智能旋转式粘度仪设计

发布时间：2023-08-02 20:44

　　粘度是表征流体性质的重要参数之一,是反映流体物理特征的重要指标。粘度测量应用非常广泛,是控制生产流程、保证生产安全、评定产品质量和科学研究的重要手段。旋转式粘度仪是测量高粘度流体的必备仪器,可测定流体的动力粘度、运动粘度、特性粘度和流变特性等,在石油、医药、化纤等行业中应用广泛。目前,国内旋转式粘度仪智能化程度低、电路复杂,为此,本文设计了一种基于超低功耗单片机STM32F407的智能旋转式粘度仪。本文设计的智能旋转式粘度仪包含:电源模块、信息处理单元、步进电机驱动模块、测量转子、游丝、张角检测模块、键盘与显示模块等。仪器工作时按设定的转速控制步进电机准确平稳地运转,并通过游丝带动转子转动,此时被置于被测液体中的测量转子将受到被测液体阻力,使得转子的旋转将滞后于电机,当游丝的张力与液体阻力达到平衡时,转子滞后于电机,游丝产生的张角是固定的。处理器STM32F407通过光电装置检测得到该张角,并根据设定的转子和转速选择相对应的计算公式,计算获得被测液体粘度。同时,为了提高仪器的测量准确性,本文建立了一种基于分段牛顿插值的非线性误差补偿模型,实验证明了该模型的有效性。全文共分为五部分:第一...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1. 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 测量方法
        1.2.1 毛细管法
        1.2.2 落球法
        1.2.3 振动法
        1.2.4 旋转法
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 布鲁克菲尔德同步电动粘度计(Brookfield SynChroelectric Viscometer)
        1.3.2 爱米拉旋转粘度计(EMILA Rotar Viscometer)
        1.3.3 埃普雷克特流变仪(Epprecht Rheomat)
        1.3.4 费伦特-雪莉锥形平板粘度计(Ferrenti-Shirley Cone&Plate Viscometer)
    1.4 项目来源及技术概述
    1.5 本文研究的主要内容
2. 智能旋转式粘度仪的构成与原理
    2.1 智能旋转式粘度仪的系统结构
    2.2 智能旋转式粘度仪测量原理
    2.3 智能旋转式粘度仪的主要技术指标与核心器件
        2.3.1 主要技术指标
        2.3.2 核心部件
    2.4 智能旋转式粘度仪的工作流程
    2.5 本章小结
3. 智能旋转式粘度仪非线性误差补偿方法
    3.1 非线性误差补偿
        3.1.1 基于Lagrange线性插值法非线性误差补偿模型
        3.1.2 基于牛顿插值法非线性误差补偿模型
    3.2 智能旋转式粘度仪非线性误差补偿模型求解
        3.2.1 基于Lagrange线性插值的非线性误差补偿模型求解
        3.2.2 基于分段牛顿插值的非线性误差补偿模型求解
    3.3 仿真实验
    3.4 本章小结
4. 智能旋转式粘度仪设计实现
    4.1 硬件电路设计
        4.1.1 信息处理单元电路
        4.1.2 电机驱动模块
        4.1.3 张角检测模块
        4.1.4 电源模块
        4.1.5 键盘与显示模块
        4.1.6 温度采集模块
        4.1.7 通讯模块
    4.2 软件设计
        4.2.1 主程序模块
        4.2.2 张角检测模块
        4.2.3 牛顿插值被测液体粘度自动计算模块
    4.3 本章小结
5. 智能旋转式粘度仪现场测试与误差分析
    5.1 系统样机装置
    5.2 误差来源
        5.2.1 仪器结构误差
        5.2.2 测量模型误差
        5.2.3 环境误差
    5.3 误差分析
        5.3.1 线性度误差
        5.3.2 重复性误差
    5.4 不确定度
        5.4.1 重复性误差引起的不确定度
        5.4.2 温度计测量误差引起的不确定度
        5.4.3 显示分辨率误差引起的不确定度
        5.4.4 标准粘度液定值误差引起的不确定度
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间参与的项目与撰写的学术论文
附录B 智能旋转式粘度仪电路原理图
附录C 智能旋转式粘度仪机械结构示意图
附录D 样机与现场测试图
附录E 电路主控板实物图
附录F 智能旋转式粘度仪部分源代码



本文编号：3838504