基于电磁感应的液体粘度测量系统设计

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在同样的条件下，使用旋转粘度计（型号为KU-2）测得的上述几种介质的粘度值如表5-2所示。

表5-2 旋转粘度计测量结果

以旋转粘度计测得的粘度值作为标准值，其与使用

图5-5 粘度值-运动时间关系曲线图

又由式（3-54）

式中L=26mm，R=5mm，r=4.5mm，m=12.3g，换算成国际制单位，并代入上式，得

（5-1）

式中时间T的单位为秒（s），粘度值η的单位为Pa·s。将时间T的单位变换为毫秒（ms），粘度值η的单位变换为mPa·s时，式（5-1）可以变换为如下形式。

（5-2）

根据上述几种被测介质的测量结果中的活塞往复运动时间与标准粘度计测得的粘度值之间的关系，拟合出公式（5-1）中的未知数F₁。

拟合结果为，F₁=2.234，最终拟合出的公式如下式所示：

（5-3）

其拟合曲线如下图5-6所示。

图5-6 粘度值-运动时间拟合曲线图

根据公式（5-3），被测液体粘度值与活塞的往复运动时间之间的理论关系曲线图如下图5-7所示。

图5-7 粘度值-运动时间理论曲线图

第6章 总结与展望

本课题对基于电磁感应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，提出了基于电磁感应的液体粘度测量方法，并根据液体粘度的相关理论基础与电磁学的相关原理设计了基于电磁感应的液体粘度测量方案。

本课题首先针对提出的基于电磁感应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。本课题完成的主要工作如下：

1. 通过分析国内外的各种液体粘度测量方法，设计了基于电磁感应的液体粘度测量方案。

2. 针对该方案中涉及到的理论基础和相关原理进行了分析和探讨，证明了基于电磁感应的液体粘度测量方案的理论上的可行性。

3. 根据测量系统的要求设计了机械探头结构，为驱动线圈和活塞提供空间，被测液体能够自由进入探头内部，使活塞在被测液体中往复运动。

4. 设计了以单片机为核心的控制测量电路，主要包括驱动信号产生电路、感应信号检测反馈电路，并对电路各部分进行了调试。

5. 使用C语言编写了单片机程序，实现驱动信号的产生、反馈信号的检测、活塞往复运动时间的计时以及与上位机通过串口通信等功能。同时使用VC编写了上位机程序实现通过串口与单片机进行通信，从单片机接收数据，并对数据进行处理和显示等功能。

6. 搭建了基于电磁感应的液体粘度测量系统实验平台，完成了系统的调试工作。

7. 根据相关理论基础与相关原理以及所设计的测量系统，推导出了测量系统测得的活塞往复运动时间与被测液体粘度的对应关系，建立了测量系统的数学模型，并通过测量实验与数据拟合，对其进行了标定。

8. 对测量系统进行了可行性验证实验，主要包括系统的重复性实验、系统的误差测量实验、系统的稳定性实验和系统的线性度实验等。

综上所述，本文主要探索研究了一种基于电磁感应的液体粘度测量方案，为进一步研究探索在现场环境下的液体粘度在线测量打下了坚实的基础。

本文在以下方面的工作取得了一定阶段性创新成果：

1. 本论文探索了一种国内目前还没有开展的基于电磁感应的液体粘度测量方案，具有极高的创新性。

2. 测量方案中没有涉及到任何附加的传感器，完全利用电磁感应的原理同时实现驱动信号的产生和感应电压信号的测量，结构极为简单，实现方便，降低了开发成本和难度，提高了可行性。

3. 实现了实验室环境下对被测液体的粘度测量，并将误差控制在了测量系统探索阶段的合理范围内。

4. 成功的完成了系统重复性和稳定性测量实验，实验测量结果的变动很小，保证了良好的重复性和稳定性，重复性最大偏差大约为1 mPa·s，稳定性最大偏差只有0.6831 mPa·s，达到了理想的效果。

7. 对测量系统进行了线性度分析，测量结果显示目前系统的非线性度误差仅为0.0074741 mPa·s，测量系统具有极高的线性度。

本课题虽然针对基于电磁感应