基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置及方法制造方法及图纸

基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置及方法属于液体的粘滞系数检测技术领域。检测装置包括三角铁架台、磁致伸缩位移传感器、温度传感器、量筒、压力传感器和数据处理及显示装置。本发明专利技术的装置中配备温度传感器和压力传感器可测量温度和密度，考虑两者对实验测量结果的影响，对实验结果进一步修正，精确度大大提高。局限性大大减小，磁致伸缩位移传感器金属探杆入液体一定深度便可测量，只要满足这一条件任意液体任何地点都可测量。磁致伸缩位移传感器输出连续信号，较脉冲信号相比，稳定，响应速度快，精度高，可移植性好，易于与数据处理及显示装置连接。

Detection device and method of irrigation water viscosity coefficient based on magnetostrictive displacement sensor

The detection device and method of irrigation water viscosity coefficient based on magnetostrictive displacement sensor belong to the technical field of liquid viscosity coefficient detection. The detection device includes triangular iron stand, magnetostrictive displacement sensor, temperature sensor, measuring cylinder, pressure sensor and data processing and display device. The device is equipped with a temperature sensor and a pressure sensor to measure temperature and density. Considering the influence of the two on the experimental results, the experimental results are further modified and the accuracy is greatly improved. The limitation is greatly reduced. The metal probe of magnetostrictive displacement sensor can be measured at a certain depth into the liquid, so long as this condition is satisfied, any liquid can be measured anywhere. Magnetostrictive displacement sensor output continuous signal. Compared with pulse signal, it is stable, fast response, high precision, good portability and easy to connect with data processing and display device.

【技术实现步骤摘要】
基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置及方法
本专利技术属于灌溉水粘滞系数检测
，特别是涉及到一种基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置及方法。
技术介绍
实行灌区用水的按方收费有利于促进水资源科学合理利用，提高农业用水效率，与之配套的科学实用的水量计量设施研发是实现灌区节水目标的关键环节。在进行灌区水量计量设施研发中，通过数值模拟软件构建数学模型时，需要准确输入灌溉水的粘滞系数，此参数对于保证数学模型计算的准确性和研究成果的可靠性十分重要。粘滞系数是描述液体内摩擦力性质的一个重要物理量。它表征液体反抗形变的能力，只有在液体内存在相对运动时才表现出来。研究和测定液体的粘滞系数，不仅在材料科学研究方面，而且在工程技术以及其他领域有很重要的作用。在流体力学以及化工原理等领域有着巨大的贡献，这些学科从始至终都与粘滞系数有着密切的联系。在水利工程领域中进行量水槽数值模拟时同样需要粘滞系数的测量。目前关于这一领域的研究成果有北京工业大学的吴斌等人的专利，其专利申请号为201210248592.X，专利名为基于超声导波的液体粘滞系数检测装置及方法。该专利具有如下缺点：1、输出信号为脉冲信号，其响应速度慢，不够精确稳定。2、多个检测装置无法实现自动检测，操作繁琐，其装置不能直接测量与液体粘滞系数紧密相关的液体参数，如液体的密度等物理参数。3、其信号的频率过高，会引起信号漂移，降低装置稳定性。4、其装置的探杆长度长达1米，装置体积笨拙。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置及方法用于解决现有技术中利用超声导波的液体粘滞系数检测方法响应速度慢、操作繁琐、装置稳定性差等技术问题。基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置，包括三角铁架台、磁致伸缩位移传感器、温度传感器、量筒、压力传感器和数据处理及显示装置，所述三角铁架台的一侧底座为永磁体底座，三角铁架台的支架与磁致伸缩位移传感器的上部活动连接；所述永磁体底座的上部固定安装有托盘，永磁体底座与托盘之间设置有压力传感器；所述量筒放置于托盘的上部，量筒内盛装待测液体；所述磁致伸缩位移传感器的金属探杆延伸至待测液体中，金属探杆上设置有永磁体磁环；所述温度传感器放置于待测液体中；数据处理及显示装置包括单片机、重量变送器、电源模块和显示装置，数据处理及显示装置分别与磁致伸缩位移传感器、温度传感器以及压力传感器连接；所述单片机分别与重量变送器、电源模块以及显示装置连接。所述三角铁架台的支架上设置有刻度线。所述数据处理及显示装置上设置有总电源线、电源指示灯、数据传输端口、磁致伸缩位移传感器数据传输总线、温度传感器数据传输总线和压力传感器数据传输总线。所述显示装置为LCD1602液晶显示屏。所述电源模块为220V交流转24V直流开关电源。所述单片机为ArduinoUNO型号单片机。所述待测液体为灌溉水。基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测方法，利用所述的基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，步骤一、将空量筒放置于托盘上，开启电源，压力传感器检测空量筒的压力值并通过重量变送器和单片机转换成空量筒质量值并存储至单片机；步骤二、将灌溉水注入量筒，读取灌溉水液面值，并输入至数据处理及显示装置，获得灌溉水的体积值，压力传感器检测注入灌溉水后的压力值并通过重量变送器和单片机转换成量筒及灌溉水的质量值并存储至单片机；步骤三、通过磁致伸缩位移传感器获得空气中回波信号频率的频域幅值；步骤四、将磁致伸缩位移传感器放入灌溉水中，并用三角铁架台固定，根据三角铁架台的支架上设置的刻度线读取待测液面的数值以及金属探杆的下底面所在平面的数值，两个数值取差值获得金属探杆润深度l；步骤五、通过磁致伸缩位移传感器获得灌溉水中回波信号频率的频域幅值；步骤六、根据获得的空气中回波信号频率的频域幅值、灌溉水中回波信号频率的频域幅值、金属探杆润深度l以及液体衰减系数计算公式获得灌溉水能量衰减系数系数；步骤七、根据步骤一中得的空量筒质量值以及步骤二中获得的量筒及灌溉水的质量值取差值，获得灌溉水的质量值，根据灌溉水的质量值以及步骤二中获得的灌溉水的体积值，获得灌溉水的密度ρl；步骤八、根据金属探杆的金属种类查表，获得金属探杆的密度ρr和金属探杆的属性G，根据剪切波波速公式获得剪切波波速cr，用螺旋测微计测量获得金属探杆的半径，通过示波器测得激励频率，根据灌溉水的密度ρl和金属探杆的密度ρr，通过量纲—密度ρ公式：ρ＝ρl/ρr获得量纲—密度ρ；步骤九、根据液体粘滞系数公式，获得灌溉水的粘滞系数；步骤十、通过温度传感器获得灌溉水的温度并保持温度不变，重复步骤三、步骤五以及步骤九，获得灌溉水的粘滞系数，将灌溉水的粘滞系数取平均值，该平均值为灌溉水在该温度下的灌溉水的粘滞系数。所述液体能量衰减系数α计算公式为：式中，α(f)为能量衰减系数；l为金属探杆润深度；Fa(f)为空气中回波信号频率的频域幅值；Ff(f)为浸润深度l时回波信号中频率的频域幅值。所述液体粘滞系数η计算公式如下：式中，η为液体粘滞系数；cr为剪切波波速；γ为金属探杆的半径；f为激励频率；α为能量衰减系数；ρl为液体密度；ρ为量纲—密度。通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：本专利技术基于磁致伸缩位移传感器，以检测液体能量衰减系数为主要思想，制成液体粘滞系数检测装置。磁致伸缩位移传感器以浸入液体的方式采集信号，为了更好的测量结果，把采集到的信号传输到数据处理及显示装置中进行数据处理，并配备LCD液晶显示屏实时数字显示，为确保检测结果的正确性，设置压力传感器，温度传感器检测温度和密度，使实验结果更加精确，并通过LCD液晶显示屏实现自动显示示数。磁致伸缩位移传感器输出连续电压信号，具有测量精确和信号稳定等优点。本专利技术的优势有四点：1、装置中配备温度传感器和压力传感器可测量温度和密度，考虑两者对实验测量结果的影响，对实验结果进一步修正，精确度大大提高。2、局限性大大减小，磁致伸缩位移传感器金属探杆入液体一定深度便可测量，只要满足这一条件不仅能够用于测量灌溉水，任意液体任何地点都可测量。3、磁致伸缩位移传感器输出连续信号，较脉冲信号相比，稳定，响应速度快，精度高，可移植性好，易于与数据处理及显示装置连接。4、装置可移植性好，易于与21Arduino连接。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明：图1为本专利技术基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置及方法中装置的结构示意图。图2为本专利技术基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置及方法中数据处理及显示装置的结构框图。图3为本专利技术基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置及方法中磁致伸缩位移传感器的原理图。图4为本专利技术基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置及方法中波导丝的形变放大图。图5为本专利技术基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置及方法中数据处理及显示装置的数据处理流程框图。图6为本专利技术基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置及方法的实施例中磁致伸缩位移传感器检测到的灌溉水中的信号图。图7为本专利技术基于磁致伸缩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置，其特征是：包括三角铁架台(1)、磁致伸缩位移传感器(2)、温度传感器(3)、量筒(4)、压力传感器(5)和数据处理及显示装置(6)，所述三角铁架台(1)的一侧底座为永磁体底座，三角铁架台(1)的支架与磁致伸缩位移传感器(2)的上部活动连接；所述永磁体底座的上部固定安装有托盘(7)，永磁体底座与托盘(7)之间设置有压力传感器(5)；所述量筒(4)放置于托盘(7)的上部，量筒(4)内盛装待测液体；所述磁致伸缩位移传感器(2)的金属探杆延伸至待测液体中，金属探杆上设置有永磁体磁环；所述温度传感器(3)放置于待测液体中；数据处理及显示装置(6)包括单片机、重量变送器、电源模块和显示装置，数据处理及显示装置(6)分别与磁致伸缩位移传感器(2)、温度传感器(3)以及压力传感器(5)连接；所述单片机分别与重量变送器、电源模块以及显示装置连接。

【技术特征摘要】
1.基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置，其特征是：包括三角铁架台(1)、磁致伸缩位移传感器(2)、温度传感器(3)、量筒(4)、压力传感器(5)和数据处理及显示装置(6)，所述三角铁架台(1)的一侧底座为永磁体底座，三角铁架台(1)的支架与磁致伸缩位移传感器(2)的上部活动连接；所述永磁体底座的上部固定安装有托盘(7)，永磁体底座与托盘(7)之间设置有压力传感器(5)；所述量筒(4)放置于托盘(7)的上部，量筒(4)内盛装待测液体；所述磁致伸缩位移传感器(2)的金属探杆延伸至待测液体中，金属探杆上设置有永磁体磁环；所述温度传感器(3)放置于待测液体中；数据处理及显示装置(6)包括单片机、重量变送器、电源模块和显示装置，数据处理及显示装置(6)分别与磁致伸缩位移传感器(2)、温度传感器(3)以及压力传感器(5)连接；所述单片机分别与重量变送器、电源模块以及显示装置连接。2.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置，其特征是：所述三角铁架台(1)的支架上设置有刻度线。3.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置，其特征是：所述数据处理及显示装置(6)上设置有总电源线、电源指示灯、数据传输端口、磁致伸缩位移传感器数据传输总线、温度传感器数据传输总线和压力传感器数据传输总线。4.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置，其特征是：所述显示装置为LCD1602液晶显示屏。5.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置，其特征是：所述电源模块为220V交流转24V直流开关电源。6.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置，其特征是：所述单片机为ArduinoUNO型号单片机。7.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置，其特征是：所述待测液体为灌溉水。8.基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测方法，利用如权利要求1所述的基于磁致伸缩位移传感器灌溉水粘滞系数检测装置，其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，步骤一、将空量筒(4)放置于托盘(7)上，开启电源，压力传感器(5)检测空量筒(4)的压力值并通过重量变送器和单片机转换成空量筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜义，刘鸿涛，赵瑞娟，刘国松，李长雨，杨冬艳，吴波，王征，刘春友，黄树友，张锦光，余飞，丁毓博，孙梦媛，顾浩，魏久棋，于明舟，牛炎，廖明炎，龙昱帆，蔡蝶，赵凯，
申请(专利权)人：长春工程学院，
类型：发明
国别省市：吉林,22