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基于重力式毛细管的智能粘度仪设计

2020-12-06阅读(655)

基于重力式毛细管的智能粘度仪设计

论文摘要

粘度测量在石油、化工、交通等众多国民经济领域应用广泛,是控制生产流程、保证安全生产、评定产品质量和科学研究的重要手段。针对目前国内大多毛细管粘度测量仪器仍需手动计时、自动化程度不高,而国外进口设备则价格昂贵的现状,本文提出并设计了一种基于重力式毛细管粘度计、采用光电液位精确读数、采用超低功耗单片机MSP430F449进行信息处理的智能粘度仪。智能粘度仪应用自适应动态补偿方法,使数字温度传感器DS1624的响应时间缩短至补偿前的3040%;采用水浴温度改进型模糊控制方法,将Bang-Bang控制、模糊控制和仿人智能控制有机结合,实现水浴温度控制误差≤0.05℃,优于粘度测量国家标准GB10247-88（≤0.1℃）;专用的红外光电液位检测装置辅以基于最小二乘法线性拟合和罗曼诺夫斯基准则的自适应液位检测方法,使得粘度测试的重复性远远优于粘度测量国家标准GB10247-88（≤0.35%）;应用虚拟仪器软件LabVIEW编制上位机管理软件,界面友好,有效实现了各种测量信息的管理。全文共分为六部分:第一章主要介绍粘度定义及其测量意义,论述现有的粘度测量现状,指出本文的工作重点。第二章在介绍重力式毛细管工作原理的基础上,给出智能粘度仪的系统构成与工作流程。第三章基于数字温度传感器DS1624,提出一种自适应动态补偿方法,以改善其动态性能;提出一种水浴温度改进型模糊控制算法,将Bang-Bang控制、模糊控制以及仿人智能控制有机结合,实现了水浴温度的快速、准确控制,探讨了控制器的参数整定方法。第四章以光电传感器为检测部件,采用时钟/日历芯片DS1390计时,提出一种基于最小二乘法线性拟合和罗曼诺夫斯基准则的自适应液位检测方法。第五章介绍智能粘度仪具有的人机接口,包括串行点阵式液晶显示模块SO12864-17A的接口时序及界面设计,微型热敏打印机T1ARD0-20E325的接口时序及其控制命令集,以及利用虚拟仪器软件LabVIEW开发的上位机程序设计。第六章分析基于智能粘度仪的误差来源并给出剔除方法,从抗干扰设计、低功耗设计和仪器自检三个方面论述智能粘度仪的可靠性设计技术,简单介绍仪器的工程实现。实测结果表明,仪器的各项指标均达到或优于工业粘度计国家标准要求,计时误差≤0.5%,重复性优于0.35%,水浴温度控制准确度达0.05℃,操作简单,测量准确,智能化程度高。在保证技术先进的同时,仪器也具有明显的价格优势。项目的广泛应用,必将对行业进步和地区经济产生积极的推动作用。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 粘度及其测量
  • 1.2 工业粘度测量的技术现状
  • 1.3 项目来源与主要技术特点
  • 1.4 本文研究的主要内容
  • 第2章 智能粘度仪的构成与工作机理
  • 2.1 智能粘度仪的工作原理
  • 2.2 智能粘度仪的系统构成
  • 2.3 智能粘度仪的工作流程
  • 第3章 智能粘度仪温度测控单元设计
  • 3.1 数字温度传感器 DS18B20和DS1624
  • 3.2 基于加热器+压缩机的联合控温方案
  • 3.3 数字温度传感器的自适应动态补偿方法
  • 3.3.1 数字温度传感器自适应动态补偿原理
  • 3.3.2 自适应决策的实现
  • 3.3.3 数字温度传感器动态补偿网络设计
  • 3.3.4 数字低通滤波器设计
  • 3.3.5 自适应动态补偿参数的影响
  • 3.3.6 数字温度传感器自适应动态补偿实验
  • 3.4 水浴温度控制算法
  • 3.4.1 水浴温度的控制模型
  • 3.4.2 仿人智能温度控制算法
  • 3.4.3 基于 MSP430F449 的水浴温度改进型模糊控制方法
  • 3.4.4 水浴温度改进型模糊控制的参数整定
  • 3.4.5 水浴温度控制实验
  • 第4章 智能粘度仪液位自动检测单元设计
  • 4.1 基于光电传感的液位检测方法
  • 4.1.1 智能粘度仪自动计时原理
  • 4.1.2 时钟/日历芯片DS1390
  • 4.2 液位检测单元算法设计
  • 4.2.1 粘度管的自适应选择
  • 4.2.2 液位自适应检测方法
  • 4.2.2.1 液位检测数据预处理方法
  • 4.2.2.2 拟合起点的确定
  • 4.2.2.3 间歇采样点的模糊自适应确定
  • 4.2.2.4 基于线性拟合的计时起点与终点确定
  • 4.2.3 自适应计时实验
  • 第5章 智能粘度仪的人机接口设计
  • 5.1 液晶显示模块 SO12864-17A
  • 5.2 微型热敏打印机 T1ARD0-20E325
  • 5.3 上位机软件设计
  • 第6章 智能粘度仪的误差分析与可靠性设计
  • 6.1 智能粘度仪的误差分析与误差剔除
  • 6.1.1 智能粘度仪的误差来源
  • 6.1.2 智能粘度仪的误差剔除
  • 6.2 智能粘度仪的抗干扰设计
  • 6.2.1 硬件抗干扰设计
  • 6.2.2 软件抗干扰设计
  • 6.3 智能粘度仪的低功耗设计
  • 6.4 智能粘度仪的自检验功能设计
  • 6.4.1 ROM 自检
  • 6.4.2 特殊功能寄存器自检
  • 6.4.3 RAM 自检
  • 6.4.4 显示面板自检
  • 6.5 智能粘度仪的工程实现
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录A 攻读学位期间参与的项目与撰写的学术论文
  • 附录B 智能粘度仪电路图

    • 相关论文文献

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