基于落球法的液体粘度测量方法研究

满足无限宽广的条件，这时测得的速度Vo和理想状态下的速度V有如下关系式：

V=Vo（1+2.4r/R）(1+3.3r/h)

式中R为圆筒内半径，h为筒内液体高度。

因此只需通过测量速度Vo得出V，并指导待测液体的密度，带入公式即可求出液体粘性。

设计路线

基于落球法的液体粘度测量系统设计主要包括控制处理电路设计、机械结构部分设计和软件程序设计三部分。控制处理电路设计主要包括：核心控制处理芯片的选择、芯片的外围电路设计、控制电路电路设计和处理电路电路设计。机械结构部分设计旨在实现小球和参考物体可以在滑轮上滑动即可。其中要求：小球尽量能够匀速运动，滑轮的摩擦系数尽量小。主要框图如下：

总体设计框图

总体构架

主控芯片采取我们申请的PIC单片机即可，其具体结构我们已经大致掌握了，在这里就不一一做介绍了，下面介绍其他模块。

传感器电路的设计

由于我们在引线上放了一片黑色轻质板，通过传感器感应高低电平来检测时间，那么就用我们熟悉的ST188来检测即可，比较器用LM324，这样就可以达到预期的效果了，传感器电路图如下：

外围模块的设计

显示部分用我们熟悉的1602显示即可，键盘输入也为常规电路，其电路图如下：

软件设计

首先，对单片机进行初始化，正常工作时，引线开始滑动，系统通过ST188感应黑纸片，当检测到黑色时为高电平，通过LM324后送入单片机的一个接口，一旦检测到有感应信号反馈到单片机，程序立即控制单片机I/O口，开启定时器进行计时，到下一次感应到高电平时，记录这段时间并显示出来，继续从零开始进行下一次计时，这样往复，比较相邻两端的时间，时间相等时，程序开始准备进行公示计算，这时1602显示输入待测液体的密度，通过键盘输入后，通过计算显示出液体粘性，进而得到待测液体的粘性。流程图如下：

测试方案及预期效果

实现两物体通过引线在滑轮上运动之后，就可以测量小球在不同液体中下落时通过ST188的时间。然后通过程序判断匀速所需要的时间，进而计算出速度，再输入待测液体的密度，从而求出所测液体的粘性。本系统中通过单片机定时器的计数功能来记录时间，其计数一次为单片机的一个机器周期。

根据以上所述，系统试验平台可以将小球浸入被测液体液体中，使其在液体中做下落运动，并通过单片机定时器的计数功能来记录时间，用键盘输入待测液体的密度。

由前文所叙述的理论推导得出的被测液体粘度和小球速度的关系以及定时器计数值和时间的关系，便可以得到被测液体的粘度。

总结与展望

本课题对基于落球法的液体粘度测量方法进行了研究与探索。在参考了国内外的很多液体粘度测量方法，包括传统的测量方法与新兴的测量方法的基础上，提出了基于落球法的液体粘度测量方法，并根据液体粘度的相关理论基础与物理学的相关原理设计了基于落球法的液体粘度测量方案。

本课题首先针对提出的基于落球法的液体粘度测量方案进行了理论研究和分析，然后针对该测量方案的具体模块进行了设计，并且对该方案进行了可行性验证实验。本方案具有结构简单、易于实现、操作方便、成本低等特点。

接下来我会对电磁感应测液体粘性的方法进行研究，也就是我所说的方案一，由于落球法的方案测量液体粘性具有局限性，对于你粘度大的液体可以比较准确的测量，对于粘性小的液体误差会比较大。据我所知，目前国内外还没有用这种方法测量粘性的仪器，因此我会做大量研究和参考一些资料，来完成我的初步设想。