CN103983758B - 便携式机动车机油性能检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式机动车机油性能检测装置及方法。本发明中专用参数变送器对在线液体粘度传感器、在线机油介电常数传感器以及温度传感器进行数据采集，并将所得的测量值通过串口通讯RS485传送给单片机模块进行数据处理，单片机模块通过接收按键模块信号，在LCD液晶模块上显示测得值。同时单片机模块通过上位机通讯模块，将检测到的数据与所建立的机油性能数据库中数据进行比较，得到一个反馈信号。若比对数据超出阈值则发出“换油”的警告信号，反之不产生“换油”信号。本发明将温度、粘度与介电常数测定的技术相结合，用于机油性能的快速在线检测，将机油的内部信息数字化，获取性能信息，实现综合评价机油性能。

Description

便携式机动车机油性能检测装置及方法

技术领域

本发明涉及机动车机油测试技术领域，涉及一种便携式机动车机油性能检测装置和方法。

背景技术

机油，即发动机润滑油，能对发动机起到冷却、润滑、清洁、防腐蚀、密封等作用。在发动机工作过程中，机油不仅要受到高压、高温、振动等作用，而且还会受到氧化物、水分、添加剂、尘埃、金属粒子碳烟、以及燃油等污染，因此，机油的使用性能将发生变化，降低其原有的效果，从而影响发动机的使用寿命和工作效率，所以需要定期检查机油的受污染程度。

机动车机油污染度测试是机油使用与维护的重要工作内容，传统机油性能的判断方法主要有三类方法：一是化学分析法，即定期对车用机油进行取样化验，对机油的理化参数进行化学分析，主要依据我国颁布的《汽油机油换油指标》（GB/T 8028-2010）、《柴油机油换油指标》（GB/T 7607-2002）等标准，规定当机油的粘度、水分、闪点、酸值、铁含量等理化参数中的某一项超过限值时，需要更换机油。化学分析法虽然检测准确，但需要专门的化学分析仪器，操作复杂，时间长，效率低。二是观察法，即当发动机累计工作达到一定值时，比如5000km，或者依据厂家推荐的机油换油周期进行更换。观察法虽然简单，并具有一定的科学性，但不够准确，易导致过早或过晚换油。三是电化学分析法，也就是介电常数分析法，即将机油作为一种电介质，介电常数反映成电容值。目前有各种类型测润滑油介电常数的仪器，如国产的RZJ型系列油质仪，以及确定车用发动机油换油周期的新方法-ASSYST系统，但是由于国家没有这方面的明确规定和标准，造成市场混乱，厂家推荐的参考值虽然有一定的理论依据，但是在实际应用中只能作为参考，不完全可靠。

综上，现存的检测与评价方法都存在一定的局限性，不能科学合理有效的检测出机油的性能。因此亟需研究机油性能的检测机理，提高我国机动车机油的检测技术，这将在一定程度上促进机油的合理利用，特别是对于保护日益紧张的石油资源、节能减排起到积极的作用。

发明内容

本发明的目的在于改善上述机油检测所存在的缺陷，提出一种以粘度、介电常数以及温度三个参数进行综合在线检测机油性能的装置和方法。

机油的粘度、介电常数以及温度三个参数都是影响机油品质的重要因素，其中机油粘度太高将导致太高的油压累积并妨碍充分的油流向发动机关键区域供应新鲜润滑油，并且导致加速磨损；机油粘度太低将导致载荷表面的不良液压润滑。其中介电常数越高则表明此时机油的抗氧化性能越差，介电常数与机油含水率、铁磨粒含量、总酸度有相同的变化趋势，因而机油中水分含量、铁磨粒含量以及总酸值含量增值越大。而温度的不同，很大的影响了机油粘度以及介电常数值的变化，在油温很高时，油中的抗氧化剂有耗尽的趋势，并且由于氧化，油变得更粘和酸性，在油温很低时，燃料、水和积碳有积聚在油中的趋势，减少其粘度并增大了摩擦。

本发明中的检测装置包括在线液体粘度传感器、在线机油介电常数传感器、温度传感器、专用参数变送器、单片机模块、LCD液晶显示模块、按键模块以及上位机通讯模块。

专用参数变送器对在线液体粘度传感器、在线机油介电常数传感器以及温度传感器进行数据采集，并将所得的测量值通过串口通讯RS485传送给单片机模块进行数据处理，单片机模块通过接收按键模块信号，在LCD液晶模块上显示测得值。同时单片机模块通过上位机通讯模块，将检测到的数据与所建立的机油性能数据库中数据进行比较，得到一个反馈信号。若比对数据超出阈值则发出“换油”的警告信号，反之不产生“换油”信号。

利用上述装置进行机油检测的方法：确定检测时某种机油温度，基于温度确定机油的粘度和介电常数，将测得的值与数据库中同一温度下机油粘度与介电常数阈值比较，确定是否需要更换机油。

进一步说，在进行检测之前，建立机油性能粘度数据库以及介电常数数据库，即确定检测不同温度下某种机油的粘度与介电常数的阈值，建立机油性能粘度数据库以及介电常数数据库，确立此种机油温度分别与粘度以及介电常数的耦合关系

与现有技术相比，本发明有以下的优点：

1、本发明将温度、粘度与介电常数测定的技术相结合，用于机油性能的快速在线检测，将机油的内部信息数字化，获取性能信息，实现综合评价机油性能；并且与传统人工观测和单一性能检测相比，具有检测速度快、检测成本低等特点。

2、本发明研制的便携式检测装置，有开发精度高，用户操作方便并且便于随身携带等优点。

3、本发明探索温度与机油粘度以及介电常数阈值的耦合关系，建立机油粘度数据库和介电常数数据库，通过将测量数据与数据库中数据进行比较，得到是否需要换油的信号。

附图说明

根据详细描述和附图，本发明将被更充分地理解，其中：

图1是便携式机动车机油性能检测装置功能框图；

图2是用于图1便携式机动车机油性能装置功能图解框图；

图3 是液晶显示模块电路图；

图4是MAX485通讯模块电路图；

图5是便携式机动车机油性能装置软件设计检测的程序流程图；

图6是对于粘度传感器标定图；

图7是对于介电常数传感器的标定图。

具体实施方式

根据下文提供详细的描述，本发明的其他应用领域将变得显而易见。应了解，尽管详细描述和具体示例指示本发明的优选实施例，但详细描述和具体实施例仅仅为了说明的目的而非用来限制本发明的范围。

现在参考图1，示范性地示出本发明便携式机动车机油性能的装置功能框图1。装置功能框图1包括控制显示装置以及传感器装置，其中控制显示装置包括LCD液晶显示屏8，两个按键5，PIC单片机主控板4，专用参数变送器10，粘度以及温度传感器信号接口2，介电常数传感器信号接口3，电源接口7，电源开关6，与上位机串口通讯接口9；其中传感器装置包括温度传感器11，粘度传感器12，介电常数传感器13。

现在参考图2，示出了用于图1便携式机动车机油性能装置功能图解框图20，控制显示装置中的专用参数变送器10对传感器装置中温度传感器11，粘度传感器12以及介电常数传感器13进行数据采集，并将采集到的测量数据通过串口通讯RS485传送给PIC单片机模块4进行数据处理。单片机模块4通过接收按键5的信号，在LCD液晶屏8上显示相应的测得值，同时单片机模块4通过RS232上位机通讯模块22与上位机16连接，将测得数据与机油性能数据库中数据进行比较，若比对数据超出阈值则发出“换油”的警告信号，反之不产生换油信号。

所述的温度传感器11，选用PT100温度传感器，是一种以铂做成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数，其电阻和温度变化的关系如下：R=Ro(1+αT)。传感器将温度变量转换为可传送的标准化输出信号。

所述的粘度传感器12选用FWS-4型，传感器采用新型超声振动方法，在一个较宽的连续与实时测量范围内保证了极好的精度与可重复性，是机油检测的极好解决方案。当被测液体与探头敏感器件接触时，通过测量压电超声敏感器件的参数变化来感知液体粘度的变化。

所述的介电常数传感器13选用FWD-1型，可以在线准确测定机油的污染程度，包括氧化程度、含水量和其他机械化学杂质污染度，当被测液体与探头敏感器件接触时通过测得介电常数值这一变化量，即可分析润滑油品质的变质程度。

所述的专用参数变送器10，是具有485通讯的综合信号采集模块。可以采集温度传感器11输出的电阻信号，粘度传感器12输出的脉冲信号以及介电常数传感器13输出的电压信号，并将采集到的数据通过485传输给PIC单片机模块4。

所述的PIC单片机模块4采用PIC18F97J60芯片作为中央处理器，所述的LCD液晶显示模块8采用YJD1602B型，所述的按键模块5选用QN12-A3型，选用型号不局限于此。

现在参考图3，示出了LCD液晶显示模块电路图，显示模块包括第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4和LCD液晶显示芯片U12。

LCD液晶显示芯片U12的14脚和单片机的93脚相连；LCD液晶显示芯片U12的13脚和单片机的94脚相连；LCD液晶显示芯片U12的12脚和单片机的95脚相连；LCD液晶显示芯片U12的11脚和单片机的96脚相连；LCD液晶显示芯片U12的10脚和单片机的97脚相连；LCD液晶显示芯片U12的9脚和单片机的98脚相连；LCD液晶显示芯片U12的8脚和单片机的3脚相连；LCD液晶显示芯片U12的7脚和单片机的4脚相连；LCD液晶显示芯片U12的6脚和单片机的99脚相连；LCD液晶显示芯片U12的5脚和单片机的100脚相连；LCD液晶显示芯片U12的4脚和单片机的1脚相连；LCD液晶显示芯片U12的3脚和第一电阻R1的一端相连，第一电阻R1的另一端接地GND；LCD液晶显示芯片U12的2脚与+5V相连；LCD液晶显示芯片U12的1脚与GND相连；LCD液晶显示芯片U12的15脚三极管的c极相连，三极管的e极与第三电阻R3的一端相连，第三电阻R3的另一端接+5V；三极管的b极与第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端与单片机2脚相连；三极管的b极与第四电阻R4的一端相连，第四电阻R4的另一端接+5V；LCD液晶显示芯片U12的16脚接地GND；LCD液晶显示芯片U12型号是YJD1602B-1。

现在参考图4，示出了MAX485通讯模块电路图，通讯模块包括第一芯片U13和接口J2。

第一芯片U13的1脚与单片机RX脚相连；第一芯片U13 的4脚与单片机TX脚相连；第一芯片U13的2脚和3脚一起接到单片机DX脚；第一芯片U13的8脚接+5V电压；第一芯片U13的5脚接地GND；第一芯片U13的6脚和7脚分别和接口J2的1脚和2脚相连；第一芯片U13型号为MAX485。

现在参考图5，示出了软件检测的主程序的流程图，软件编程主要分为三个模块进行分析测试，分别为机油粘度测试，机油介电常数测试，机油温度测试。首先在主板上电后，首先PIC单片机进行系统初始化，持续大约100ms后断开启动电阻（启动电阻接继电器常闭端，初始状态时启动电阻接入主电路），完成主回路大电容的充电。然后开机显示“ZJLM机油测试”，串口初始化以及实时时钟初始化。接着进入主循环，由不同的按键值以及标志位确定单片机的执行不同指令，从而在LCD上显示所对应的测得值。

现在参考图6，示出了粘度传感器输出-实测粘度值的图。开始实际测量之前，首先要对传感器进行标定，对于粘度传感器的标定温度为25℃，以及已知在空气中的温度补偿系数Kt 和FairT0，需要标定粘度传感器灵敏度a、b、c，由公式1

FairT= KtT+ FairTo （1）

可以得出温度补偿FairT，通过3次测量根据公式2

F=a-b*ln(η+c) （2）

可以计算得a、b、c的值，结合传感器输出值F由公式3

η=e(a-F+Kt(T-T1))/b-c （3）

便可得温度T下该机油的粘度值。图4中左下方线为原始数据图，右上方线为标定后的数据图。

现在参考图7，示出了介电常数传感器输出-含水率的图。对于介电常数传感器的标定温度为T0，传感器输出和机油含水率的关系符合以下线性关系方程4。线性相关系数R的平方达到了0.99。

Vt=Vot+K*(h-ho) （4）

其中，Vt是在温度T0时，传感器在待测油液中的输出电压；

Vot是新油（含水ho%）中在温度T0的输出；

h是被测油液的含水率%；

K是传感器灵敏度系数。

通过介电常数传感器在同一温度下同型号不同含水率的油样中的读数，即可获得Vot和K的值，完成标定。图4中上方线为原始数据图，下方线为标定后的数据图。

根据不同温度下某种机油（报废机油）粘度的变化曲线，所取的报废机油，依据国标《汽油机油换油指标》（GB/T 8028-2010），运动粘度变化率>25%，当机油粘度变化率恰为25%此时的机油为所需的报废机油，此时机油的粘度也就是报废机油的阈值，可以通过公式5计算得到。

（5）

其中，η是运动粘度变化率%；

v₁:新油运动粘度实测值mm²/s；

v₂:使用中油运动粘度实测值mm²/s。

同样的道理，由于介电常数和机油的水含量、铁磨粒含量、总酸值和介电常数具有相同变化趋势，在某个温度下，当机油某个理化指标超出国家标准时，此时测得机油的介电常数值即为介电常数在某一个温度下的阈值，这里不再给出介电常数阈值与温度的曲线图。

从而建立机油性能粘度数据库以及介电常数数据库，并且确立此种机油粘度以及介电常数与温度的耦合关系，也即确定了任意温度下机油粘度的阈值以及介电常数的阈值。

用便携式机动车机油性能检测的装置确定检测时某种机油温度，并基于温度确定机油的粘度和介电常数，将测得的值与所建立机油性能数据库中同一温度下机油粘度与介电常数阈值比较，确定是否需要更换机油。

现在本领域技术人员能从前述描述懂得，本发明的广泛教导能以各种形式实现。因而，尽管本发明被结合其特定实施例描述，但本发明的真实范围不应该受此限制，因为对于本领域技术人员来说，依据对附图、说明书和所附权利要求的研究，其他变型将变得显而易见。

Claims (3)

1.便携式机动车机油性能检测方法，使用便携式机动车机油性能检测装置，该装置包括在线液体粘度传感器、在线机油介电常数传感器、温度传感器、专用参数变送器、单片机模块、LCD液晶显示模块、按键模块以及上位机通讯模块；

专用参数变送器对在线液体粘度传感器、在线机油介电常数传感器以及温度传感器进行数据采集，并将所得的测量值通过串口通讯RS485传送给单片机模块进行数据处理，单片机模块通过接收按键模块信号，在LCD液晶模块上显示测得值；同时单片机模块通过上位机通讯模块，将检测到的数据与所建立的机油性能数据库中数据进行比较，得到一个反馈信号；若比对数据超出阈值则发出“换油”的警告信号，反之不产生“换油”信号；

所述的温度传感器选用PT100温度传感器，是一种以铂做成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数；

所述的粘度传感器选用FWS-4型，通过测量压电超声敏感器件的参数变化来感知液体粘度的变化；

所述的介电常数传感器选用FWD-1型；

所述的专用参数变送器是具有RS485通讯的综合信号采集模块，采集温度传感器输出的电阻信号，粘度传感器输出的脉冲信号以及介电常数传感器输出的电压信号，并将采集到的数据通过串口通讯485传输给单片机模块；

所述的单片机模块采用PIC18F97J60芯片作为中央处理器；

所述的LCD液晶显示模块采用YJD1602B型；

所述的按键模块选用QN12-A3型；

其特征在于：确定检测时某种机油温度，基于温度确定机油的粘度和介电常数，将测得的值与数据库中同一温度下机油粘度与介电常数阈值比较，确定是否需要更换机油；在进行检测之前，建立机油性能粘度数据库以及介电常数数据库，即确定检测不同温度下某种机油的粘度与介电常数的阈值，建立机油性能粘度数据库以及介电常数数据库，确立此种机油温度分别与粘度以及介电常数的耦合关系。

2.根据权利要求1所述的便携式机动车机油性能检测方法，其特征在于：所述的LCD液晶显示模块包括第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4和LCD液晶显示芯片U12；

LCD液晶显示芯片U12的14脚和单片机的93脚相连；LCD液晶显示芯片U12的13脚和单片机的94脚相连；LCD液晶显示芯片U12的12脚和单片机的95脚相连；LCD液晶显示芯片U12的11脚和单片机的96脚相连；LCD液晶显示芯片U12的10脚和单片机的97脚相连；LCD液晶显示芯片U12的9脚和单片机的98脚相连；LCD液晶显示芯片U12的8脚和单片机的3脚相连；LCD液晶显示芯片U12的7脚和单片机的4脚相连；LCD液晶显示芯片U12的6脚和单片机的99脚相连；LCD液晶显示芯片U12的5脚和单片机的100脚相连；LCD液晶显示芯片U12的4脚和单片机的1脚相连；LCD液晶显示芯片U12的3脚和第一电阻R1的一端相连，第一电阻R1的另一端接地GND；LCD液晶显示芯片U12的2脚与+5V相连；LCD液晶显示芯片U12的1脚与GND相连；LCD液晶显示芯片U12的15脚与三极管的c极相连，三极管的e极与第三电阻R3的一端相连，第三电阻R3的另一端接+5V；三极管的b极与第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端与单片机2脚相连；三极管的b极与第四电阻R4的一端相连，第四电阻R4的另一端接+5V；LCD液晶显示芯片U12的16脚接地GND；LCD液晶显示芯片U12型号是YJD1602B-1。

3.根据权利要求1所述的便携式机动车机油性能检测方法，其特征在于：所述的串口通讯RS485包括第一芯片U13和接口J2；

第一芯片U13的1脚与单片机RX脚相连；第一芯片U13 的4脚与单片机TX脚相连；第一芯片U13的2脚和3脚一起接到单片机DX脚；第一芯片U13的8脚接+5V电压；第一芯片U13的5脚接地GND；第一芯片U13的6脚和7脚分别和接口J2的1脚和2脚相连；第一芯片U13型号为MAX485。