[发明专利]重力式毛细管粘度仪高精度自动计时方法

说明书

技术领域

重力式毛细管粘度仪高精度自动计时方法，本发明涉及一种自动计时方法，具体地说，涉及一种重力式毛细管粘度测试仪器的高精度自动计时方法，属于光机电检测与信号处理领域，也可用于其它领域的液位检测。

技术背景

重力式毛细管粘度仪因原理简单、测量精度高，广泛应用于化工、纺织、医药、国防等行业，它通过测量牛顿液体流经粘度管的计时起点刻度线与计时终点刻度线之间的时间差，确定牛顿液体的粘度，因此，高精度计时是实现重力式毛细管粘度仪自动粘度测量的关键技术之一。

现有的重力式毛细管粘度仪计时方法有：(1)传统的方法是通过人眼判断被测液体的凹型液面流经粘度管计时刻度线，并配合秒表完成，这种方法工作效率低且测量误差大；(2)以光电开关或光纤传感器为检测部件，根据液位变化时检测部件的输出电压不同，利用比较电路和波形整形电路，完成计时起点刻度线和计时终点刻度线的检测，这种方法可以实现自动计时，但没有考虑因不同被测液体液位改变而造成的检测电压的差异，也没有考虑被测液体下降时产生的凹形液面对检测精度的影响，因此必然会产生较大的检测误差；(3)以光电传感器为检测部件，根据液位变化时，因凹型液面存在而使得检测部件的输出电压会产生一个峰值(最小值)，利用微控制器，采用峰值检测方法，自动完成计时起点刻度线和计时终点刻度线的检测，这种方法考虑了凹型液面对检测精度的影响，但同时却产生一个最大误差为采样间隔时间的计时误差，考虑到硬件的限制而使得液位信息采样率不能太高，因此这种方法也会存在较大的检测误差。

发明内容

为克服已有技术的不足，本发明的目的在于提供一种重力式毛细管粘度仪高精度自动计时方法，该方法能够准确、实时完成重力式毛细管粘度仪自动计时，检测精度高，误差小。

参见附图1，被测液体在粘度管中由于吸附作用和表面张力的作用，其表面呈近似球形凹面，当被测液体的凹型液面没有处在计时刻度线时，即凹型液面处在非计时刻度线区，其检测到的液位电压几乎保持不变；当被测液体的凹型液面下降到计时刻度线时，即凹型液面处在计时刻度线区，光电检测部件红外光发射部分发出的红外光经液面反射、折射，接收部分接收的红外光大大衰减，其产生的液位检测电压随之减小，经信号调理、模数转换得到的电压信号较正常时发生改变。同时，凹型液面完全流过计时刻度线需要一定时间，因此液位检测电压不能突变，而是一个与液体下降速度有关的缓慢变化过程，该变化过程与被测液体的粘度密切相关，该变化过程对重力式毛细管粘度仪的检测精度(即计时精度)产生极大的影响。

基于以上分析，本发明提出的重力式毛细管粘度仪高精度自动计时方法，其特征在于，以光电传感器为液位检测部件，利用间歇采样方法，当凹型液面处于非计时刻度线区时，采用最大的采样间歇时间，得到非计时刻度线区的液位检测电压，求得该计时刻度线区检测电压方程(该区域的液位检测电压几乎不变，电压曲线为一水平直线)，记为l_a；当凹型液面处于计时刻度线区时(即以计时刻度线为中心的某个邻域，液位检测电压开始变化的区域)，利用变采样率技术，调整采样间歇时间，通过检测重力式毛细管粘度仪中被测液体的液位电压变化值，利用罗曼诺夫斯基准则，确定曲线拟合的起点，采用基于最小二乘法曲线拟合方法，求得计时刻度线区检测电压的曲线方程，记为l_f，l_f与l_a的交点即为计时点，通过上述方法找到计时起点并自动开始计时，记为t₀，利用同样的方法，找到计时终点并自动停止计时，记为t₁，两者之差即为被测液体流经重力式毛细管粘度仪计时起点刻度线与计时终点刻度线的时间。它包括以下步骤：

(1)液位检测电压采集与预处理

以光电传感器为液位检测部件，利用模数转换器，完成液位检测电压的采集。由于液位检测电压受噪声和其它外界信号干扰，微控制器或其他嵌入式系统设备利用一种数字滤波方法完成采样信号的预处理，该方法连续采样Q个液位检测电压，并对其按从小到大顺序排列得到x_j，去掉前、后各W个采样值，对其余Q-2W个x_j进行均值滤波，即