基于dsp及cpld技术的超声波粘度测量系统的设计课件

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1、基于DSP及CPLD技术的超声波粘度测量系统的设计答辩人：导师：第1章绪论1.1选题的目的和意义流体粘度测量在石油、化工、纺织、国防、食品、医药等诸多行业应用极为广泛，通过对国内粘度测量技术设备现状的初步了解，发现国内所采用的粘度测量技术设备与国外同类产品相比技术上存在较大差距，测量方法落后，自动化程度不高，测量范围有限，严重影响了测量效率和测量精度。国内一些计量仪器研究机构虽然在该领域进行了一定程度的技术改造，使一些粘度测量仪器部分实现了自动化，但研发成本较高且二次开发灵活性不足，无法满足不同环境下的对不同流体样本测量要求。相比之下，国外的流体粘度技术较为成熟，同时提出了不

2、同于传统测量方法的新的粘度测量理论，并利用其技术优势将其转化为产品。对国内中小企业来说，引进国外粘度测量设备虽然能够实现粘度测量的自动化，提高精度和效率，但是进口设备不但技术保密而且价格高昂，不但无法对现有的设备加以有效利用，也不能了解其关键技术为我所用。因此，在基于原有粘度测量设备的基础上利用新技术进行技术改造，开发一种测量精度高、全自动、低成本、测量范围广的新型粘度系统具有较大的实际意义。21.2国内外粘度测量技术的发展现状和趋势振动波测量法是通过对被测样本中传导振动波的波形分析，推导出样本粘度值。在该领域英国和日本技术处于世界前列。英国Hyrdramotion利用振动波

3、衰减法研制出V700型粘度计，它的传感器末端是一个振动锤，产生标准频率的振动。振动时，传感器可移动的部分剪切被测样本，由于样本粘度不同，产生对该部分的剪切力度也不同，从而损耗不同的能量，根据振动损耗的能量被传感电路测定并显示在微处理器的显示屏上，从这个能量损耗上就可以得出液体的粘度值。振动式粘度计结构图1.2.1国外粘度测量技术的发展现状国外近期在粘度测量方面主要采用振动波测量法、陀螺旋转测量法和毛细管测量法三种方法。3陀螺旋转测量法是利用旋转液体对陀螺的剪切力矩与陀螺反向力矩平衡的原理来测定液体粘度。近期，美国基尼弗尼亚大学的Smith设计了基于Labview平台虚拟仪器的

4、新型粘度计。陀螺锥板型粘度计结构图该粘度计具有独立陀螺锥板转子结构。当电机转动时，使得转盘随之旋转，同时使容器内的液体以及液体上部的锥板转子也随之转动。当转盘突然停止转动时，由于惯性的作用，液体和转子要继续旋转，由于受到液体的剪切粘滞力作用，角速度将逐渐减小。在计算机的控制下，数据采集模块通过光电元件实时监测转子的角速度，非接触地测量转子角速度随时间变化的函数，微分求解出角加速度及通过数学运算求得液体粘度值。4毛细管测量法是根据毛细管运动粘度测量原理对液体实现粘度测量。该领域最具代表性的是德国Schott公司开发的自动动粘度测定仪AVS370。该粘度仪以毛细管法为理论基础测量

5、液体粘度，其测量精度是现今运动粘度测量仪器中较高的，准确度可低于0.1%之误差。同时采用opto-electronic(光电感应)及TC(热感应技术)，从澄清的液体到完全不透明的样品均可测量。该方法优点是对牛顿流体运动粘度测量效果较好，AVS370型毛细管式粘度计51.2.2国内粘度测量技术的发展现状目前国内对液体粘度的测量常用的方法：旋转法、毛细管法和落球法。1.2.2.1旋转法旋转法是利用旋转体对液体的剪切力矩与液体粘滞力矩平衡的原理来测定粘度值。同步电机以一定的角速度匀速旋转，电机连接刻度盘，再通过游丝和转轴带动转子旋转；当转子未受到液体的粘滞阻力时，游丝指针与刻度盘同

6、速旋转，指针指向刻度盘上的零位置；当转子受到液体的粘滞阻力，则游丝产生扭矩，与液体的粘滞阻力相抗衡，最后达到平衡。此时与游丝连接的指针在刻度盘上指示出游丝的扭转角，将此扭转角经过一定的数学运算后，求得液体的粘度值。优点是精度高、使用范围较宽。圆盘式旋转粘度计结构图缺点是只能测定聚合物动态粘度，不能表征静态粘度，特别是对某些共混聚合物的测定，可能破坏共混状态而不宜使用。61.2.2.2毛细管法毛细管法是根据一定体积的液体流经固定直径的毛细管所需时间来测定其粘度值，通常适于10-3～10-2m2/s之间的低粘度进行运动粘度测量。毛细管法测定液体粘度的理论基础是Poiseulle定

7、律，公式如下：r—毛细管半径；L—毛细管长度；t—液体流经毛细管的时间；Vt—t时间内液体所流过的体积；p1、p2—流体单元所受的压力；粘度流体在管中流动所受阻力及速度的分布图水平毛细管粘度计示意图优点是测量范围广，从粘度为10-4Pa·S到105Pa·S的流体都可测定。缺点是操作繁琐，主观性误差导致测量精度降低，不适合在快速检测。71.2.2.3落球法常温下，对于半径为r、密度为rs的光滑小球在密度为rL的有限量液体中匀速沉降时，必须考虑容器半径R与高度h的影响。对于半径为r的小球,常用修正式计算粘度