基于線陣ccd的液體粘滯系數測量方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及到液體粘滯系數測量技術領域，具體地說，是一種基于線陣C⑶的液 體粘滯系數測量方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 液體的粘滯系數又稱為內摩擦系數或粘度，是描述液體內摩擦力性質的一個重要 物理量，定量描述流體流動性質的基礎。它表征液體反抗形變的能力，只有在液體內存在相 對運動時才表現出來。1867年牛頓首次提出粘滯系數的定義即：單位流體表面所受到的阻 力是沿該面法線方向上的速度梯度的比值。液體粘滯系數在工業生產和學術研究上有著重 要的應用，小到學生實驗大到學術研究都需要簡單準確地測量出流體的粘滯系數，并盡量 減少測量誤差。
[0003] 目前國內外的研究和新方法有很多，各位學者對其研究的文獻也很多，但實驗教 學中基本都用的傳統的沉球法，其原理是利用小球在液體中的沉降速度與液體的粘滯系數 相關。要測量液體的粘滯系數需要知道小球下沉的速度，而速度的測量通常是通過小球下 降的位移和時間來得到。傳統沉降法依賴于人眼讀數得到小球通過的路程，同時需手動秒 表計時，會造成較大誤差。所以若采用微處理器及線陣CCD可大大減小其誤差，提高測量精 度。

【發明內容】

[0004] 針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種基于線陣CCD的液體粘滯系數測 量方法及裝置，提高液體粘滯提高液體粘滯的測量精度，縮短液體粘滯的測量時間的測量 精度，縮短液體粘滯系數的測量時間，且有利于縮小液粘滯系數裝置的體積。
[0005] 為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：
[0006] -種基于線陣C⑶的液體粘滯系數測量方法，其關鍵在于按照以下步驟進行：
[0007] 步驟1 :參數初始化；
[0008] 步驟2 :通過所述按鈕輸入單元輸入液體粘滯系數的計算公式以及其中可測得的 參數；
[0009] 步驟3 :確定線陣CCD有效像素單元中的測量區域，并將其等分為多段測量距離；
[0010] 步驟4 :通過按鈕輸入單元輸入測量所需的光照強度，所述微處理器控制單元通 過線光源控制單元控制線光源發出所需強度的光；
[0011] 步驟5:將小球放入裝有待測量液體的樣品管中，并讓其自由落下，在小球勻速下 沉過程中，分別測量小球通過每段測量距離的時間，并根據速度與時間公式求得小球通過 每段測量距離的速度；
[0012] 步驟6 :所述微處理器控制單元根據步驟5獲得的小球多個的運動速度以及液體 粘滯系數的計算公式，分別多個求得待測量液體的粘滯系數；
[0013] 步驟7 :將多個待測量液體的粘滯系數求平均值，作為待測量液體的最終粘滯系 數。
[0014] 進一步的，所述液體粘滯系數的計算公式為：
[0016] 其中，η為液體粘滯系數，r為小球⑴的半徑，P為小球⑴的密度，P ^為待 測量液體的密度，Vf為測量出的小球⑴下沉速度，g為重力加速度。
[0017] 進一步的，步驟3中所述線陣C⑶中的測量區域為5000個像素單元。
[0018] 更進一步的，步驟3中所述測量距離的段數為5段，且按照像素中心距計算該測量 距離的長度。
[0019] 本發明的發明目的之二在于提出一種進行基于線陣CCD的液體粘滯系數測量方 法的裝置，其關鍵在于：包括小球以及用于裝設待測量液體的樣品管、線光源、線陣CCD以 及測控模塊，所述線光源與線陣CCD分別位于所述樣品管的兩側，所述測控模塊包括微處 理器控制單元以及連接在該微處理器控制單元上的線光源控制單元、線陣C⑶控制單元、 IXD顯示單元、按鈕輸入單元、串行通訊單元、溫度測量單元，其中所述線光源控制單元與所 述線光源電連接，所述線陣CCD控制單元與所述線陣CCD電連接；
[0020] 微處理器控制單元用于實現線光源的光強控制和從線陣CCD讀取數據，并根據相 應的數據計算出小球的速度，再根據輸入的相關參數信息，最后計算出待測量液體的粘滯 系數，并在IXD顯示單元上顯示或通過串口通訊單元上傳；線光源控制單元用于實現線光 源的亮度控制，發出所需強度的光；線陣CCD控制單元用于從線陣CCD中讀取信息，實現對 小球位置及下落時間的測量；LCD顯示單元用于顯示各種信息；按鈕輸入單元主用于實現 各種相關信息及操作的輸入；串行通訊單元用于與外部設備的通訊，實現與外部設備進行 數據互通；溫度測量單元用于對溫度的測量。
[0021] 本裝置的工作原理為：線光源發出的光通過玻璃圓筒后照射到線陣C⑶上，當小 球通過中間時，線光源發出的光將被小球遮擋，通過線陣CCD可以準確地檢測到小球在不 同時刻的位置，并根據已知線陣CCD的像數大小，可得到小球通過不同距離的時間，這樣便 可獲得小球的運動速度。因此，可以在一次小球下落過程中可得到多個一定距離內的時間 或一定時間間隔內小球的下落位移，這樣在一次下落過程可實現多次測量，從而有利于提 高測量精度，縮短檢測時間。
[0022] 進一步的，所述微處理器控制單元的信號輸出端通過D/A轉換單元與線光源控制 單元的信號接收端連接，該線光源控制單元的信號發射端通過A/D轉換單元與所述微處理 器控制單元的輸入端連接，所述溫度測量單元也通過所述A/D轉換單元與所述微處理器控 制單元連接。
[0023] 進一步的，所述微處理器控制單元由微處理器STM32F103RC和相應的外圍元件構 成。
[0024] 進一步的，所述線陣C⑶與所述線陣CXD控制單元采用T⑶1706D圖像傳感器。
[0025] 進一步的，所述溫度測量單元采用LMT70模擬輸出高精度溫度傳感器。
[0026] 進一步的，所述微處理器控制單元、線光源控制單元、線陣(XD控制單元、IXD顯示 單元、按鈕輸入單元、串行通訊單元、溫度測量單元均由供電單元統一供電。
[0027] 供電單元主要將輸入電壓轉換為微處理器等各單元所需工作電壓，并輸送給各單 元，從而便于對各單元進行統一管理。
[0028] 本發明的顯著效果是：
[0029] 1、采用線陣C⑶光電傳感器和微處理器測量小球的沉降位置和時間，能有效地減 小由于人為因素如人眼判斷是否到位及用秒表計時等造成的誤差，從而能有效地提高了液 體粘滯系數的測量精度；
[0030] 2、線陣C⑶測量位置及距離，能實現小球一次下落能獲得多組數據，即單次下落 就能實現多次測量，進而能達到有效地提高了測量精度和縮短了測量時間。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發明的控制流程圖；
[0032] 圖2是本發明的結構示意圖；
[0033] 圖3是所述測控模塊的電路框圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】以及工作原理作進一步詳細說明。
[0035] 如圖1所示，一種基于線陣CXD的液體粘滯系數測量方法，
[0036] 步驟1 :參數初始化；
[0037] 步驟2 :通過所述按鈕輸入單元輸入液體粘滯系數的計算公式以及其中可測得的 參數；
[0038] 步驟3 :只取線陣(XD4的7400個有效像素單元中的5000個像素單元作為測量區 域，且每1000個像素點距為一段測量距離，即按像元中心距為4. 7um計算則每相距4. 7mm 為一段距離；
[0039] 步驟4 :通過按鈕輸入單元輸入測量所需的光照強度，所述微處理器控制單元通 過線光源控制單元控制線光源3發出所需強度的光；
[0040] 步驟5 :在小球1勻速下沉過程中，分別測量小球1通過每段測量距離的時間，可 以獲得5個時間間隔，分別計為tl，t2, t3, t4, t5,則根據V = s/t = 4. 7mm/t便可獲得對 應 5 個速度值 vl，v2, v3, v4, v5 ;
[0041] 步驟6 :所述微處理器控制單元根據步驟5獲得的小球I多個的運動速度分別代 入液體粘滯系數的計算公式
分別多個求得待測量液體的粘滯系數；
[0042] 其中，η為液體粘滯系數，r為小球1的半徑，P為小球1的密度，P ^為待測量 液體的密度，Vf為測量出的小球1下沉速度，g為重力加速度。
[0043] 步驟7 :將小球1放入裝有待測量液體的樣品管2中，并讓其自由落下，將多個待 測量液體的粘滯系數求平均值，作為待測量液體的最終粘滯系數。
[0044] 這樣在一次小球1下降過程中，便獲得了 5組數據，通過取平均值，可提高測量精 度，同時在測量相同組的情況下，也可以縮短測量時間。當然還可以將距離再短一點，