一種數字粘度計的設計

張錦鴻王士勇(.東北石油大學電氣信息工程學院,黑龍江大慶 6338;.大慶石油管理局電力集團供電二公司,黑龍江大慶 637)

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一種數字粘度計的設計

張錦鴻1王士勇2
(1.東北石油大學電氣信息工程學院,黑龍江大慶 163318;2.大慶石油管理局電力集團供電二公司,黑龍江大慶 163711)

【摘 要】粘度是液體的重要物理性質和技術指標之一,粘度測量在許多工業部門和科學研究領域中都具有重要意義,它對生產環節的質量控制以及最終產品的性能評定起著極其重要的作用。尤其是在石油化工、冶金、醫藥、食品等行業中,對一些液體而言,只需測量它的粘度,就可以評價液體產品的質量和性能是否符合標準。

【關鍵詞】粘度 旋轉式粘度計 升降結構

1 引言

目前市面上存在的粘度計對于液體粘度的測量都無法保證準確的測量，忽略了部分因素的影響，導致液體粘度的測量出現可以避免的誤差。大多數利用旋轉法測粘度的粘度計，都只考慮了液體受圓柱側面粘滯力的影響而忽略了兩個底面粘滯力的影響，主要是因為底面粘滯力的影響因素比較多導致計算復雜，為了準確的測量出液體的粘度，對傳統的粘度計在硬件設計上進行改進是十分有意義的，在硬件設計時考慮溫度的影響，可采用溫度傳感器將液體的溫度實時的傳送到液晶顯示出來，保證測量時液體的溫度在規定的范圍內時，才對液體的粘度進行測量，這樣可以消除溫度這一對粘度測量影響最大的因素。在控制溫度和轉速恒定的情況下，液體的粘度屬性為一確定值，只要采集到兩種不同高度的轉筒在同一環境下測量時主電機消耗的電功率，通過計算公式就能得到液體的粘度。

2 系統模塊設計

為了能夠實現對液體粘度的準確測量，需要在硬件上對粘度計進行改進，來消除溫度和底面粘滯力的影響，保證粘度計的準確測量。這里設計的旋轉式數字粘度計，包括AT89S52單片機，霍爾元件測速電路、主電機轉速控制電路、溫度傳感器DS18B20、D/A轉換芯片DAC0832、A/D轉換芯片ADC0809、電熱絲加熱電路、升降裝置控制電路、LCD顯示電路、USB接口，具體結構如圖1所示。

圖1 旋轉式數字粘度計結構框圖

圖2

圖3

3 粘度的測量

測量功率 p1， p2:

當電機位于液體上端時，測出電機功率 p1，如圖1所示；當電機位于液體下端時，測出功率 p2，如圖2所示。

其中 ω為直流電機轉速； h1、 h2分別為內轉筒位于上端、下端時底面距液面高度；1r， r2分別為內轉筒和外圓筒半徑。

即可計算出液體粘度 λ。

通過DS18B20溫度傳感器測量液體的實際溫度，將采集到的溫度信號傳送到2號單片機AT89S52，利用霍爾元件對電機的轉速進行測量，將信號傳送到1號單片機AT89S52，1號單片機通過串口通信將采集到的信號傳送給2號單片機，2號單片機對測量的液體的溫度與設定值進行比較，同時控制升降裝置，將采集到的主電機的數據經2號單片機處理后傳送給1號單片機，1號單片機對數據進行處理后，將結果顯示到液晶顯示屏上，在液晶上同時顯示液體的溫度和轉速。首先將轉筒升高，等待轉速穩定后，采集主電機電壓電流數據，通過計算主電機消耗的電功率，并取幾次的平均，消除偶然性誤差。然后將通過升降裝置將轉筒下降到液體中，等待轉速穩定后，采集主電機電壓電流數據，計算得出消耗電功率值，并取幾次平均，消除偶然誤差。將兩次測量的功率值代入公式，計算得出液體的粘度值。

4 結語

本系統采用升降式結構消除了底面粘滯力，測量的值更加準確，同時使用16位AD測量精度可達2‰。利用18B20測量溫度，進行了溫度補償，使粘度值更加準確。該粘度計在消除底面粘滯力和溫度的影響后對液體粘度的測量更加的準確，對于石油產業，能夠保證油品的質量，對各行各業都有巨大的影響。該粘度計對于工業的發展和石油的高效利用具有重要的意義。

參考文獻

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