基于MSP430F449的智能黏度仪设计

　　0　引言

　　重力式毛细管法是测量牛顿流体运动黏度的一种重要方法,工业应用中,对该测量方法及设备进行了广泛的自动化改造。现有的重力式毛细管黏度自动测量仪一般将恒温槽的温度测控与黏度计管的液位检测分开,采用独立的MCU控制,管理程序编写相对简单,但不利于系统集成,且成本较高[1];温度测量元件一般选用Pt100铂热电阻,其测量精度高,但电路较复杂,且需经常进行温度标定、校准[2];基于光电传感器的液位检测方案,受杂散光、环境以及样品性质多种因素限制。为此,设计了一种基于单MCU(MSP430F449),利用数字温度传感器DS1624准确测量水浴温度,采用电容传感器精确检测液位的能黏度仪,在满足测量准确度要求的前提下,有效地解决了上述测量问题。

　　1　重力式毛细管黏度计的工作原理

　　重力式毛细管黏度计用相对法测量一定体积的液体在重力作用下流经毛细管所需时间,以求得液体的运动黏度[3]。常用毛细管黏度计按结构、形状可分为乌氏、芬氏、平氏、逆流4种。文中以乌氏黏度计为例进行阐述。智能黏度仪的结构框图如图1所示。利用负压将被测液体吸升到乌氏毛细管黏度计的计时标线 A以上约5 mm处后,撤去负压装置,液体自然流下,测定液面通过计时球上、下标线A与B所需要的时间,即可获得被测液体的运动黏度

式中:υ为液体的运动黏度,mm2/s;C为乌氏毛细管黏度计常数,mm2/s2;t为被测液体液面通过计时球上、下标线A与B所需要的时间, s.式(1)中,黏度计常数C可以利用标准黏度液或直接比较法检定获得[4]。因此,被测液体运动黏度υ的自动测量可由恒温(温度波动≤0·1℃)条件下被测样品液面通过计时球上、下标线A与B所需要的时间t确定。

　　2　硬件设计

　　智能黏度仪分为装置系统及单片机系统2部分,见图1。装置系统主要由乌氏毛细管黏度计、水浴和小型潜水泵组成。乌氏毛细管黏度计是黏度测量的标准器具;水浴为黏度的准确测量提供必要的温度环境;小型潜水泵搅动水浴中的水,保持水浴温度的一致性。单片机系统以超低功耗单片机MSP430F449为信息处理单元,主要由温度测控模块、液位自动检测模块、人机接口及通信模块等部分组成。温度测控模块完成水浴温度的采集与控制,包括水浴温度检测装置、继电器控制下的制冷装置(压缩机)以及固态继电器SSR控制下的加热装置(电热管)等部分。液位自动检测模块对被测液体流体流经上下计时标线A、B的时间进行自动计量。单片机计算运动黏度υ,并完成仪器的显示、打印、通信、键盘管理等功能。MSP430F449及其外围控制子模块的连接如图2所示。