基于电磁感应的液体粘度测量方法研究

摘要

粘度是表征流体性质的一个重要物理量,是液体的重要物理性质和技术指标之一。目前,在工业上的许多领域中都需要进行液体粘度的测量。因此,液体粘度的测量具有十分重要的意义。虽然国内外目前有许多粘度测量方法,但是其在线测量与抗干扰能力都不甚理想。
　　 论文基于电磁感应原理,采用了一种新型的液体粘度测量方法-基于电磁感应的液体粘度测量方法。其基本原理是利用两个电磁线圈交替通电来控制柱状永磁铁活塞在两个电磁线圈之间做往复运动,活塞周围充满被测液体,活塞的运动就会受到液体粘性阻力的影响,测量活塞往复运动的时间,便可根据液体的粘度与活塞往复运动时间之间的关系计算出被测液体的粘度。
　　 论文对液体粘度相关知识以及测量方案中需要用到的相关原理进行了大量的理论分析。基于以上原理和相关理论基础,设计了一套基于电磁感应的液体粘度测量系统,并搭建了测量系统实验平台。然后,针对测量系统推导出了被测液体粘度与活塞往复运动时间之间的数学模型。
　　 利用测量系统实验平台,对基于电磁感应的液体粘度测量方案进行了可行性验证实验。首先,对测量系统进行了调试实验,并通过测量系统标定实验对被测液体粘度与活塞往复运动时间之间的数学模型进行了标定。然后,进行了测量系统重复性测量实验、测量误差分析、系统稳定性测量实验和系统线性度分析等。
　　 实验结果为:测量系统重复性最大偏差大约为1 mPa·s,稳定性最大偏差为0.6831 mPa·s,最大非线性误差为0.007474 mPa·s。
　　 实验结果表明,测得的数据与液体粘度具有良好的相关性,反映了液体的粘度,并且测量系统具有良好的重复性和稳定性以及极高的线性度。
　　 通过以上各方面的工作,完成了对基于电磁感应的液体粘度测量方案的可行性验证实验,实验结果属于在测量方案探索阶段的正常范围内,为液体粘度测量提供了一种新方法。
　　 测量系统结构简单,易于实现,由一对电磁线圈控制磁性活塞在液体中往复运动,通过测量活塞的运动时间来获取液体粘度。其整个系统没有任何附加的传感器,完全利用电磁感应原理来产生驱动信号和检测感应电压信号的反馈,具有抗干扰能力强,适合于现场环境下的在线测量等优点。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 粘度测量的意义

1.2 液体粘度测量现状

1.2.1 液体粘度测量的传统方法

1.2.2 液体粘度测量的新方法

1.2.3 国内外研究动态

1.3 课题来源和意义

1.4 论文主要工作

第2章 基于电磁感应的液体粘度测量方案设计

2.1 液体粘度概述

2.2 基于电磁感应的液体粘度测量方案设计

2.2.1 基于电磁感应的液体粘度测量原理

2.2.2 基于电磁感应的液体粘度测量方案主要工作

第3章 基于电磁感应的液体粘度测量理论分析

3.1 传统粘度测量方法理论分析

3.1.1 毛细管法

3.1.2 旋转法

3.2 基于电磁感应的粘度测量方法理论分析

3.2.1 活赛液体中受力分析

3.2.2 电磁线圈驱动力分析

3.2.3 粘度与运动时间关系分析

第4章 基于电磁感应的液体粘度测量系统设计

4.1 信号产生电路设计

4.1.1 方波产生电路方案选择

4.1.2 单片机最小系统

4.1.3 方波产生电路设计

4.2 感应信号检测处理电路设计

4.3 串口通信设计

4.3.1 串口通信简介

4.3.2 串口电路设计

4.4 机械机构部分设计

4.4.1 内外套筒设计

4.4.2 侧盖设计

4.4.3 探头总体结构

4.5 软件程序设计

4.5.1 单片机程序设计

4.5.2 上位机程序设计

第5章 测量系统可行性验证实验

5.1 系统实验装置

5.2 系统实验与分析

5.2.1 活塞固定周期运动实验

5.2.2 活塞实时运动实验

5.2.3 系统标定实验

5.2.4 系统重复性测量实验

5.2.5 测量误差分析

5.2.6 系统稳定性测量实验

5.2.7 系统线性度分析

5.3 系统实验总结

第6章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢