一种用于毛细管法粘度测量单元的粘度测量方法

摘要

本发明公开了一种用于毛细管法粘度测量单元的粘度测量方法，针对不同的被测液体可自有选择正压推升或负压提升被测液实现测量。采用不锈钢铠装红外智能光电传感器，可根据所测液体的颜色智能调节检测光强，解决了不同透光度被测液体的检测不到或漏检问题,也提升了测量的分辨率。采用的隔离式USB转485广播通讯方式，支持热插拔，大幅提升连接可靠性。使用软件对单元编号的设计使得生产和维护非常简单。在液体提升阶段设置了免检时间，有效避免因残液导致的误动作，提升测量过程的可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于粘度测量方法领域，更具体的说涉及一种用于毛细管法粘度测量单元的粘度测量方法。

背景技术

毛细管法粘度测量单元是根据哈根泊肃叶流体物理原理，采用毛细管粘度管通过智能芯片控制的集软件、机、光、电一体化电路,测量和运算溶液和熔融液体的粘度及相关物理量的智能设备。配合以上位机软件,通过两对不锈钢铠装红外智能光电传感器组成的测量传感器，捕获一定体积液体流经毛细管粘度管的时间,进而获取运算不同行业所需的特性粘度及相关物理量的关键源头数据。广泛应用于聚酯、石化、高校科研、特种材料、油品等行业的关于极限粘数、特性粘数、聚合度、分子量、运动粘度、动力粘度等品质指标参数的离线检定和验收测试。毛细管法粘度测量单元包括含有固件程序的控制芯片，控制着包括通讯模块、电磁阀驱动电路、可调速气泵模块、光强检测模块、状态指示灯和非易失存储器等关键部件。

但是因为实验本身部件以及数据获取方式甚至计算方法的原因，使得实验有诸如特性粘度液体无法自由选择、不同透光度被测液体的检测不到或漏检等问题的出现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于毛细管法粘度测量单元的粘度测量方法。有效解决特性粘度液体无法自由选择、不同透光度被测液体的检测不到或漏检等问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种用于毛细管法粘度测量单元的粘度测量方法，包括以下步骤：

步骤一：上电，从非易失性存储器读取工作参数,检查格式初始化硬件资源，点亮指示灯，进入准备状态；

步骤二：依次从弱到强调整上部不锈钢铠装红外智能光电传感器的接收粗调放大倍数，使用二分法在每个粗调档位调整细调档位下的检测接收光强，直至其落入合格的检测区间，并判别一个时间段内的光强波动度小于设置的阈值视为正常状态并且进入步骤三，否则标定为错误状态并重复步骤二；

步骤三：遵循通讯规约，拥有固定编号的测量单元响应来自上位机的对应编号的广播命令，向上位机报告硬件连接状态为准备就绪，表明可以接收测量启动命令；

步骤四：根据用户设定的参数，上位机软件依次发出参数命令和任务启动命令，测量单元响应并检查其参数正确性，若参数合格则进入步骤五，否则重复步骤四；

步骤五：收到合格的参数和启动命令，测量单元进入测量过程，实时更新运行状态直至得到计时结果，由上位机获取后用于计算；

步骤六：在测量过程中响应用户发出的中止命令,结束当前的操作，关闭泵阀并更新状态，回到步骤一。

进一步的，上述步骤中执行按照上位机通讯命令和当前的硬件状态进行，其中所述上位机通讯命令通过用户选择的操作和系统分配给出，所述当前的硬件状态则根据测量单元根据通讯流程规定的步骤、算法和传感器传回的数据进行状态显示和更新。

进一步的，所述步骤五中，测量过程包括：

①提升被测液阶段，毛细管法粘度测量单元在准备阶段根据上位机发出参数帧和启动命令帧，不锈钢铠装红外智能光电传感器自动调光并判定光强稳定后，打开或关闭电磁阀，按参数要求的泵速正压推升或负压提升粘度管毛细管内液体，在免检时间后根据检光阈值检测液体通过上部不锈钢铠装红外智能光电传感器的时间，如果超过时间仍未到达触发则报告超时进入⑥超时出错处理；

②延续提升阶段，上部不锈钢铠装红外智能光电传感器触发之后按照设置的参数延时关闭气泵结束液体提升，并通过阀路锁定液体；

③锁定阶段，保持电磁阀状态使得液体液面稳定，重新自动调整上部不锈钢铠装红外智能光电传感器光强并待其稳定后打开相应电磁阀，使得液体自由下落；

④计时阶段，根据上部不锈钢铠装红外智能光电传感器光强的阈值等待液面经过时触发作为计时起点，立即切换到下部不锈钢铠装红外智能光电传感器自动调光，捕获下部不锈钢铠装红外智能光电传感器触发的时间作为计时终点，发布计时结果，由上位机通过命令获取，若计时超过限值仍未到达计时起点或终点则进入⑥超时出错处理；

⑤残液复位阶段，根据参数设置的时间，待液体继续下降，全部进入储液球整个测量任务完成,发布状态变化；

⑥超时出错状态，停止测量，关闭泵阀和不锈钢铠装红外智能光电传感器光强检测，刷新状态为待机准备。

采用上述技术方案，可以使毛细管法粘度测量单元驱动粘度管内液体按要求反复流经液位检测并获取流经时间，从而实现多种特性粘度和其它相关物理量的测量和运算。根据所测液体的颜色智能调节检测光强，解决了不同透光度被测液体的检测不到或漏检问题,也提升了测量的分辨率。

附图说明

图1为本发明一种用于毛细管法粘度测量单元的粘度测量方法的方法流程图；

图2为本发明一种用于毛细管法粘度测量单元的粘度测量方法的中的测量过程流程示意图；

图3为本发明一种用于毛细管法粘度测量单元的粘度测量方法的中的自动调光流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图所示的一种用于毛细管法粘度测量单元的粘度测量方法，包括以下步骤：

步骤一：上电，从非易失性存储器读取工作参数，,检查格式初始化硬件资源，点亮

指示灯，进入准备状态；

步骤二：依次从弱到强调整上部不锈钢铠装红外智能光电传感器的接收粗调放大倍数，使用二分法在每个粗调档位调整细调档位下的检测接收光强，直至其落入合格的检测区间，并判别一个时间段内的光强波动度小于设置的阈值视为正常状态并且进入步骤三，否则标定为错误状态并重复步骤二；

步骤三：遵循通讯规约，拥有固定编号的测量单元响应来自上位机的对应编号的广播命令，向上位机报告硬件连接状态为准备就绪，表明可以接收测量启动命令；

步骤四：根据用户设定的参数，上位机软件依次发出参数命令和任务启动命令，测量单元响应并检查其参数正确性，若参数合格则进入步骤五，否则重复步骤四；

步骤五：收到合格的参数和启动命令，测量单元进入测量过程，实时更新运行状态直至得到计时结果，由上位机获取后用于计算；

步骤六：在测量过程中响应用户发出的中止命令,结束当前的操作，关闭泵阀并更新状态，回到步骤一。

进一步的，上述步骤中执行按照上位机通讯命令和当前的硬件状态进行，其中所述上位机通讯命令通过用户选择的操作和系统分配给出，所述当前的硬件状态则根据测量单元根据通讯流程规定的步骤、算法和传感器传回的数据进行状态显示和更新。

进一步的，所述步骤五中，测量过程包括：

①提升被测液阶段，毛细管法粘度测量单元在准备阶段根据上位机发出参数帧和启动命令帧，不锈钢铠装红外智能光电传感器自动调光并判定光强稳定后，打开或关闭电磁阀，按参数要求的泵速正压推升或负压提升粘度管毛细管内液体，在免检时间后根据检光阈值检测液体通过上部不锈钢铠装红外智能光电传感器的时间，如果超过时间仍未到达触发则报告超时进入⑥超时出错处理；

②延续提升阶段，上部不锈钢铠装红外智能光电传感器触发之后按照设置的参数延时关闭气泵结束液体提升，并通过阀路锁定液体；

③锁定阶段，保持电磁阀状态使得液体液面稳定，重新自动调整上部不锈钢铠装红外智能光电传感器光强并待其稳定后打开相应电磁阀，使得液体自由下落；

④计时阶段，根据上部不锈钢铠装红外智能光电传感器光强的阈值等待液面经过时触发作为计时起点，立即切换到下部不锈钢铠装红外智能光电传感器自动调光，捕获下部不锈钢铠装红外智能光电传感器触发的时间作为计时终点，发布计时结果，由上位机通过命令获取，若计时超过限值仍未到达计时起点或终点则进入⑥超时出错处理；

⑤残液复位阶段，根据参数设置的时间，待液体继续下降，全部进入储液球整个测量任务完成,发布状态变化；

⑥超时出错状态，停止测量，关闭泵阀和不锈钢铠装红外智能光电传感器光强检测，刷新状态为待机准备。

前述的步骤二中，粘度测量单元在不同时刻根据需要监视上部、下部不锈钢铠装红外智能光电传感器中的一路,提升被测液阶段时检测上部不锈钢铠装红外智能光电传感器；计时阶段前检测上部不锈钢铠装红外智能光电传感器，计时阶段开始后检测下部不锈钢铠装红外智能光电传感器。记录下每0.5毫秒的光强值，求出不同周期下的平均光强作为判据。

并且自动调光的过程包括:

a.将粗调放大倍数置于最弱档，监视平均光强的值是否进入判定阈值内，如超出则说明光强过强无法调光，进入出错流程；如落入阈值则进入d。

b.如低于阈值则加大细调档位使用二分法继续调光，四次之后仍无法进入阈值，加升粗调档位仍按a的方法继续调光。

c.如粗调达到强档仍无法达成调光，说明光强过弱无法调光，进入出错流程。

d.监视稍长周期内的光强波动度小于阈值规定则判定调光完成。

并且依照以下的检光原则：

A.记录判光稳定的光值,计算求得一个触发下限和一个触发上限。

B.监视当前光强一旦触及上下限阈值的任何一个，记录时间点，持续检测一段时间内的光值，超过设定的持续时间内一直处于界限外则确认触发。

C.如触发持续时间未达到设定时间即恢复到触发阈值内,则重新转b继续判断。

并且本发明采用的通讯方式为隔离式USB转485广播通讯方式，其特点包括：

1)连接后在上位机被虚拟为一个串口设备，上位机以RS232通讯串口方式向连接在总线上的所有测量单元发布广播信息，根据命令中的访问编号设定，由对应的单元响应，实现命令的定向传送。

2)发布在通讯总线上的信息为光电隔离的RS485信号，具有很强的抗干扰能力，通讯距离超长使得测量单元可以分散安装在不同房间。

3)通讯主机采用标准USB接口与上位机连接，可随时热插拔无需重启即可使用。

4)测量单元与通讯主机采用标准USB连线连接,即插即用。

所述的测量过程中，提升被测液的方法可根据使用者样品属性，如挥发性、提升过程中产生气泡的程度、粘度值大小、腐蚀性等来选择压力推升或负压提升，可以保证试验数据的精度及试验的正常开展。

每次计时测量完成后的残液经常导致其后的提升过程产生喷柱导致的上部不锈钢铠装红外智能光电传感器误检，特别地在一个较短的时间内抑制上部不锈钢铠装红外智能光电传感器检测，提高因误判带来的可靠性下降，本发明在液体提升阶段设置了免检时间，有效避免因残液导致的误动作。

测量电路采用的高工作频率和高精度时间基准发生器，确保不同测量单元之间对相同粘度管的测量结果的高度一致，贴合实现粘度的绝对测量的要求。并具有高分辨率的计时精度，可实现1.000秒到999.999秒的宽范围内的计时精度，大大高于毛细管法粘度测量标准规定的计时精度要求。

由于被测液体包含高挥发性的液体，其挥发的气体对提升液体的气泵的寿命构成威胁，采用常闭电磁阀阻断其进入气泵的通道，有效提升气泵使用寿命。另采用常开电磁阀保证残留在测量管内在关机或停止后能自由地回流到储液管内，实现再次测量和操作。

本发明针对不同的被测液体可自有选择正压推升或负压提升被测液实现测量。采用不锈钢铠装红外智能光电传感器，可根据所测液体的颜色智能调节检测光强，解决了不同透光度被测液体的检测不到或漏检问题,也提升了测量的分辨率。采用的隔离式USB转485广播通讯方式，支持热插拔，大幅提升连接可靠性。使用软件对单元编号的设计使得生产和维护非常简单。在液体提升阶段设置了免检时间，有效避免因残液导致的误动作，提升测量过程的可靠性。并且计时精度为毫秒级，准确度达到10ppm级，保证了设备的测量精度。采用不同工作方式的气泵保护阀和放空阀组合，在单元正常停止工作或测量过程中出现故障时，即可阻断挥发性样品进入设备控制部件，影响设备的稳定性，同时可利用样品重力使粘度管内液体复位到储液球内，便于后续测量及操作。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。