基于落球法的液体粘度测量方法研究

由于方案一的机械部分较难做，检测电磁场产生的电压信号误差很大，不容易控制，最终选择方案二。

数学模型

如图所示，让小球下落进入待测液体中，小球刚落进液体时作加速运动，随着其速度的增大，它收到的粘性力不读那增大，直至它所受的合理为零，这时小球匀速下落 根据物体的平衡条件，课的平衡方程为:

式中F粘为小球收到的粘性力，根据斯托克托公式F粘=，其中r为小球的半径，为待测液体的粘度，v为小球在液体中下落的速度，F浮为小球所受到的浮力，F浮=,其中为待测液体密度，g为当地的重力加速度，F滑轮为两滑轮的阻力，将这些带入公式，进而推出理想粘度公式：

式中为滑轮的阻力系数。

但是在测量时，待测液体是盛放在容器里的，并不满足无限宽广的条件，这时测得的速度Vo和理想状态下的速度V有如下关系式：

V=Vo（1+2.4r/R）(1+3.3r/h)

式中R为圆筒内半径，h为筒内液体高度。

因此只需通过测量速度Vo得出V，并指导待测液体的密度，带入公式即可求出液体粘性。

设计路线

基于落球法的液体粘度测量系统设计主要包括控制处理电路设计、机械结构部分设计和软件程序设计三部分。控制处理电路设计主要包括：核心控制处理芯片的选择、芯片的外围电路设计、控制电路电路设计和处理电路电路设计。机械结构部分设计旨在实现小球和参考物体可以在滑轮上滑动即可。其中要求：小球尽量能够匀速运动，滑轮的摩擦系数尽量小。主要框图如下：

总体设计框图

总体构架

 主控芯片采取我们申请的PIC单片机即可，其具体结构我们已经大致掌握了，在这里就不一一做介绍了，下面介绍其他模块。

传感器电路的设计

由于我们在引线上放了一片黑色轻质板，通过传感器感应高低电平来检测时间，那么就用我们熟悉的ST188来检测即可，比较器用LM324，这样就可以达到预期的效果了，传感器电路图如下：

外围模块的设计

显示部分用我们熟悉的1602显示即可，键盘输入也为常规电路，其电路图如下：