CN104535658B - 一种基于声音检测的润滑油水分测试装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于声音检测的润滑油水分测试装置，包括：壳体、盛油器皿、电加热器、电加热器移动模块，分贝检测仪和主控模块；其中，盛油器皿设置于壳体内部，其容纳待测润滑油；电加热器设置于壳体内部，其在达到预定温度之后浸入待测润滑油；主控模块与电加热器和电加热器移动模块连接，其在电加热器达到预定温度之后，控制电加热器移动模块移动电加热器，以使电加热器浸入待测润滑油；分贝检测仪与主控模块连接，分贝检测仪检测壳体内部的声音分贝数，并发送给主控模块，主控模块获得待测润滑油的水分含量。利用本发明可快速测出润滑油中水分含量。
Description
技术领域
本发明涉及润滑油监测技术领域，具体涉及一种基于声音检测的润滑油水分测试装置和方法。
背景技术
近年来，随着我国煤矿生产和采掘设备的发展，润滑油的用量越来越大，对设备的安全性和经济性要求也越来越高。润滑油是设备的血液，润滑油质量的好坏直接影响到设备的使用寿命，润滑油的质量越好，设备的使用寿命越长。润滑油中的水分含量过高对润滑油有非常严重的影响，会导致润滑油乳化，丧失润滑能力，并且极大的降低润滑油寿命，润滑油的质量越差，设备出现的故障会越多。因此，对在用润滑油进行水分检测就显得非常重要。
现有水分检测仪器的检测过程普遍比较耗时，工作量大，将待测油样装入容器后需要50分钟回流时间，后续加热时间和准备时间等需55分钟，遇到在测油样数量大的情况，使用现有设备势必影响检测和报告的时效，无法及时提供润滑油的含水信息。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种基于声音检测的润滑油水分测试装置和方法，通过建立数学方程，利用声音分贝检测仪来确定水分含量。
本发明提供一种基于声音检测的润滑油水分测试装置，包括：壳体、盛油器皿、电加热器、电加热器移动模块，分贝检测仪和主控模块；其中，盛油器皿设置于壳体内部，其容纳待测润滑油；电加热器设置于壳体内部，其在达到预定温度之后浸入待测润滑油；主控模块与电加热器和电加热器移动模块连接，其在电加热器达到预定温度之后，控制电加热器移动模块移动电加热器，以使电加热器浸入待测润滑油；分贝检测仪与主控模块连接，检测壳体内部的声音分贝数，发送给主控模块；主控模块根据y＝1.5557*log(x2+0.023)+0.00067*(x2)+0.1*x+5.8985获得待测润滑油的水分含量，其中y为水分含量，x为声音分贝数。
优选地，预定温度介于280-350℃。
优选地，壳体具有隔音材料层。
优选地，电加热器为钢制加热棒。
优选地，该装置还包括热传感器，其连接在主控模块和电加热器之间，其检测电加热器的温度，当电加热器的温度达到预定温度时通知主控模块。
优选地，热传感器为工业温度控制器DTA4848RO。
优选地，电加热器移动模块包括气缸和气缸控制模块，其中气缸与电加热器连接，气缸控制模块控制气缸运动，以带动电加热器移动。
优选地，该装置还包括与主控模块连接的显示屏，其显示水分含量和/或声音分贝数。
本发明还提供一种基于声音检测的润滑油水分测试方法，包括：将电加热器加热到预定温度；将预定温度下的电加热器浸入待测润滑油；检测预定温度下的电加热器浸入待测润滑油时发出的声音的分贝数；根据公式y＝1.5557*log(x2+0.023)+0.00067*(x2)+0.1*x+5.8985，计算待测润滑油的水分含量，其中y为水分含量，x为声音分贝数。
本发明的有益效果：本发明基于高温金属体在浸入润滑油时发出的声响与油中水分含量成正相关，总结了声响的大小与润滑油的水分含量的函数关系，建立了声音分贝数和水分含量的数学方程，基于此，本发明提出了基于声音检测的润滑油水分测试方案，能够快速测定润滑油中的水分含量，大幅缩减检测时间。本发明的装置仪器精密度高，检测结果精度满足实际应用需求，并且本发对样品的需求量低，节约成本。
附图说明
图1是本发明实施例的润滑油水分测试方法流程图。
图2是本发明一个实施例的润滑油水分测试装置结构图。
图3是本发明另一实施例的润滑油水分测试装置结构图。
图4是图3实施例的透视图。
图5是本发明实施例的润滑油水分测试装置的控制面板示意图。
图6是图5实施例的电路结构框图。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。
本发明的原理是对于高温金属体，其在浸入润滑油时发出的声响与油中水分含量成正相关，经大量研究发现，可将该声响的大小与润滑油的水分含量的关系表达为数学方程。
图1示出了本发明基于声音检测的润滑油水分测试方法流程图，包括：
S101，将电加热器加热到预定温度；
S102，将预定温度下的电加热器浸入待测润滑油，同时检测浸入时发出的声音的分贝数；
S103，将声音分贝数代入公式(1)：
y＝1.5557*log(x2+0.023)+0.00067*(x2)+0.1*x+5.8985 (1)
其中，y为水分含量，以质量百分比表示，x为声音分贝数，可计算得到待测润滑油的水分含量。
其中，预定温度优选地介于280-350℃，在该区间范围内进行测试，基于公式(1)得到的润滑油水分含量计算结果精度较高。
本发明基于声音检测的润滑油水分测试装置包括壳体、盛油器皿、电加热器、电加热器移动模块，分贝检测仪和主控模块。其中，盛油器皿设置于壳体内部，用于容纳待测润滑油。电加热器设置于壳体内部，在达到预定温度之后浸入待测润滑油。主控模块与电加热器和电加热器移动模块均连接，在电加热器达到预定温度之后，其控制电加热器移动模块移动电加热器，使电加热器浸入待测润滑油。分贝检测仪与主控模块连接，分贝检测仪检测壳体内部的声音分贝数，发送给主控模块。主控模块根据公式(1)计算得到待测润滑油的水分含量。主控模块基于MCU(Micro Control Unit，微控制单元)实现。
本发明的上述润滑油水分测试装置精密度高，检测快速，利用该测试装置检测润滑油水分含量，每个油样测试时间约为10分钟，相比目前的GB260水分测定方法的1.5小时，检测时间大幅缩短，工作效率高。并且基于本发明的检测方式，对于样品的需求量较低，约30ml以上即可，而GB260方法需要约100g。
图2示出了本发明一个实施例的装置结构图，各部件置于具有隔音材料层的耐高温隔音箱内部，隔绝外界噪音，以烧杯盛装待测润滑油。一方面，分贝检测仪设置于烧杯附近，分贝检测仪的麦克风MIC接近烧杯，确保声音采集效果。另一方面，电加热器采用钢制加热棒，对钢棒加热，当钢棒温度达到例如300℃时，移动钢棒，使其浸入润滑油液面以下。在高温钢棒与润滑油接触时将发出声音，分贝检测仪检测这个声音的分贝数，MCU(图2中未示出)获得该声音分贝数后，即可利用公式(1)计算出烧杯中润滑油的水分含量。
图3示出了本发明另一实施例的装置结构图，图4为图3实施例的透视图。本实施例利用气缸移动加热棒。如图3，水平设置的气缸可左右移动，竖直设置的气缸可上下移动，加热棒固定于上下气缸的下端部。
图3实施例可采用24v继电器控制方式，控制电磁阀使气缸移动。还可通过继电器直接控制加热棒的电源，继电器导通时进行加热，实现对加热的控制。气缸的限位开关为常闭状态，当上下气缸向上或向下运动时，到达限定位置后相应的限位开关断开，上下气缸停止移动。当左右气缸向左或向右运动时，到达限定位置后相应的限位开关断开，左右气缸停止移动。
具体到图3实施例的情形，当加热棒的温度到达预定温度后，MCU控制继电器开始工作，首先，控制左右气缸向右移动，延时预定时间间隔后加热棒到达盛油器皿上方，再控制上下气缸向下移动，使得加热棒浸入润滑油中。
在本发明的其它实施例中，除了采用图3所示的气缸装置之外，还可以利用液压缸来移动加热棒，或者通过齿轮和链条等机械方式移动加热棒，均可达到同样的目的。实际中可根据组装方式、部件成本等因素选择安装。
在图3实施例中，装置的外壳上安装有一气体过滤调压阀，可过滤壳体内部气体，降低壳体内部气压，确保测试过程安全。
在本发明的一个实施例中，还可为加热棒配装温度控制器，例如工业温度控制器DTA4848RO，对加热棒的温度实施监测。温度控制器功能较为强大，可设置温度的上下报警线，当温度到达设定点时发出控制信号。将温度控制器与MCU连接，当MCU接到温度控制器的信号时，即表明加热棒的温度达到了预设值。
在本发明的实施例中，可为MCU连接显示屏，用于显示检测过程中装置的工作状态参数，如音频信号的电压值、音频信号的声音分贝值，以及水分含量的质量百分比值等。在本发明的实施例中，还可为MCU连接多个指示灯，用于指示装置的工作状态。
图5示出了本发明一个实施例的装置控制面板，面板上排依次有温度控制器、三个LED指示灯和显示屏，面板下排依次有加热开关、启动按钮、停止按钮和急停按钮。图6为图5实施例对应的电路框架图。
测试操作时，首先按下加热开关S1，MCU收到S1按下信号，与加热棒电源连接的继电器导通，加热棒开始加热，此时LED黄灯亮，表示正在加热；当温度控制器检测到温度为300℃时，温度控制器向MCU的Temp温度控制引脚发送信号，此时LED黄灯灭，表示温度到达300℃；然后按下启动按钮S2，MCU收到启动信号，MCU控制指示灯LED绿灯亮，表示正在启动。MCU控制气缸继电器导通，气缸按照预定方向移动，先把加热棒向右移动，到达器皿上方后向下移动，使加热棒浸入到待测润滑油中。这时，因润滑油与高温加热棒接触发出声响，经MIC传感器采集声音，经分贝测试仪处理得到分贝数据，然后发送给MCU处理，计算得出润滑油中的水分含量，在液晶显示屏上把相关数据显示出来。
测试完成，MCU控制加热棒停止加热，控制气缸继电器将气缸恢复到原位，带动加热棒回到起始位置，此时LED绿灯灭。再次按下加热开关S1可启动下一次测试过程。面板上的急停按钮S3用于意外时紧急停止测试过程，LED红灯亮表示故障报警。
在本发明的实施例中，MIC可采用定向驻极体传声器，具备防高温和防暴防压设计。
在本发明的实施例中，对MIC采集的音频信号做放大和模数转换处理。具体地，采用LM324音频放大芯片，以电容和电阻组成阻容滤波电路，进行音频信号滤波放大。另外，采用AD公司AD7705芯片并利用Σ-Δ转换技术实现16位无丢失代码处理。将输入信号送到基于模拟调制器的增益可编程专用前端，片内数字滤波器处理调制器的输出信号，通过片内控制寄存器调节滤波器的截止点和输出更新速率，从而对数字滤波器的第一个陷波进行编程，对放大的模拟音频信号进行采集，生成串行数字输出。
在本发明的实施例中，MCU可采用ATMEGA16L工业级芯片。
在本发明的实施例中，显示屏可采用12864工业点阵液晶屏。
在本发明的实施例中，电源模块输入端有过流保险丝和高频滤波电路，交流220V经过低频变压器变压为交流24V，经全桥整流得33.9V直流，经滤波和降压芯片得+24V、+9V和+5V，满足装置所需供电。
以上结合具体实施例对本发明的技术方案进行了详细介绍，所描述的具体实施例用于帮助理解本发明的思想。本领域技术人员在本发明具体实施例的基础上做出的推导和变型也属于本发明保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于声音检测的润滑油水分测试装置，其特征在于，包括：壳体、盛油器皿、电加热器、电加热器移动模块，分贝检测仪和主控模块；其中，
所述电加热器为钢制加热棒；
盛油器皿设置于壳体内部，其容纳待测润滑油；
电加热器设置于壳体内部，其在达到预定温度之后浸入待测润滑油；
主控模块与电加热器和电加热器移动模块均连接，其在电加热器达到预定温度之后，控制电加热器移动模块移动电加热器，以使电加热器浸入待测润滑油，所述预定温度介于280-350℃；
分贝检测仪与主控模块连接，分贝检测仪检测壳体内部的声音分贝数，并发送给主控模块；其中，
主控模块根据y＝1.5557*lg(x2+0.023)+0.00067*(x2)+0.1*x+5.8985获得待测润滑油的水分含量，其中y为水分含量，x为声音分贝数。
2.如权利要求1所述的基于声音检测的润滑油水分测试装置，其特征在于，所述壳体具有隔音材料层。
3.如权利要求1所述的基于声音检测的润滑油水分测试装置，其特征在于，还包括热传感器，其与主控模块连接，其检测电加热器的温度，当电加热器的温度达到预定温度时通知主控模块。
4.如权利要求3所述的基于声音检测的润滑油水分测试装置，其特征在于，所述热传感器为工业温度控制器DTA4848RO。
5.如权利要求1所述的基于声音检测的润滑油水分测试装置，其特征在于，所述电加热器移动模块包括气缸和气缸控制模块，其中气缸与电加热器连接，气缸控制模块控制气缸运动，以带动电加热器移动。
6.如权利要求1所述的基于声音检测的润滑油水分测试装置，其特征在于，还包括与所述主控模块连接的显示屏，其显示所述水分含量和/或所述声音分贝数。
7.一种基于声音检测的润滑油水分测试方法，其特征在于，包括：
将电加热器加热到预定温度，所述电加热器为钢制加热棒，所述预定温度介于280-350℃；
将预定温度下的电加热器浸入待测润滑油；
检测预定温度下的电加热器浸入待测润滑油时发出的声音的分贝数；
根据公式y＝1.5557*lg(x2+0.023)+0.00067*(x2)+0.1*x+5.8985，计算待测润滑油的水分含量，其中y为水分含量，x为声音分贝数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |