CN215640723U - 一种基于labview和CCD的液体黏度测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于Labview与CCD的液体黏度测量仪，包括液体待测单元、探测单元、用于连接的数据线和PC机上位机程序单元；液体待测单元包括玻璃筒、待测液体和小球；所述玻璃筒上设有上线和下线且内装有所述待测液体，探测单元由包括两个CCD摄像头和铁架台，两个CCD摄像头分别与所述玻璃筒的上线、下线处在同一水平位置；CCD摄像头的图像信号输出端与所述PC机上位机程序单元的图像信号输入端连接；PC机上位机程序单元包含参数输入模块、计时模块、数据处理模块。本实用新型设计了一种根据实验参数自动计算液体黏度和误差软件；减少实验数据处理时间，提高实验课堂效率。

Description

一种基于labview和CCD的液体黏度测量仪

技术领域

本实用新型涉及教学用具技术领域，具体为一种适用于教学的液体黏度测量仪。

背景技术

黏度是液体的一种特性。在大学物理实验中，常用落球法测量液体的黏度。

测量液体的黏度时，实验者的计时工具一般为停表。先将待测液体装入玻璃筒中，玻璃筒外壁刻有两跟水平刻度线：上线和下线。实验者用镊子将小球放入筒内液体中，小球因受重力在液体中下落。当小球运动至与上线所示位置时，开始计时；当小球运动到下线位置时，停止计时。在计时过程中，实验者眼睛要紧盯小球，手握计时器。为方便测量，实验者只能蹲着，头部甚至整个身体都要随小球一起向下运动。为减小误差，实验者要反复测量小球下落时间，这种操作常让实验者眼睛疼痛，腿部酸麻，精神紧张。

另还有一种光电门测计时法：当小球落至上线位置时，光电门开始计时，小球落至下线位置时，停止计时。此方法优点：反应灵敏 抗干扰能力高；缺点：所用小球只能用直径较大小球（一般为3mm），否则当小球直径小于对射光束直径是，小球无法无法完全遮挡住对射光束，光电门不能实现计时功能，导致实验失败。

本实验还要计算大量实验数据，如内筒直径D和不确定度ΔD、小球直径d和不确定度Δd、上线与线下距离l和不确定度Δl、筒中液体深度h和不确定度Δh。黏度系数和不确定度，数据处理费事费力。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型本发明提供一种基于labview和CCD的探测液体黏度装置。

为实现上述实用新型的目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于Labview与CCD的液体黏度测量仪，包括液体待测单元、探测单元、用于连接的数据线和PC机上位机程序单元；

液体待测单元包括玻璃筒、待测液体和小球；玻璃筒上设有上线和下线且内装有所述待测液体，

探测单元由包括两个CCD摄像头和铁架台，两个CCD摄像头分别与所述玻璃筒的上线、下线处在同一水平位置；CCD 摄像头的图像信号输出端与所述PC机上位机程序单元的图像信号输入端连接；

PC机上位机程序单元包含参数输入模块、计时模块、数据处理模块；PC机上位机上设有控制区、计时区、参数输入区、时间参数输入区、数据输出区和视频监控区。

进一步地，上述控制区含两个视频信号选择控件和两个停止按钮，实现对两摄像头的控制。

进一步地，上述计时区包含开始按钮、暂停按钮、复位按钮、停止按钮和计时显示控件。

进一步地，上述参数输入区包含液体密度值输送控件、小球密度值输入控件、重力加速度输入控件、小球直径输入控件、小球直径不确定度输入控件、圆筒直径输入控件、圆筒直径不确定度输入控件、液体深度输入控件和液体深度不确定度输入控件。

进一步地，上述时间输入区包括小球的不同下落时间输入控件、平均下落时间显示控件和小球下落时间不确定度显示控件。

进一步地，上述数据处理区包括液体黏度值显示控件、黏度误差显示控件和相对误差显示控件。

进一步地，上述视频监控区为上线监视区和下线监视区，所述上线监视区显示物体在靠近上线附近时的运动状态，所述下线监视区显示物体在靠近下线时的运动状态。

本实用新型与现有技术相比，具备以下有益效果：

1、观察小球下落和计时时，实验者不用蹲着身体，紧盯小球，头部和身体伴随小球一起向下运动；

2、可通过CCD摄像头跟踪小球的运动状态；

3、可实现鼠标计时，不用手机和停表计时；

4、计算处理测量物理量平均值和不确定度；

5、设计了一种根据实验参数自动计算液体黏度和误差软件；

6、减少实验数据处理时间，提高实验课堂效率。

附图说明

图1 为本实用新型的黏度测量仪结构示意图；

图2 为本实用新型的黏度测量仪点击实验操作选项卡后弹出的PC机上位机实验操作界面示意图；

图3 为本实用新型的黏度测量仪控制结构原理图；

图4 为本实用新型的黏度测量仪点击实验参数计算选项卡后弹出的界面示意图；

图5 为本实用新型的黏度测量仪的上位机视频控制区示意图；

图6 为本实用新型的黏度测量仪的上位机计时区示意图；

图7 为本实用新型的黏度测量仪的输入区示意图；

图8 为本实用新型的黏度测量仪的时间输入区示意图；

图9 为本实用新型的黏度测量仪的数据处理区示意图。

图中：11-小球；12- 玻璃筒；13-上线；14-下线；21-铁架台；22-摄像头一，23-摄像头二；30-PC机上位机。

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型一种基于Labview与CCD的液体黏度测量仪，具有玻璃筒、待测液体、小球、CCD、数据线和PC机上位机程序单元。CCD用于监测小球在筒中液体下落运动状态。系统工作时，CCD将探测到的视频信号通过串口传至电脑，然后显示在电脑上位机相应的监控区域。实验时，实验者不用直接紧盯在圆筒液体中下落的小球，通过电脑中上位机两个监控区则可观测小球的运动状态。

PC上位机有两个选项卡：实验操作选项卡和实验参数计算选项卡。点击实验操作选项卡，会弹出实验操作界面；点击实验参数计算选项卡，则弹出实验参数计算处理界面。

如图2所示，点击实验操作选项卡时，弹出PC上位机实验操作界面。包括控制区、计时区、参数输入区、时间输入区和、数据处理区、上线监视区和下线监视区。控制区包含两个视频选择控件和两个停止按钮；计时区包含开始按钮、暂停按钮、复位按钮、停止按钮和计时显示控件。参数输入区包含液体密度值输送控件、小球密度值输入控件、重力加速度输入控件、小球直径输入控件、小球直径不确定度输入控件、圆筒直径输入控件、圆筒直径不确定度输入控件、液体深度输入控件和液体深度不确定度输入控件。时间输入区包括小球的6个不同下落时间输入控件、平均下落时间显示控件和小球下落时间不确定度显示控件。数据处理区包括液体黏度值显示控件、黏度误差显示控件和相对误差显示控件。上线监视区显示物体在靠近上线附近时的运动状态，下线监视区显示物体在靠近下线时的运动状态。

如图3所示，图3为系统控制结构的原理框图。

如图4所示，图4为点击PC上位机实验参数计算选项卡后弹出的界面。向该界面相应输入控件输入测量的物理量后，软件自动计算出物理量的平均值和相应的不确定度，即：D、d、l、h、ΔD、Δd、Δl、Δh。D1-D6为6个圆筒内径的6个输入控件，将6次测量圆筒径数据输入至D1-D6后，显示控件D和显示控件ΔD自动输出圆筒内径平均值和不确定度。同样d1-d6为小球直径输入控件，d和Δd为小球直径平均值和不确定度显示控件；l1-l6为上线到下线距离输入控件，l和Δl为上线和下线距离平均值和不确定度显示控件；h1-h6为液体深度输入控件，h和Δh为液体深度平均值和不确定度显示控件。

如图5所示，实验操作界面PC上位机的控制区有两个视频选择按钮和两个停止按钮，点击视频信号1和视频信号2按钮，则会出现下拉列表。从各下拉列表可选择所需摄像头，相应监控区显示视频信号。点击停止按钮，则关闭相应的摄像头。

如图6所示，计时区有4个按钮和1个时间显示控件。当从视频监控区1中看到下落小球运动至上线所示位置时，点击“开始”按钮，计时开始，计时显示控件不断输出并更新运动时间；当从视频监控区2中看到小球运动至下线所示位置时，点击“暂停”按钮，计时停止，计时显示控件输出的时间为小球从上线运动至下线的时间。点击“复位”按钮时，计时显示控件数值清零。点击“停止”按钮，计时区停止工作。

如图7所示，参数输入区共有11个参数输入控件，分别为液体密度输入控件P0、小球密度输入控件P，重力加速度输入控件g，小球直径输入控件d、小球直径不确定度输入控件Δd、圆筒直径输入控件D、圆筒直径不确定度输入控件ΔD、上线与下线距离输入控件l、上下线距离不确定度输入控件Δl、液体深度输入控件h和液体深度不确定度输入控件Δh。这11个参数是计算液体黏度的重要参数。在计算液体黏度时，要向图7所示界面输入P、P0、g、D、d、l、h、ΔD、Δd、Δl、Δh等参数。

如图8所示，时间输入区共有6个时间输入(t1-t6)控件，1个平均时间显示控件t，一个时间不确定度显示控件Δt。让小球从液体中下落6次，将小球每次从上线运动至下线的时间分别填入6个下落时间输入控件中（t1-t6），系统自动计算出平均下落时间，下落时间显示控件t输出下落时间平均值，显示控件Δt输出时间不确定度。

如图9所示，当输入参数P、P0、g、D、d、l、h、ΔD、Δd、Δl、Δh，数据处理区中的液体黏度系数显示控件输出液体黏度值，黏度误差显示控件输出黏度的误差，相对误差显示控件输出相对不确定度值，实现数据处理自动化。

Claims (7)

1.一种基于Labview与CCD的液体黏度测量仪，其特征在于，包括液体待测单元、探测单元、用于连接的数据线和PC机上位机程序单元；

所述液体待测单元包括玻璃筒、待测液体和小球；所述玻璃筒上设有上线和下线且内装有所述待测液体，

所述探测单元由包括两个CCD摄像头和铁架台，

所述两个CCD摄像头分别与所述玻璃筒的上线、下线处在同一水平位置；

所述 CCD 摄像头的图像信号输出端与所述PC机上位机程序单元的图像信号输入端连接；

所述PC机上位机程序单元包含参数输入模块、计时模块、数据处理模块；

PC机上位机上设有控制区、计时区、参数输入区、时间参数输入区、数据输出区和视频监控区。

2.如权利要求1所述的液体黏度测量仪，其特征在于，所述控制区含两个视频信号选择控件和两个停止按钮，实现对两摄像头的控制。

3.如权利要求1所述的液体黏度测量仪，其特征在于，所述计时区包含开始按钮、暂停按钮、复位按钮、停止按钮和计时显示控件。

4.如权利要求1所述的液体黏度测量仪，其特征在于，所述参数输入区包含液体密度值输送控件、小球密度值输入控件、重力加速度输入控件、小球直径输入控件、小球直径不确定度输入控件、圆筒直径输入控件、圆筒直径不确定度输入控件、液体深度输入控件和液体深度不确定度输入控件。

5.如权利要求1所述的液体黏度测量仪，其特征在于，所述时间输入区包括小球的不同下落时间输入控件、平均下落时间显示控件和小球下落时间不确定度显示控件。

6.如权利要求1所述的液体黏度测量仪，其特征在于，所述数据处理区包括液体黏度值显示控件、黏度误差显示控件和相对误差显示控件。

7.如权利要求1所述的液体黏度测量仪，其特征在于，所述视频监控区为上线监视区和下线监视区，所述上线监视区显示物体在靠近上线附近时的运动状态，所述下线监视区显示物体在靠近下线时的运动状态。

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