基于电磁感应的液体粘度测量方法研究

前期主要工作

（1）理论分析

对活塞在充满液体的柱状不锈钢容器中运动时所受到的液体的粘性阻力进行理论分析；对电磁线圈的电磁场强度，以及其对永磁铁活塞的电磁驱动力的变化规律进行理论分析。

（2）机械探头结构设计

机械探头结构需要实现的功能是为两个电磁线圈提供安装空间，并为永磁铁活塞提供运动空间，其中电磁线圈驱动活塞做往复运动。同时探头需要能够浸入液体中，使液体能够自由进入活塞的运动空间，从而测量液体的粘度。

（3）驱动信号产生电路设计

由测量原理可知，电磁线圈需要驱动永磁铁活塞做往复运动，所以，要对两个电磁线圈分别加载驱动信号。根据测量要求中活塞的运动规律，两个线圈的驱动信号应为互补信号，且其变化规律由活塞的运动规律的反馈来进行控制。

（4）反馈测量部分电路设计

测量系统是根据活塞运动规律实时产生驱动信号，这就要求系统能够检测活塞运动规律的反馈信号，并记录活塞往复运动的时间，从而得到被测液体的粘度。

（5）硬件程序编写

根据驱动信号的产生和反馈信号的检测以及记录活塞的往复运动时间的要求，编写硬件程序，并将记录的数据传送到上位机进行处理。

实验设计路线

基于电磁感应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电磁线圈驱动永磁体活塞在被测液体中往复运动。其中要求：被测液体能够自由进入活塞的运动空间；线圈的安装空间具有良好的密封性。软件程序设计主要实现测量系统的控制功能和处理功能。

1.信号产生电路设计

信号产生电路设计既电磁线圈驱动信号产生电路设计，要求产生驱动信号驱动两个电磁线圈实现两个电磁线圈交替通电，从而驱动两个线圈之间的柱状永磁铁活塞往复运动。

为了使电磁线圈对柱状永磁铁活塞的驱动力为恒力，本系统采用恒定电压的方波信号作为驱动信号。

方波产生电路方案选择

微控制器产生方波实现非常简单，主要是利用I/O口产生高低电平，再经后续电路的处理即可。后续电路的处理主要有以下方法：

1.利用D/A转换器将I/O口输出电平转换成模拟信号，再将放大电路放大；

2.直接将I/O口输出电平进行隔离放大，作为驱动信号；

3.将I/O口输出电平进行隔离放大后控制功率器件的通断，从而产生驱动信号。

综合分析利用微控制器产生方波实现方便，易于调节。并且考虑到后续感应信号检测处理电路的需要，使用微控制器更能满足要求。