基于单片机的新型的在线粘度测量方法的研究

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1、桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸基于单片机的新型在线粘度测量方法的研究童刚和唐韦毅刘磊中国山东省青岛科技大学中国辽宁省沈阳东北大学自动化与电子工程学院机械工程及其自动化学院kuersike@163.comsnoopy@163.com摘要离线粘性测量破坏了实时性和精度而温度的变化对电桥电路的输出造成较大的影响。本文提出了一种基于AT89C55WD单片机的改进方法，这种方法实现了用于测量流体粘度的在线信号的采集和多种信号的数据处理。传感器的配置是经过多次测试和误差分析及桥电路的再改进得出的独立设计。由于在DS18B20-PAR芯片的基础上进行了温度测量

2、和在反向传播（BP）神经网络算法的基础上采用温度补偿，因此粘度传感器在测量中的输出信号将是一个单值函数，其温度的影响已大大消除。此外，采用多传感器卡尔曼滤波技术和软件容错技术以及分区非线性补偿使传感器之间的交叉干扰大大削弱。关键字：在线粘度测量，单片机，AT89C55WD，BP算法，温度补偿1、引言为了了解物体的性质或者液体的流动性，粘度测量是一种有效的方法。这种方法不必说在石化行业中，甚至在更广泛的食品，印刷，医疗药品，化妆品行业以及在生产过程中的质量控制或在为提高质量和性能的各种研究和发展阶段中一直扮演着重要角色。最近，随着聚合物驱采油技术被广泛应用于

3、石油开采，它已成为公认的用来提高原油采收率（也被称为三次采油）的聚合物驱油的粘度控制方法，也被公认为降低了生产成本的最佳粘度控制方法。如果可以实现实时测量聚合物驱油的流体粘度，这将是利于增加复合粘度的实时控制，同时也有利于经济的发展。因此，在线粘度测量在石油领域的地位比其他因素都要重要。目前，粘度计和开发系统采用诸如旋转粘度或毛细血管粘度测量等最传统的测量类型。然而，人们大量采用离线测量改变了测量环境从而破坏了测量的精度。本文提出了一种基于在线测量流体粘度实验研究的新方法。传感器部分的设计仅在于得到流体粘度和能量的功能表达。在线数据的收集和处理可通过AT8

4、9C55WD单片机实现同时在改进电桥电路和BP神经网络算法的基础上实现温度的补偿和校正，最终保证该方法的可行性和测量精度。2、方法旋转粘度计在原则上是一个很好的测量方法，但是它需要多种转子以涵盖广泛的测量范围。一个单转子的测量范围很窄，因此当交换转子的时候7桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸测量的连续性受到干扰和破坏。此外，只有在满量程的时候测量精度得以保证，所以在较低的粘度范围内存在测量误差是必然的。在更糟的情况下，可能无法获得准确的粘度。因为在较低和较高的粘度范围测量开始后，随着温度的升高，粘度会有所不同。这是因为在较低的粘度范围中，需要一个较大

5、的转子去检测超过一定水平的转矩。在较高的粘度范围内，由一个大的摩擦力所产生的巨大的动能施加在转子上。因此中等粘度无法实时反映，这对于生产线控制是不利的。毛细管粘度计的原理和结构很简单，但是你要花费大量的注意力在测量操作上。因为他需要相当麻烦的过程以做出准确的测量。例如，清洗毛细管粘度计内部时需要特别留意毛细管。在测量前，你需要使用清洗液如苯做几个超声波清洗然后干燥，接着用用丙酮超声波清洗然后干燥，最后用纯净水清洗然后干燥。温度控制也是很重要的，因为玻璃容易受温度的影响而膨胀或收缩，特别是在较低的粘度范围内，他可能带来严重的测量误差。这样，使测量需要大量的护

6、理和麻烦的过程。此外，你必须事先测量试样的密度。因为该粘度将通过测量结果的计算作为动力学粘度。它也不可能连续输出粘度的数字信号。此外，粘度传感器通过对粘度敏感的剪切声波和/或密度变化[1]-[5]进行描述，然而在现场中这是很难实现的。根据流体力学的知识，当液体在管道中流动，它对目标产生的力固定在管道中心。力包括两个部分：一部分是Fi（惯性力），另一种是Fv（粘性摩擦力）。当流量大时，Fi将起主导作用，其正比于V（流体速度）的平方，ρ（流体密度）和A（目标的正面表面积）[6]。当V改变，Fi也相应改变。当V很小时，目标所受到的力来自于粘性摩擦力即Fv，此时，

7、这个力起主导作用。正如我们所知，只要流体流动，V不能降低到零，因此Fi也不可能将减少到零。然而，可以通过设计目标在某种程度上减小Fi增大Fv。因此，目标与液体接触的侧表面积增大，与此同时A大大减小。图1显示了传感器的配置。其包含三个部分：桥电路，悬臂梁，管式目标。这里的桥电路有四个电阻组成，悬臂梁由合金钢制成以减少液体的侵蚀。采用不锈钢制成的一个空心管，管壁薄，因此大大减少了流体液体的惯性影响。由于管式目标对象的内外表面受到来自液体的粘滞力，当两个力相等，在管式目标表面和流动液体之间的粘性摩擦合力规模最大。根据这种情况确定目标的直径和长度如图1。正如上面的

8、分析，经过反复计算和测试，得出一个结论：当V小的时候，F（目标物体