基于线阵ccd的液体粘滞系数测量方法及装置的制造方法

文档序号:9563181
基于线阵ccd的液体粘滞系数测量方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到液体粘滞系数测量技术领域,具体地说,是一种基于线阵C⑶的液 体粘滞系数测量方法及装置。
【背景技术】
[0002] 液体的粘滞系数又称为内摩擦系数或粘度,是描述液体内摩擦力性质的一个重要 物理量,定量描述流体流动性质的基础。它表征液体反抗形变的能力,只有在液体内存在相 对运动时才表现出来。1867年牛顿首次提出粘滞系数的定义即:单位流体表面所受到的阻 力是沿该面法线方向上的速度梯度的比值。液体粘滞系数在工业生产和学术研究上有着重 要的应用,小到学生实验大到学术研究都需要简单准确地测量出流体的粘滞系数,并尽量 减少测量误差。
[0003] 目前国内外的研究和新方法有很多,各位学者对其研究的文献也很多,但实验教 学中基本都用的传统的沉球法,其原理是利用小球在液体中的沉降速度与液体的粘滞系数 相关。要测量液体的粘滞系数需要知道小球下沉的速度,而速度的测量通常是通过小球下 降的位移和时间来得到。传统沉降法依赖于人眼读数得到小球通过的路程,同时需手动秒 表计时,会造成较大误差。所以若采用微处理器及线阵CCD可大大减小其误差,提高测量精 度。

【发明内容】

[0004] 针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种基于线阵CCD的液体粘滞系数测 量方法及装置,提高液体粘滞提高液体粘滞的测量精度,缩短液体粘滞的测量时间的测量 精度,缩短液体粘滞系数的测量时间,且有利于缩小液粘滞系数装置的体积。
[0005] 为达到上述目的,本发明采用的技术方案如下:
[0006] -种基于线阵C⑶的液体粘滞系数测量方法,其关键在于按照以下步骤进行:
[0007] 步骤1 :参数初始化;
[0008] 步骤2 :通过所述按钮输入单元输入液体粘滞系数的计算公式以及其中可测得的 参数;
[0009] 步骤3 :确定线阵CCD有效像素单元中的测量区域,并将其等分为多段测量距离;
[0010] 步骤4 :通过按钮输入单元输入测量所需的光照强度,所述微处理器控制单元通 过线光源控制单元控制线光源发出所需强度的光;
[0011] 步骤5:将小球放入装有待测量液体的样品管中,并让其自由落下,在小球匀速下 沉过程中,分别测量小球通过每段测量距离的时间,并根据速度与时间公式求得小球通过 每段测量距离的速度;
[0012] 步骤6 :所述微处理器控制单元根据步骤5获得的小球多个的运动速度以及液体 粘滞系数的计算公式,分别多个求得待测量液体的粘滞系数;
[0013] 步骤7 :将多个待测量液体的粘滞系数求平均值,作为待测量液体的最终粘滞系 数。
[0014] 进一步的,所述液体粘滞系数的计算公式为:
[0016] 其中,η为液体粘滞系数,r为小球⑴的半径,P为小球⑴的密度,P ^为待 测量液体的密度,Vf为测量出的小球⑴下沉速度,g为重力加速度。
[0017] 进一步的,步骤3中所述线阵C⑶中的测量区域为5000个像素单元。
[0018] 更进一步的,步骤3中所述测量距离的段数为5段,且按照像素中心距计算该测量 距离的长度。
[0019] 本发明的发明目的之二在于提出一种进行基于线阵CCD的液体粘滞系数测量方 法的装置,其关键在于:包括小球以及用于装设待测量液体的样品管、线光源、线阵CCD以 及测控模块,所述线光源与线阵CCD分别位于所述样品管的两侧,所述测控模块包括微处 理器控制单元以及连接在该微处理器控制单元上的线光源控制单元、线阵C⑶控制单元、 IXD显示单元、按钮输入单元、串行通讯单元、温度测量单元,其中所述线光源控制单元与所 述线光源电连接,所述线阵CCD控制单元与所述线阵CCD电连接;
[0020] 微处理器控制单元用于实现线光源的光强控制和从线阵CCD读取数据,并根据相 应的数据计算出小球的速度,再根据输入的相关参数信息,最后计算出待测量液体的粘滞 系数,并在IXD显示单元上显示或通过串口通讯单元上传;线光源控制单元用于实现线光 源的亮度控制,发出所需强度的光;线阵CCD控制单元用于从线阵CCD中读取信息,实现对 小球位置及下落时间的测量;LCD显示单元用于显示各种信息;按钮输入单元主用于实现 各种相关信息及操作的输入;串行通讯单元用于与外部设备的通讯,实现与外部设备进行 数据互通;温度测量单元用于对温度的测量。
[0021] 本装置的工作原理为:线光源发出的光通过玻璃圆筒后照射到线阵C⑶上,当小 球通过中间时,线光源发出的光将被小球遮挡,通过线阵CCD可以准确地检测到小球在不 同时刻的位置,并根据已知线阵CCD的像数大小,可得到小球通过不同距离的时间,这样便 可获得小球的运动速度。因此,可以在一次小球下落过程中可得到多个一定距离内的时间 或一定时间间隔内小球的下落位移,这样在一次下落过程可实现多次测量,从而有利于提 高测量精度,缩短检测时间。
[0022] 进一步的,所述微处理器控制单元的信号输出端通过D/A转换单元与线光源控制 单元的信号接收端连接,该线光源控制单元的信号发射端通过A/D转换单元与所述微处理 器控制单元的输入端连接,所述温度测量单元也通过所述A/D转换单元与所述微处理器控 制单元连接。
[0023] 进一步的,所述微处理器控制单元由微处理器STM32F103RC和相应的外围元件构 成。
[0024] 进一步的,所述线阵C⑶与所述线阵CXD控制单元采用T⑶1706D图像传感器。
[0025] 进一步的,所述温度测量单元采用LMT70模拟输出高精度温度传感器。
[0026] 进一步的,所述微处理器控制单元、线光源控制单元、线阵(XD控制单元、IXD显示 单元、按钮输入单元、串行通讯单元、温度测量单元均由供电单元统一供电。
[0027] 供电单元主要将输入电压转换为微处理器等各单元所需工作电压,并输送给各单 元,从而便于对各单元进行统一管理。
[0028] 本发明的显著效果是:
[0029] 1、采用线阵C⑶光电传感器和微处理器测量小球的沉降位置和时间,能有效地减 小由于人为因素如人眼判断是否到位及用秒表计时等造成的误差,从而能有效地提高了液 体粘滞系数的测量精度;
[0030] 2、线阵C⑶测量位置及距离,能实现小球一次下落能获得多组数据,即单次下落 就能实现多次测量,进而能达到有效地提高了测量精度和缩短了测量时间。
【附图说明】
[0031] 图1是本发明的控制流程图;
[0032] 图2是本发明的结构示意图;
[0033] 图3是所述测控模块的电路框图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】以及工作原理作进一步详细说明。
[0035] 如图1所示,一种基于线阵CXD的液体粘滞系数测量方法,
[0036] 步骤1 :参数初始化;
[0037] 步骤2 :通过所述按钮输入单元输入液体粘滞系数的计算公式以及其中可测得的 参数;
[0038] 步骤3 :只取线阵(XD4的7400个有效像素单元中的5000个像素单元作为测量区 域,且每1000个像素点距为一段测量距离,即按像元中心距为4. 7um计算则每相距4. 7mm 为一段距离;
[0039] 步骤4 :通过按钮输入单元输入测量所需的光照强度,所述微处理器控制单元通 过线光源控制单元控制线光源3发出所需强度的光;
[0040] 步骤5 :在小球1匀速下沉过程中,分别测量小球1通过每段测量距离的时间,可 以获得5个时间间隔,分别计为tl,t2, t3, t4, t5,则根据V = s/t = 4. 7mm/t便可获得对 应 5 个速度值 vl,v2, v3, v4, v5 ;
[0041] 步骤6 :所述微处理器控制单元根据步骤5获得的小球I多个的运动速度分别代 入液体粘滞系数的计算公式
分别多个求得待测量液体的粘滞系数;
[0042] 其中,η为液体粘滞系数,r为小球1的半径,P为小球1的密度,P ^为待测量 液体的密度,Vf为测量出的小球1下沉速度,g为重力加速度。
[0043] 步骤7 :将小球1放入装有待测量液体的样品管2中,并让其自由落下,将多个待 测量液体的粘滞系数求平均值,作为待测量液体的最终粘滞系数。
[0044] 这样在一次小球1下降过程中,便获得了 5组数据,通过取平均值,可提高测量精 度,同时在测量相同组的情况下,也可以缩短测量时间。当然还可以将距离再短一点,
再多了解一些
当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1