，其特征在于：所述驱动电机通过蜗轮蜗杆减速机构驱动所述转筒，所述驱动电机固定于机架，蜗轮装配于所述外筒，蜗杆啮合传动所述蜗轮，所述蜗杆联接所述驱动电机。

8.根据权利要求1～7任一所述的基于圆光栅角位移传感器的旋转粘度计，其特征在于：所述驱动电机采用PWM控制直流电机。

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