一种全自动智能液体动力粘度测量装置及方法与流程

本发明属于实验仪器技术领域，具体涉及一种全自动智能液体动力粘度测量装置及方法。

背景技术：

在生产和科研上，经常需要对液体、流体的动力粘度进行测量，旋转粘度计就是常用的一种测量仪器，它可以对牛顿流体和非牛顿流体(包括塑性流体、假塑性流体和膨胀流体等)的动力粘度进行测量。

旋转粘度计市场形势和技术现状如下：1、当前国内外旋转粘度计生产厂家、品牌、型号较多，整体而言，各类旋转粘度计均可以测定范围较大(1mpa·s～20×10⁶mpa·s)的粘度值。但市场上销售的这些产品具有如下一些局限：1、粘度测定仪主机与温控装置、转子清洗、烘干装置没有形成配套体系，给实验的设计和操作造成一定的难度；2、大多数液体粘度的测定需要控制准确温度。这时，主机均安装在铁架台上，样品杯需要放置在恒温水浴锅内。在实验过程中需要不断手动拧动螺丝，来上下左右移动主机，调整位置。由于主机重量较大，容易造成螺丝滑脱现象以及定位困难问题。3、将样品杯放置到恒温水浴锅时，用手动方式放置，由于手动不平稳，往往会造成液体外溢现象。如果液体是原油之类复杂成分，溢进水中，会对管路造成难以清洗的较大污染事故。4、在检测前需要用肉眼观察温度的合适范围，在检测过程中需要用肉眼识别测试数据和检测时间，操作起来既困难又缺乏精准度。5、检测过程中仅仅依靠仪器自身程序判定结果，可能会录入无价值的无意义的数据，所以针对特定样品性能，精准度不够高。6、由于上述各个环节都需要手动，工作效率较为低下。

因此，本申请提出全自动智能液体动力粘度测量装置及方法来解决上述问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种全自动智能液体动力粘度测量装置及方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种全自动智能液体动力粘度测量装置，包括机架和设置在所述机架上的粘度测量单元、样品接送单元、恒温水浴单元、清洗单元、烘干单元、控制单元和数据采集分析单元；

所述机架包括支架和设置在所述支架顶部的工作台；

所述恒温水浴单元包括预热恒温水浴锅和测量恒温水浴锅，所述测量恒温水浴锅和预热恒温水浴锅分别设置在所述工作台前方左右两侧，所述测量恒温水浴锅用于对被测液体进行恒温控制，所述预热恒温水浴锅用于对被测液体进行恒温预热；

所述粘度测量单元包括旋转粘度计和粘度计调节架，所述粘度计调节架固定在所述工作台上、且位于所述测量恒温水浴锅的后方，所述旋转粘度计固定在所述粘度计调节架上，所述旋转粘度计用于测量被测液体的粘度值，所述粘度计调节架带动所述旋转粘度计实现升降、平移和旋转运动；

所述样品接送单元固定在所述工作台上、且位于所述预热恒温水浴锅的后方，所述样品接送单元用于在所述预热恒温水浴锅和测量恒温水浴锅之间往复夹取、释放装有被测液体的样品杯；

所述清洗单元固定在所述工作台上、且位于所述粘度计调节架的右侧，所述清洗单元用于清洗所述旋转粘度计的转子；

所述烘干单元固定在所述工作台上、且位于所述粘度计调节架的左侧，所述烘干单元用于对清洗完的转子进行干燥；

所述控制单元设置在所述工作台底部，所述控制单元用于控制所述粘度测量单元、样品接送单元、清洗单元和烘干单元的运动、及恒温水浴单元的控温；所述数据采集分析单元用于采集所述旋转粘度计测量到的粘度数据，并对粘度数据进行采集和分析。

优选地，所述粘度计调节架包括支撑架、旋转分度平台、立式丝杠滑轨和u型滑块；所述旋转分度平台包括安装座和与所述安装座顶部转动连接的转盘，所述支撑架固定在所述工作台上，所述安装座固定在所述支撑架上，所述立式丝杠滑轨固定在所述转盘上，所述立式丝杠滑轨两侧沿高度方向开设有与所述u型滑块配合的滑槽，所述u型滑块卡在所述式丝杠滑轨上并沿所述滑槽上下滑动；

所述支撑架底部设置有旋转电机，所述旋转电机的输出轴穿过所述支撑架并与所述旋转分度平台固定连接，所述立式丝杠滑轨顶部设置有丝杠电机，所述丝杠电机的输出轴连接有丝杠，所述丝杠设置在所述立式丝杠滑轨内，所述丝杠上螺纹连接有丝杠螺母，所述丝杠螺母上固定有丝杠螺母座，所述u型滑块与所述丝杠螺母座固定连接；所述u型滑块外壁设置有支撑板，所述支撑板上设置有电动推杆，所述电动推杆的推杆端部连接所述旋转粘度计的机身。

优选地，所述样品接送单元包括四轴机器人，所述四轴机器人包括基座、机械臂和机械手，所述基座固定在所述工作台上，所述机械臂后端与所述基座转动连接，所述机械手安装在所述机械臂的前端。

优选地，所述清洗单元包括喷淋装置和超声波清装置，所述喷淋装置设置在所述测量恒温水浴锅后侧，所述超声波清装置设置在所述喷淋装置后侧，所述喷淋装置包括喷淋箱和设置在所述喷淋箱内壁四周的高压喷头。

优选地，所述烘干单元包括恒温风干箱和风机，所述恒温风干箱内设置有加热模块，所述加热模块上设置有出风口，所述恒温风干箱设置在所述超声波清装置左侧，所述风机的出风口与所述加热模块连通。

优选地，所述旋转粘度计的转子保护架上设置有温度传感器，所述控制单元包括总控制器与所述总控制器通信连接的样品接送控制模块、旋转粘度计位移控制模块、温度控制模块、清洗控制模块和烘干控制模块，所述温度传感器与所述旋转粘度计位移控制模块电连接，所述样品接送控制模块用于控制所述样品接送单元的升降、平移、旋转和抓取动作，所述旋转粘度计位移控制模块用于控制所述粘度计调节架的升降、平移和旋转，所述温度控制模块用于控制所述预热恒温水浴锅和测量恒温水浴锅的运行，所述清洗控制模块用于控制所述喷淋装置和超声波清装置的运行，所述烘干控制模块用于控制所述风机的运行。

优选地，所述工作台底部设置有电源模块，所述机架侧壁还设置有与所述总控制器电连接的电源开关、启动开关、停止开关、复位开关和急停开关，所述电源模块为整个装置供电，所述旋转电机和丝杠电机均为步进电机。

优选地，所述样品杯为铜杯，所述预热恒温水浴锅内设置有六个与所述样品杯配合的定位孔架，六个所述样品杯上标记有依次连续的编号。

优选地，所述机架侧壁还设置有清洗液储存箱和废液收集箱，所述清洗液储存箱与所述喷淋装置连通，所述废液收集箱与所述喷淋装置和超声波清装置分别连通。

本发明还提供一种全自动智能液体动力粘度测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤1：用不同的粘度液对所述旋转粘度计进行校准；

步骤2：在所述预热恒温水浴锅和测量恒温水浴锅内装入清水，打开开关预热半小时；

步骤3：将被测液体放入样品杯中，液体表面距离杯口1.5cm刻度线处；

步骤4：按照编号顺序将装有被测液体的样品杯依次放入已预热的预热恒温水浴锅内，再预热1小时；

步骤5：所述四轴机器人和气泵对所述机械臂和机械手进行控制，所述机械臂旋转至所述预热恒温水浴锅上方，通过平移使得所述机械手对正一个样品杯，所述机械臂带动机械手下降至样品杯上边缘1cm处，机械手夹取到一个样品杯，所述机械臂带动机械手依次上升、旋转至所述测量恒温水浴锅的槽口上方，然后所述机械手下降、将样品杯放入所述测量恒温水浴锅的槽口内并停放1-2s后松开，样品接送单元复位；

步骤6：所述粘度计调节架带动所述旋转粘度计从原点位置顺时针旋转至所述测量恒温水浴锅正上方，然后下降直到所述旋转粘度计的转子刻度线与被测液体的液面相平，停止转动；

步骤7：所述旋转粘度计的转子保护架上的温度传感器检测所述样品杯内的被测液体温度，并将检测值反馈给所述总控制器，当温度值达到设定值时，所述旋转粘度计开始进行粘度检测；当温度值没有达到设定值时，所述总控制器向所述温度控制模块发送加热指令，所述温度控制模块控制测量恒温水浴锅继续加热，直到预设温度，所述旋转粘度计开始进行粘度检测；

检测时，每1s报出10-20个预判数据，所述旋转粘度计将检测到的预判数据发送给所述数据采集分析单元，所述数据采集分析单元判断预判数据是否在允许偏差内，否则继续判断识别；直至达到允许偏差内，开始检测粘度，取3分钟平均值为测量值；

步骤8：一个样品杯内的被测液体测量结束后，所述粘度计调节架带动所述旋转粘度计依次经过所述喷淋装置和超声波清装置进行清洗，清洗后再经过所述恒温风干箱进行烘干，烘干后所述旋转粘度计复位，等待下次检测；

步骤9：重复所述步骤5到步骤8的操作，对预热恒温水浴锅内的剩余样品杯内的被测液体依次进行检测。

本发明提供的全自动智能液体动力粘度测量装置具有以下有益效果：

(1)该装置集人工智能与自动化于一体，可一次性批量测试液体化工产品或原油的动力粘度；

(2)该装置具有自主识别与调节温度的温控功能，抓取、释放、升降、平移、旋转等多角度移动样品杯的运动定位功能，升降、平移、旋转粘度计的运动定位调节功能，清洗与烘干转子的清洗烘干功能，采集、分析数据的校准与检测功能等五大功能系统，五大系统通过运动软件和检测软件协调联动、有机控制；

(3)可根据工作需要选择安装低量程范围或高量程范围等测量主机；可根据不同产品的重复性或再现性要求，测试时及时调节标准偏差在10％～0.1％的精准度范围；

(4)与现有产品相比，该装置的温控功能满足了检测的环境条件要求、运动功能避免了手动进退样品的外溢事故、清洗烘干功能地降低了转子手洗磨损程度、校准检测功能的实时在线分析提高了测量结果的精准度，通过分析比较，该仪器比手动分析方法可提高工作效率350％；解决了现有技术中存在的检测主机与辅助设备不配套问题、主机的安全移动和精准定位问题、手动装卸样品而引起的污染问题、肉眼观察温度和判定数据问题、检测精准度不高问题和工作效率低下问题。

附图说明

图1为本发明实施例1的全自动智能液体动力粘度测量装置的结构示意图一；

图2为本发明实施例1的全自动智能液体动力粘度测量装置的结构示意图二；

图3为本发明实施例1的全自动智能液体动力粘度测量装置的结构示意图三；

图4为粘度测量单元的结构示意图；

图5为样品接送单元的结构示意图；

图6为恒温风干箱的结构示意图；

图7为旋转分度平台的结构示意图。

附图标记说明：

支架1、旋转粘度计2、粘度计调节架3、预热恒温水浴锅4、测量恒温水浴锅5、样品杯6、机械臂7、机械手8、喷淋装置9、超声波清装置10、恒温风干箱11、风机12、控制单元13、电源模块14、电源开关15、启动开关16、停止开关17、复位开关18、急停开关19、清洗液储存箱20、废液收集箱21、基座22、工作台23、支撑架31、旋转分度平台32、立式丝杠滑轨33、u型滑块34、旋转电机35、支撑板36、电动推杆37、丝杠电机38、加热模块111、出风口112、安装座321、转盘322。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。

实施例1

本发明提供了一种全自动智能液体动力粘度测量装置，该装置具有自主识别与调节温度的温控功能，抓取、释放、升降、平移、旋转等多角度移动样品杯的递送功能，升降、平移、旋转粘度计的运动定位调节功能，清洗与烘干转子的清洗烘干功能，采集、分析数据的校准与检测功能等五大功能系统。五大系统通过运动软件或检测软件协调联动、有机控制。具体如图1所示，包括机架和设置在机架上的粘度测量单元、样品接送单元、恒温水浴单元、清洗单元、烘干单元、控制单元13和数据采集分析单元；

机架包括支架1和设置在支架1顶部的工作台23；

恒温水浴单元包括预热恒温水浴锅4和测量恒温水浴锅5，测量恒温水浴锅5和预热恒温水浴锅4分别设置在工作台23前方左右两侧，测量恒温水浴锅5用于对被测液体进行恒温控制，预热恒温水浴锅4用于对被测液体进行恒温预热；

粘度测量单元包括旋转粘度计2和粘度计调节架3，粘度计调节架3固定在工作台23上、且位于测量恒温水浴锅5的后方，旋转粘度计2固定在粘度计调节架3上，旋转粘度计2用于测量被测液体的粘度值，粘度计调节架3带动旋转粘度计2实现升降、平移和旋转运动；

样品接送单元固定在工作台23上、且位于预热恒温水浴锅4的后方，样品接送单元用于在预热恒温水浴锅4和测量恒温水浴锅5之间往复夹取、释放装有被测液体的样品杯6；本实施例中，样品杯6为铜杯，预热恒温水浴锅4内设置有六个与样品杯6配合的定位孔架，六个样品杯6上标记有依次连续的编号。铜的导热性能好、密度大，铜质样品杯可以提高整个检测效率。本实施例中，测量恒温水浴锅5的外径尺寸(长×宽×高)为：外形尺寸510×345×315mm；水槽口尺寸(长×宽×深)160mm×140mm×170mm，自带显示屏，温度分辨率0.1℃，温度的波动率0.5℃，带内循环装置。同时，预热恒温水浴锅4的外径尺寸(长×宽×高)为：590mm×420mm×240mm，水槽尺寸(长×宽×深)：380mm×300mm×150mm，温度分辨率0.1℃，温度的波动率0.5℃，带内循环装置。可容纳6只烧杯。样品杯外径、壁厚、高度尺寸：70mm×1.5mm×140mm，材料：紫铜，导温快，密度大。

清洗单元固定在工作台23上、且位于粘度计调节架3的右侧，清洗单元用于清洗旋转粘度计2的转子；

烘干单元固定在工作台23上、且位于粘度计调节架3的左侧，烘干单元用于对清洗完的转子进行干燥；

控制单元13设置在工作台23底部，控制单元13用于控制粘度测量单元、样品接送单元、清洗单元和烘干单元的运动、及恒温水浴单元的控温；数据采集分析单元用于采集旋转粘度计2测量到的粘度数据，并对粘度数据进行采集和分析。

具体的，本实施例中，粘度计调节架3包括支撑架31、旋转分度平台32、立式丝杠滑轨33和u型滑块34；旋转分度平台32包括安装座321和与安装座321顶部转动连接的转盘322，支撑架31固定在工作台23上，安装座321固定在支撑架31上，立式丝杠滑轨33固定在述转盘322上，立式丝杠滑轨33两侧沿高度方向开设有与u型滑块34配合的滑槽，u型滑块34卡在式丝杠滑轨33上并沿滑槽上下滑动。

支撑架31底部设置有旋转电机35，旋转电机35的输出轴穿过支撑架31并与旋转分度平台32固定连接，立式丝杠滑轨33顶部设置有丝杠电机38，丝杠电机38的输出轴连接有丝杠，丝杠设置在立式丝杠滑轨33内，丝杠上螺纹连接有丝杠螺母，丝杠螺母上固定有丝杠螺母座，u型滑块34与丝杠螺母座固定连接；u型滑块34外壁设置有支撑板36，支撑板36上设置有电动推杆37，电动推杆37的推杆端部连接旋转粘度计2的机身。本实施例中，旋转电机35和丝杠电机38均为步进电机，，精度0.05mm，减速比1:10。

进一步地，本实施例中，样品接送单元包括四轴机器人，四轴机器人包括基座22、机械臂7和机械手8，基座22固定在工作台23上，机械臂7后端与基座22转动连接，机械手8安装在机械臂7的前端。本实施例中，机械手8为三爪结构，支架1上设置有气泵24，机械手8的抓取动力来源为气泵24的压缩空气，机械臂7的旋转、垂直升降和水平伸缩的动力来源为步进电机。具体的，样品接送单元的最大动作半径600mm，z轴范围200mm，使用水平多关节机器人，可搬运重量6kg。平移、升降、旋转移动系统，z轴移动部分：动力来源步进电机，机械采用滚珠丝杆，直线滑轨，承载10kg以上，驱动使用脉冲输出驱动。旋转分度平台部分采用步进电机作为动力输出，精度0.05mm，减速比1:10，十字交叉滚动结构，高强度，高精度。

进一步地，本实施例中，清洗单元包括喷淋装置9和超声波清装置10，喷淋装置9设置在测量恒温水浴锅5后侧，超声波清装置10设置在喷淋装置9后侧，喷淋装置9包括喷淋箱和设置在喷淋箱内壁四周的高压喷头。喷淋装置9为初步清洗和漂洗部分，超声波清装置10为精洗，用50℃清水喷淋，去除死角的顽渍，达到最终漂洗的目的。超声波清洗机功率100w，加热器600w恒温控制。内腔尺寸：230×140×130mm。喷淋装置9将预热恒温清洗液分散成微小液雾状液体对转子进行淋洗后，粘度计调节架3将旋转粘度计2移动至超声波清洗装置10内进一步用温水清洗干净。

烘干单元包括恒温风干箱11和风机12，恒温风干箱11内设置有加热模块111，加热模块111上设置有出风口112，恒温风干箱11设置在超声波清装置10左侧，风机12的出风口与加热模块111连通。清洗后的旋转粘度计2的转子经过风刀去除水珠以及风干，风机进行测试仪的预加热。风刀：压缩空气通过气隙带动空气产生高压气流带走水珠和风干。风机：1000w。

进一步地，本实施例中，旋转粘度计2的转子保护架上设置有温度传感器，控制单元13包括总控制器与总控制器通信连接的样品接送控制模块、旋转粘度计位移控制模块、温度控制模块、清洗控制模块和烘干控制模块，温度传感器与旋转粘度计位移控制模块电连接，样品接送控制模块用于控制样品接送单元的升降、平移、旋转和抓取动作，旋转粘度计位移控制模块用于控制粘度计调节架3的升降、平移和旋转，温度控制模块用于控制预热恒温水浴锅4和测量恒温水浴锅5的运行，清洗控制模块用于控制喷淋装置9和超声波清装置10的运行，烘干控制模块用于控制风机12的运行。

进一步地，本实施例中，工作台23底部设置有电源模块14，机架侧壁还设置有与总控制器电连接的电源开关15、启动开关16、停止开关17、复位开关18和急停开关19，电源模块14为整个装置供电。

进一步地，本实施例中，机架侧壁还设置有清洗液储存箱20和废液收集箱21，清洗液储存箱20与喷淋装置9连通，废液收集箱21与喷淋装置9和超声波清装置10分别连通。

本实施例还提供一种全自动智能液体动力粘度测量装置的测量方法，对原油的粘度进行测量，包括以下步骤：

步骤1：用不同的粘度液对旋转粘度计2进行校准；

步骤2：在预热恒温水浴锅4和测量恒温水浴锅5内装入清水，打开开关预热半小时；

步骤3：将原油放入样品杯6中，液体表面距离杯口1.5cm刻度线处；

步骤4：按照编号顺序将装有原油的样品杯6依次放入已预热的预热恒温水浴锅4内，再预热1小时；

步骤5：四轴机器人22和气泵24对机械臂7和机械手8进行控制，机械臂7旋转至预热恒温水浴锅4上方，通过平移使得机械手8对正一个样品杯6，机械臂7带动机械手8下降至样品杯6上边缘1cm处，机械手8夹取到一个样品杯6，机械臂7带动机械手8依次上升、旋转至测量恒温水浴锅5的槽口上方，然后机械手8下降、将样品杯6放入测量恒温水浴锅5的槽口内并停放1-2s后松开，样品接送单元复位；

步骤6：粘度计调节架3带动旋转粘度计2从原点位置顺时针旋转至测量恒温水浴锅5正上方，然后下降直到旋转粘度计2的转子刻度线与原油的液面相平，停止转动；

步骤7：旋转粘度计2的转子保护架上的温度传感器检测样品杯6内的原油温度，并将检测值反馈给总控制器，当温度值达到设定值时，旋转粘度计2开始进行粘度检测；当温度值没有达到设定值时，总控制器向温度控制模块发送加热指令，所温度控制模块控制测量恒温水浴锅5继续加热，直到预设温度，旋转粘度计2开始进行粘度检测；

检测时，每1s报出10-20个预判数据，旋转粘度计2将检测到的预判数据发送给数据采集分析单元，数据采集分析单元判断预判数据是否在允许偏差内，否则继续判断识别；直至达到允许偏差内，开始检测粘度，取3分钟平均值为测量值；

步骤8：一个样品杯6内的原油测量结束后，粘度计调节架3带动旋转粘度计2依次经过喷淋装置9和超声波清装置10进行清洗，清洗后再经过恒温风干箱11进行烘干，烘干后旋转粘度计2复位，等待下次检测；

步骤9：重复步骤5到步骤8的操作，对预热恒温水浴锅内的剩余样品杯6内的原油依次进行检测。

相比传统手动工艺，该装置的温控功能满足了检测的环境条件要求、运动功能避免了手动进退样品的外溢事故、清洗烘干功能地降低了转子手洗磨损程度、校准检测功能的实时在线分析提高了测量结果的精准度，通过分析比较，该装置比手动分析方法可提高工作效率350％。同时，该装置还可根据工作需要选择安装低量程范围(1毫帕·秒～100毫帕·秒)或高量程范围(10毫帕·秒～20×10⁶毫帕·秒)等测量主机；可根据不同产品的重复性或再现性要求，测试时及时调节标准偏差在10％～0.1％的精准度范围。

实际应用情况

在前期测试阶段，已经开展了200余次原油动力粘度分析测试，期间克服了用毛细管粘度计法无法测定深黑色原油运动粘度的实际困难，并成功地发现了延长油田靖边东南部地区稠油油藏，从而首次在鄂尔多斯盆地中部发现稠油。

以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。