本发明涉及一种振动式粘度仪及其液体粘度检测方法。
背景技术
粘度是表示液体在流动时，液体内部发生内摩擦的物理量，是液体反抗形变的能力，是用来鉴定某些成品或半成品的一项重要指标。
实际工程和工业生产中，经常需要检测液体的粘度，以保证最佳的过程运行环境和产品质量，从而提高生产效益。通过测量过程中的液体粘度，可以得到液体流变行为的数据，对于预测产品工艺过程的工艺控制，输送性以及产品在使用时的操作性有着重要的指导价值。
粘度计(viscosimeter)用于测量液体的粘度的仪器。粘度计主要有毛细管粘度计，旋转粘度计和振动式粘度计三大类。其中，振动式粘度计的工作原理是：处于液体内的物体振动时会受到液体的阻碍作用，此作用的大小与液体的粘度有关。常用的振动式粘度计设有一个弹片。在受脉冲电流激励时，弹片产生机械振动。当弹片浸在被测样品中时，弹片的振幅与样品的粘度和密度有关。在已知密度的情况下，可从测出的频率数据求得粘度数值。
中国专利文献cn102183440a公开的一种振动式粘度计就是这类产品，它包括水平振动装置，所述水平振动装置的固定端固定在支架上，自由端安装有感应片；振动装置受到与其谐振频率相同的激励，感应片在液体中振动会受到液体的粘性阻力；一个检测装置用于将振动装置振动时的运动速度变为电信号传送给控制器，通过控制算法改变激励强度使该振动速度保持恒定，则可以测得粘性阻力，进而计算出粘度。该振动式粘度计的检测装置为电磁检测方式，包括检测线圈和信号处理电路；检测线圈固定于所述永磁体的另一侧，当永磁体随水平振动装置运动时，在检测线圈上产生感应电压，实现水平振动装置移动速度到电信号的转换。这种振动式粘度计有两组线圈，一组动力线圈，动力线圈产生磁场激励感应片振动，另一组线圈是检测线圈，感应位于感应片上的永磁体在检测线圈内产生的感应电压变换值，然后再将感应电压变换值为粘度，这种振动式粘度计由于存在两组线圈，两组线圈产生两个磁场，两个磁场间常常会产生干扰，而使得测量结果不稳定。
技术实现要素：
为了克服上述问题，本发明提供一种不会受电磁干扰，测试结果稳定的振动式粘度仪及其液体粘度检测方法。
本发明的技术方案是：提供一种振动式粘度计，由控制器控制同时自动测量液体的粘度和温度，包括下述组件：
用于固定驱动装置的固定件；
由铁磁性材料制成的振动弹片，所述振动弹片一端与所述固定件固定连接，所述振动弹片另一端为自由端；
距离感应器，位于所述振动弹片的固定端与自由端之间的靠近自由端的固定件上，当所述振动弹片的自由端向所述距离感应器靠近预定位移后，触发距离感应器从一种工作状态改变为另一种工作状态，并发出电信号；
驱动装置，包括驱动电路和驱动主体，所述驱动电路受控制器控制，向所述驱动主体提供预定谐振频率信号；
温度探测装置，包括温度探头和处理电路，温度探头用于被测样品的温度检测，处理电路将检测到的温度的模似信号转变为数字信号；
与所述距离感应器、驱动装置和连接的控制器，保持驱动装置振动频率恒定、收集距离感应器触发时刻，从而计算出弹片起振的开始时间到距离感应器发出电信号的时间差，以及样品的温度数据。
作为对本发明的改进，本发明还包括由铁磁性材料制成的用于稳定所述振动弹片振动的挡板，所述挡板与所述振动弹片平行布置，且所述挡板位于所述振动弹片的远离所述固定件的一侧，所述挡板的至少一端与所述固定件固定连接。
作为对本发明的改进，所述驱动主体包括铁芯和驱动线圈；所述驱动线圈通电后产生磁场，使振动弹片振动。
作为对本发明的改进，所述固定件为一盒体，所述振动弹片设在盒体的外侧壁上，至少所述驱动主体和所述距离感应器设在盒内，所述驱动主体和所述距离感应器一端部分地伸出于盒体外，并与所述振动弹片的位置对应。
作为对本发明的改进，在所述驱动线圈的进出两端之间并联有保护电路。
作为对本发明的改进，所述距离传感器3外部还有距离传感器保护罩。距离传感器嵌入到保护罩内，一是起保护防水作用，二也能起到固定弹片位移的作用。
作为对本发明的改进，本发明还包括盛装溶剂的容器和执行机构，所述执行机构在被测液体的粘度大于预定值时，根据控制器的指令将容器内的溶剂兑入被测液体内。
本发明还提供一种液体粘度检测方法，包括如下步骤，
s1、在控制器的控制下，驱动电路向驱动线圈提供预定频率的方波脉冲信号；
s2、脉冲信号使驱动线圈产生与预定频率相同的磁场；
s3、所述磁场吸引振动弹片形变，向距离感应器移动，当所述振动弹片的自由端向所述距离感应器靠近预定位移后，触发距离感应器从一种工作状态改变为另一种工作状态，并向控制器发出电信号；
s4、控制器控制所述驱动线圈断电，所述振动弹片恢复原始状态；周而复始；控制器根据振动弹片起振的开始时间到距离感应器发出电信号的时间差，求出液体的粘度。
作为对本发明的改进，本发明还包括，s5、温度补偿步骤，控制器根据温度探头所测出的当前环境的温度，与标定时的环境温度进行对比，因为温度会影响线圈的磁力大小，进而影响测量的粘度值。根据比对结果对s4步求出的液体的粘度进行修正。
作为对本发明的改进，在s4或s5步之后还包括，s6、粘度调节步骤，控制器根据当前粘度或修正后的当前粘度，在被测液体的粘度大于预定粘度值时，根据控制器的指令执行机构将溶剂兑入被测液体内，以调整当前粘度。
本发明具有不会受电磁干扰，测试结果稳定的优点。
附图说明
图1为本发明的一种实施例的结构示意图。
图2为图1的保护电路结构示意图。
图3是本发明的方法方框结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
本发明的工作原理是：
当给驱动线圈输入预定频率的矩形脉冲信号时，驱动线圈由于得电会产生磁场，磁场从而吸引振动弹片形变，振动弹片会向距离感应器移动，当所述振动弹片的自由端向所述距离感应器靠近预定位移后，触发距离感应器从一种工作状态改变为另一种工作状态，并向控制器发出电信号，控制器控制驱动线圈马上断电。振动弹片恢复原始状态。周而复始，使振动弹片一直振动。控制器根据振动弹片起振的开始时间到距离感应器发出电信号的时间差，求出液体的粘度；当检测时环境温度与标定时的温度有温差时，还需对测量的粘度进行修正。
根据粘度的定义，定义为一对平行板，面积为a，相距dr，板间充以某液体；今对上板施加一推力f，使其产生一速度变化度所需的力。由于液体的粘性将此力层层传递，各层液体也相应运动，形成一速度梯度dv/dr，称剪切速率，f/a称为剪切应力。剪切速率与剪切应力间具有如下关系：
（f/a）=η（dv/dr）式一
η为粘度，f为施加在板上的推力，a为平板的面积，dv/dr为单位长度上的速度增量，即dv为速度增量，dr为位移增量。
本发明中，施加在板上的推力：
f=f1-f2式二
f1为磁力，f2为弹片的弹力。
单位长度上的速度增量：
（dv/dr）=v/s=1/t式三
v是弹片的平均速度，s为弹片位移，t为弹片运动的时间。
综上：η=（f1-f2）*t/a式四
式中f1为磁力，f2为弹力，t为弹片运动时间，a为弹片面积。f1、f2、a均为不变量，可见液体粘度与弹片的运动时间成正比，只要检测出弹片运动时间即可求出液体的粘度。
当粘度传感器放入一种标准液体中时，可以检测出此时的时间t0，此时的粘度可以用粘度杯测得。从而可以得出（f1-f2）/a的值。
当放入到被测液体中时，即可检测出液体的时间t，通过带入式四就可以计算出另一种液体的粘度。
当粘度仪浸入液体中时，由于液体粘度不同，从而振动弹片起振的开始时间到距离感应器发出电信号的时间也会不同，通过检测振动弹片起振的开始时间到距离感应器发出电信号的时间差即可测量出液体的粘度。
请参见图1和图2，图1和图2揭示的是一种振动式粘度计，由控制器控制同时自动测量液体的粘度和温度，包括下述组件：
用于固定驱动装置4的固定件1；
由铁磁性材料制成的振动弹片2，所述振动弹片2一端21与所述固定件1固定连接，所述振动弹片2另一端为自由端22；本实施例中的铁磁性材料可以是铁、钴或镍，及其铁钴或镍的合金材料，尤其是钢片或铁镍钴合金片；
距离感应器3，位于所述振动弹片2的固定端与自由端之间的靠近自由端22的固定件1上，当所述振动弹片2的自由端22向所述距离感应器3靠近预定位移后，触发距离感应器3从一种工作状态改变为另一种工作状态，并发出电信号；本发明中的距离感应器3可以是接近开关或距离传感器，当振动弹片2的自由端22向所述距离感应器3靠近预定位移后，触发距离感应器3从开到关，或者从关到开的变化，从而使距离感应器3产生一个电信号，电信号被输送给控制器6；
驱动装置4，包括驱动电路41和驱动主体42，所述驱动电路41受控制器6控制，向所述驱动主体42提供预定谐振频率信号；谐振频率信号一般为方波脉冲信号；
温度探测装置5，包括温度探头51和处理电路52，温度探头51既可以用于被测样品的温度检测，也可以检测线圈的温度。处理电路52将检测到的温度的模似信号转变为数字信号；
与所述距离感应器3、驱动装置4和连接的控制器6，保持驱动装置4振动频率的恒定、收集距离感应器3的电信号的触发时刻和样品的温度数据。本实施例中的控制器6是由型号为stm8s105的芯片及基外围电路构成。
优选的，本发明还包括由铁磁性材料制成的用于稳定所述振动弹片2振动的挡板7，所述挡板7与所述振动弹片2平行布置，且所述挡板7位于所述振动弹片2的远离所述固定件1的一侧，所述挡板7的至少一端与所述固定件1固定连接。所述挡板7起到保护振动弹片2，以及稳定振动弹片2的作用，即当驱动线圈422断电后，振动弹片2可及时停下来。
优选的，所述驱动主体42包括铁芯421和驱动线圈422；所述驱动线圈422通电后产生磁场，使振动弹片2振动。所述铁芯421的形状可以是u形的，所述的驱动线圈422可分为2个分别缠绕在u形铁芯的两个极柱上，也可以是独立的一个驱动线圈422缠绕在u形铁芯的靠近弹片2的自由端22的极柱上；
优选的，所述固定件1为一盒体，所述振动弹片2设在盒体的外侧壁上，至少所述驱动主体42和所述距离感应器3设在盒内，所述驱动主体42和所述距离感应器3一端部分地伸出于盒体外，并与所述振动弹片2的位置对应。
优选的，在所述驱动线圈422的进出两端之间并联有保护电路8。保护电路8可以参见图2，保护电路中的第一稳压管d1和第二稳压管d2起到对驱动线圈422在断电后的感应电进行放电的作用，同时当断电后能起到迅速稳定弹片的作用。第三稳压管d3、第四稳压管d4、第五稳压管d5和第六稳压管d6起到稳定距离感应器3给控制器6输入的电信号的作用。
优选的，所述距离传感器3外部还有距离传感器保护罩。距离传感器嵌入到保护罩内，一是起保护防水作用，二也能起到固定弹片位移的作用。
优选的，本发明还包括盛装溶剂的容器和执行机构，所述执行机构在被测液体的粘度大于预定值时，根据控制器6的指令将容器内的溶剂兑入被测液体内。
请参见图3，本发明还提供一种液体粘度检测方法，包括如下步骤，
s1、在控制器6的控制下，驱动电路42向驱动线圈422提供预定频率的脉冲信号；
s2、脉冲信号使驱动线圈422产生与预定频率相同的磁场；
s3、所述磁场吸引振动弹片2形变，向距离感应器3移动，当所述振动弹片2的自由端22向所述距离感应器3靠近预定位移后，触发距离感应器3从一种工作状态改变为另一种工作状态，并向控制器6发出电信号；本实施例中的铁磁性材料可以是铁、钴或镍，及其铁、钴或镍的合金材料，尤其是钢片或铁镍钴合金片；本发明中的距离感应器3可以是接近开关或距离传感器，当振动弹片2的自由端22向所述距离感应器3靠近预定位移后，触发距离感应器3从开到关，或者从关到开的变化，从而使距离感应器3产生一个电信号，电信号被输送给控制器6；
s4、所述驱动线圈422断电，所述振动弹片2恢复原始状态；周而复始；控制器6根据振动弹片2起振的开始时间到距离感应器3发出电信号的时间差，求出液体的粘度。
作为对本发明的改进，本发明还包括，s5、温度补偿步骤，控制器6根据温度探头51所测出的当前环境温度，与标定时的环境温度进行比较，对s4步求出的液体的粘度进行修正。
作为对本发明的改进，在s4或s5步之后还包括，s6、粘度调节步骤，控制器6根据当前粘度或修正后的当前粘度，在被测液体的粘度大于预定粘度值时，根据控制器6的指令执行机构将溶剂兑入被测液体内，以调整当前粘度。
显然，本领域内技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。