毛细管粘度计自适应液位检测方法研究

　　1　引　　言

　　毛细管粘度计因原理简单、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,液位自动检测是实现毛细管粘度计自动粘度测量的关键技术之一。毛细管粘度计传统的粘度测量方法是通过人眼判断被测液体的凹型液面流经粘度计计时刻度线,并配合秒表完成[1],工作效率低且测量误差大;采用电容式传感器[2-4]和光敏器件[5-7]可以实现液位自动检测,然而液体在粘度计下降过程中形成的凹型液面对液位检测和粘度测量产生的误差不能忽略;采用峰值检测法实现的粘度计自动液位检测,考虑了凹型液面对液位检测精度的影响,但同时却产生一个最大误差为采样间隔时间的计时误差[8]。为此,本文以光电传感器(即红外发光二极管和红外接收二极管)为检测部件,提出了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精确检测方法,取得了良好的效果。

　　2　毛细管粘度计自动计时原理

　　毛细管粘度计采用粘度的相对测量原理[1],可完成试样的运动粘度和动力粘度的自动测量,测量原理如图1所示。将光电传感器PE1、PE2分别置于计时起点刻度线l2和计时终点刻度线l3,在温度T0和压力P0下,将试样装入U型管的计时球和上存储器至刻度线l1位置,在重力作用下,试样由计时球底部的毛细管流出,当光电传感器PE1检测到被测试样液位下降至l2时,仪器开始自动计时;当光电传感器PE2检测到被测试样液位下降至l3时,仪器自动停止计时,测出时间差t,则被测试样的运动粘度v和动力粘度μ分别为[1]

　　v =Ct              (1)

　　η=ρv                 (2)

　　式中:C为仪器常数;式(2)中,ρ为T ₀温度下、P ₀压力下被测试样的密度。

　　被测试样在粘度计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,如图2所示,当被测试样的凹型液面下降到计时刻度线(l2和l3)时,红外发光二极管发出的红外光经液面反射、折射,红外接收二极管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、AD转换得到的电压信号较正常时发生改变,CPU通过检测此电压变化值,判定液位发生变化。

　　3　毛细管粘度计自适应液位检测方法

　　系统首先以非计时刻度线区(即试样的凹型液面不处于l2和l3刻度线上)液位检测电压一阶差分的标准差为先验知识,自动搜索并确定线性拟合起点,并通过模糊判决自动调整间歇采样的间歇时间;再利用最小二乘法对计时刻度线区(即液体的凹型液面完全通过l2或l3)的液位检测数据进行线性拟合,获得计时起点或计时终点,实现毛细管粘度计的自适应液位检测和自动计时。