一种数字粘度计的设计

张锦鸿王士勇(.东北石油大学电气信息工程学院,黑龙江大庆 6338;.大庆石油管理局电力集团供电二公司,黑龙江大庆 637)



一种数字粘度计的设计

张锦鸿1王士勇2
(1.东北石油大学电气信息工程学院,黑龙江大庆 163318;2.大庆石油管理局电力集团供电二公司,黑龙江大庆 163711)

【摘 要】粘度是液体的重要物理性质和技术指标之一,粘度测量在许多工业部门和科学研究领域中都具有重要意义,它对生产环节的质量控制以及最终产品的性能评定起着极其重要的作用。尤其是在石油化工、冶金、医药、食品等行业中,对一些液体而言,只需测量它的粘度,就可以评价液体产品的质量和性能是否符合标准。

【关键词】粘度 旋转式粘度计 升降结构

1 引言

目前市面上存在的粘度计对于液体粘度的测量都无法保证准确的测量，忽略了部分因素的影响，导致液体粘度的测量出现可以避免的误差。大多数利用旋转法测粘度的粘度计，都只考虑了液体受圆柱侧面粘滞力的影响而忽略了两个底面粘滞力的影响，主要是因为底面粘滞力的影响因素比较多导致计算复杂，为了准确的测量出液体的粘度，对传统的粘度计在硬件设计上进行改进是十分有意义的，在硬件设计时考虑温度的影响，可采用温度传感器将液体的温度实时的传送到液晶显示出来，保证测量时液体的温度在规定的范围内时，才对液体的粘度进行测量，这样可以消除温度这一对粘度测量影响最大的因素。在控制温度和转速恒定的情况下，液体的粘度属性为一确定值，只要采集到两种不同高度的转筒在同一环境下测量时主电机消耗的电功率，通过计算公式就能得到液体的粘度。

2 系统模块设计

为了能够实现对液体粘度的准确测量，需要在硬件上对粘度计进行改进，来消除温度和底面粘滞力的影响，保证粘度计的准确测量。这里设计的旋转式数字粘度计，包括AT89S52单片机，霍尔元件测速电路、主电机转速控制电路、温度传感器DS18B20、D/A转换芯片DAC0832、A/D转换芯片ADC0809、电热丝加热电路、升降装置控制电路、LCD显示电路、USB接口，具体结构如图1所示。

图1 旋转式数字粘度计结构框图

图2

图3

3 粘度的测量

测量功率 p1， p2:

当电机位于液体上端时，测出电机功率 p1，如图1所示；当电机位于液体下端时，测出功率 p2，如图2所示。

其中 ω为直流电机转速； h1、 h2分别为内转筒位于上端、下端时底面距液面高度；1r， r2分别为内转筒和外圆筒半径。

即可计算出液体粘度 λ。

通过DS18B20温度传感器测量液体的实际温度，将采集到的温度信号传送到2号单片机AT89S52，利用霍尔元件对电机的转速进行测量，将信号传送到1号单片机AT89S52，1号单片机通过串口通信将采集到的信号传送给2号单片机，2号单片机对测量的液体的温度与设定值进行比较，同时控制升降装置，将采集到的主电机的数据经2号单片机处理后传送给1号单片机，1号单片机对数据进行处理后，将结果显示到液晶显示屏上，在液晶上同时显示液体的温度和转速。首先将转筒升高，等待转速稳定后，采集主电机电压电流数据，通过计算主电机消耗的电功率，并取几次的平均，消除偶然性误差。然后将通过升降装置将转筒下降到液体中，等待转速稳定后，采集主电机电压电流数据，计算得出消耗电功率值，并取几次平均，消除偶然误差。将两次测量的功率值代入公式，计算得出液体的粘度值。

4 结语

本系统采用升降式结构消除了底面粘滞力，测量的值更加准确，同时使用16位AD测量精度可达2‰。利用18B20测量温度，进行了温度补偿，使粘度值更加准确。该粘度计在消除底面粘滞力和温度的影响后对液体粘度的测量更加的准确，对于石油产业，能够保证油品的质量，对各行各业都有巨大的影响。该粘度计对于工业的发展和石油的高效利用具有重要的意义。

参考文献

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