ARM内核的旋转式黏度仪设计.pdf

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1、Alm内核的旋转式黏度仪设计谢侃．等ARM内核的旋转式黏度仪设计DeSignOftheROtaryViscometerwithARMastheKemel铆佤铍创敌豢晓碍(东华大学信息科学与技术学院。上海201620)摘耍：介绍了一种32位ARM内核的旋转式黏度仪系统设计方法，详细说明了仪器的测量原理和结构设计。仪器以ARM为核心，控制步进电动机的细分驱动，使之平稳运转，为单圆筒旋转式黏度计提供动力，同时。内置usB模块，进一步扩展了仪器功能。该仪器可测量范围在l—105N·s·m2之间。可满足工业上对常用液体黏度的测量要求。模拟调试和实

2、际使用表明，该仪器能够满足实际应用要求。关键词：黏度仪黏度测量步进电机usB模块ARM中图分类号：TH836文献标志码：AAh仃acI：Thede8i酽metIlodofthemtaryvi∞omeIer8ystemwit}ItlIe32．bitAI瑚舾tllekemelisp陀∞nted-tlIem嘲试ngpd舵ipleaIIdgtructuralde8i印oftlligi啦tnlmenta陀descdbediIIdetail．11le眦ppiIlg咖t盯isc∞呐UedbytIleARMforfi他-埘vet0get咖∞thope删

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5、陀ment．＆ywo咄：Vi∞os蚵Me嬲呲mentofvi枷8i哆steppiIlg啪盼USBmodtlleARM0引言黏度的测量与石油、化工及国防等领域的关系非常密切。黏度分析是工业过程控制、提高产品质量以及节约与开发能源的重要手段，在物理化学、医学业和钻井等领域发挥着重要作用。因此，黏度的测量必须具有准确性和实时性。黏度仪的类别很多，常用的有毛细管式、旋转式和振动式3种。旋转式黏度仪最常见，它广泛应用于测量油脂、油漆、涂料、塑料、食品、药物和胶粘剂等各种流体的动力黏度。由于传统的旋转式黏度仪是机械式的，对数据结果的记录和处理已经不

6、能满足某些科学研究领域，因此，数字式黏度仪的设计尤为重要。嵌入式技术具有智能化、专用化和实时反应的诸多优势，嵌入式黏度仪已成为未来工业黏度仪的发展方向。现在已经有单片机控制的黏度仪出现，此黏度仪能够在微机中处理数据并显示结果。但它们都是通过传统串行总线连接到Pc，很不方便。本文在原单片修改稿收到日期：20lO一∞一13。第一作者谢侃。男，1986年生。现为东华大学信息科学与技术学院捡潮技术与自动化蓉置专业在读硕士研完生；主要从事嵌入式系统开发与应用方面的研究。机控制的基础上。开发了基于ARM的带USB接口的旋转式黏度仪。1旋转黏度仪设计

7、原理1．1单圆筒旋转式黏度仪从旋转式黏度仪的结构上看，国内外目前常用的黏度仪可分为单圆筒旋转式黏度仪和双圆筒旋转式黏度仪⋯。单圆筒旋转式黏度仪只有一个圆筒旋转，其结构如图l所示。图l单圆筒旋转式黏度仪结构示意图Fig．1Sche陇Iticoftl他roIl町vi∞咄terwi山8inglecy“rlder将液体装于两个同轴安装的圆筒间隙中，内、外圆筒的半径分别为尺、r，内径的浸入深度为IIl。当内圆筒以角速度∞相对于外圆筒匀速旋转时，可测出内圆筒受到液体的扭矩肘。66．PRoC璐SAUToMATION矾ST砌珊皿NT^TIONVoL32

8、N仉5May加llA肼内核的旋转式黏度仪设计谢侃，等根据库尔特．马古尔斯(Couene．Marguies)公式可以计算出液体的黏度”】，即：田=志(嘉一号)×詈㈩田2丽I萨一7J×iL¨式中：叼为液体的动力黏度，N·s／m2；^为内圆筒侵入液体的高度，m；尺为内网筒的半径，m；r为外圆筒的内径，m；肘为内圆筒所受扭矩，N·m；∞为内圆筒的旋转角速度，rad／s。由式(1)可知，液体的动力黏度与扭矩M成正比，与内圆筒角速度∞成反比。因此，式(1)又可以表示为，7=／彬∞，其中厂2赤(幸一言)，称为流场系数，量纲为m一，它只与内、外圆筒的尺

9、寸有关，对于特定的黏度仪／可视为常数K。如果已知内圆筒的角速度∞，只要测量出内圆筒所受到的力矩肼，则由式(1)可以直接求出黏度田。双圆筒旋转式黏度仪也具有两个同轴放置的圆筒，只是双圆筒旋转式黏度仪的内、外两