CN109139444A - 基于光的全反射原理的压缩机油位监控系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压缩机油位监控系统技术领域，具体是一种基于光的全反射原理的压缩机油位监控系统。包括油位传感器、基于STM32的控制器和控制压缩机启停的执行机构；所述油位传感器由传感器探头、压紧螺帽和传感器本体组成，其中传感器探头的尖端部分为玻璃检测头，传感器本体内部由检测电路板组成；所述油位传感器安装于压缩机油视镜的位置，油位传感器信号输出的线缆连接到控制器的S1/S2端子，控制器的M1/M2继电器输出连接到控制压缩机电机供电的回路，控制器的L/N端子接220V交流电，控制器的RS485通信接口连接到PC机。本装置采用光的全反射原理，提高了检测精度。

Description

基于光的全反射原理的压缩机油位监控系统及其方法

技术领域

本发明涉及压缩机油位监控系统技术领域，具体是一种基于光的全反射原理的压缩机油位监控系统及其方法。

背景技术

压缩机油是指一类石油产品。用于润滑压缩机的汽缸、阀及活塞杆密封处。要求有较高的抗氧化安定性、高的闪点，通常闪点应较压缩机压缩时的最高温度高出40℃。其粘度应适合压缩机的类型和工作条件。

压缩机油是整个系统的一个重要组成部分，其主要作用有：

1、给主机各转动部件进行润滑；

2、防止机器内部生锈；

3、冷却压缩后的高温气体及机器本身；

4、带走机器内部的杂质。

由于一些原因，压缩机的油量会减少。当压缩机油量不足时，就会导致一系列的问题，主要如下：

1、机器内部生锈

2、无法带走机器内部的杂质，这些杂质可能会加剧压缩机内部零件的磨损；

3、压缩机内部零部件润滑不足，造成磨损，严重时损坏压缩机；

4、无法给压缩机内部的高温部分降温，导致某些零部件变型及损坏

综上所述，对于压缩机油量的监控非常重要。目前市面上常用的方法有两种，一种是人工监控，一种是自动监控。

人工监控方法，一般在压缩机上面加装油视镜，依靠人眼通过油视镜观测当前油位。这种方法的缺点在于无法实时监控，从而无法及时地将问题暴露出来，因此存在很大的安全隐患。有些场合会加装油平衡器，但是也只是从某种程度上降低风险而无法将风险彻底消除，并且增加了成本和安装的难度。

自动监控方法，又可以分为两种，一种是直接检测，另一种是间接检测。直接检测一般将传感器放置入压缩机腔体内，用以直接检测液位，比如用液位传感器杆，其缺点是需要在压缩机上打孔，另外传感器放入压缩机腔体也增加了风险。间接检测一般是采用一个或多个温度传感器或者压力传感器间接计算油位，其缺点一个是精确度较低，另一个是成本可能过高(比如用压力传感器)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光的全反射原理的压缩机油位监控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于光的全反射原理的压缩机油位监控系统，其特征在于：包括油位传感器、基于STM32的控制器和控制压缩机启停的执行机构；所述油位传感器由传感器探头、压紧螺帽和传感器本体组成，其中传感器探头的尖端部分为玻璃检测头，传感器本体内部由检测电路板组成；所述油位传感器安装于压缩机油视镜的位置，油位传感器信号输出的线缆连接到控制器的S1/S2端子，控制器的M1/M2继电器输出连接到控制压缩机电机供电的回路，控制器的L/N端子接220V交流电，控制器的RS485通信接口连接到PC机。

优选地，所述控制器由外壳和内部控制板组成，其中内部控制板由STM32控制模块以及分别与STM32控制模块连接的继电器输出控制模块、LED控制模块、通信模块和电源模块。

一种基于光的全反射原理的压缩机油位监控方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、在控制器内设定一个光强度上限值和一个光强度下限值；

步骤二、传感器探头由发射端向压缩机内发射光照，当压缩机腔体内的油位高于下限值时，此时接收端所接收到的光强度也在下限值之上，此时M1/M2继电器输出OFF信号，控制器认为此时油位正常，控制压缩机启动的继电器保持吸合；

当检测到压缩机腔体内的油位低于下限值时，此时接收端所接收到的光强度也在下限值以下，此时M1/M2继电器输出ON信号，控制器认为此时油位不足，控制压缩机启动的继电器断开,使得压缩机停机。

在步骤二中，当检测到压缩机腔体内的油位低于下限值时，控制器将进入锁死状态，此时如果再检测油位恢复正常，M1/M2继电器也不会再吸合，需要将控制器的供电切断5秒以上，再恢复供电。

在步骤二中，当控制器上电时，电源指示灯从灭变为常红状态；当检测压缩机腔体内油位正常时，状态指示灯为常绿状态，一旦检测到油位低于下限值时，状态指示灯为红色闪烁状态，频率为1Hz。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用光的全反射原理，提高了检测精度；

2、实现了实时油位监控，降低了由于缺油引起的风险；

3、无需油视镜，节约成本；

4、无需额外再压缩机腔体上打孔，既减小了风险，又使得安装更为简单。

附图说明

图1为压缩机油位监控系统示意图；

图2为本装置中的控制器控制端子示意图；

图3为本装置中传感器结构示意图；

图4为本装置中外壳结构示意图；

图5为本装置中油位传感器工作原理图；

图6为本装置中油位传感器信号输出逻辑图；

图7为本装置中控制器控制逻辑图；

图8为本装置中STM32控制器模块电路原理图；

图9为本装置中继电器输出控制电路原理图；

图10为本装置中LED控制电路原理图；

图11为本装置中通信模块电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，一种基于光的全反射原理的压缩机油位监控系统，包括油位传感器、基于STM32的控制器和控制压缩机启停的执行机构；如图3所示，所述油位传感器由传感器探头、压紧螺帽和传感器本体组成，其中传感器探头的尖端部分为玻璃检测头，传感器本体内部由检测电路板组成；控制器分成外壳和内部控制板两部分。外壳包括两个LED灯，一个RS485接口，一个传感器接口，一个继电器输出接口，一个电源接口，内部控制板基于STM32处理器实现。外壳结构示意图如图4所示。所述油位传感器安装于压缩机油视镜的位置，油位传感器信号输出的线缆连接到控制器的S1/S2端子，控制器的M1/M2继电器输出连接到控制压缩机电机供电的回路，控制器的L/N端子接220V交流电，控制器的RS485通信接口连接到PC机。控制器通过RS485接口连接PC机，通过PC机的程序可以读取存储在控制器内部的油位状态值(正常、异常)；当控制器处于油位异常状态时，可以通过PC机重置该错误而无需到现场对控制器供电进行复位操作。其中STM32控制模块如图8所示、继电器输出控制模块如图9所示，LED控制模块如图10所示，通信模块如图11所示

当压缩机内部油位过低时，由于玻璃检测头外部为空气，油位传感器的发射端所发射的光，经玻璃检测头产生全反射，最后到达接收端；当压缩机内部油位正常时，由于玻璃检测头外部为油，油位传感器的发射端所发射的光，有一部分产生了折射，因此到达接收端的光的强度降低了，如图5所示。其工作原理是根据临界角的计算公式θc＝arcs i n(n2/n1)，其中n2是较低密度介质的折射率，n1是较高密度介质的折射率，玻璃对于油是光密介质，油对于空气也是光密介质，因此让外面的媒介由空气变为油时，(n2/n1)的数值变大，而使得临界角θc也变大了。只要设计好玻璃检测头的倾斜度，确保光的入射角在(θc空气，θc油)范围内，就可以使得当检测头外面为空气时，光在检测头内部产生全反射，而检测头外部为油时，光会有一部分折射出去，从而使得达到接收端的光的强度减弱。当接收端所接收的光的强度大于某一个数值时，检测电路输出一个OFF的I O信号给控制器，当接收端所接收的光的强度小于某一个数值时，检测电路输出一个ON的I O信号给控制器，如图6所示。

控制器根据油位传感器输出的信号进行控制：当油位传感器输出为OFF信号时，控制器认为此时油位正常，控制压缩机启动的继电器保持吸合；当油位传感器输出为ON信号时，控制器认为此时油位不足，控制压缩机启动的继电器断开。具体控制逻辑如图7所示。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于光的全反射原理的压缩机油位监控系统，其特征在于：包括油位传感器、基于STM32的控制器和控制压缩机启停的执行机构；所述油位传感器由传感器探头、压紧螺帽和传感器本体组成，其中传感器探头的尖端部分为玻璃检测头，传感器本体内部由检测电路板组成；所述油位传感器安装于压缩机油视镜的位置，油位传感器信号输出的线缆连接到控制器的S1/S2端子，控制器的M1/M2继电器输出连接到控制压缩机电机供电的回路，控制器的L/N端子接220V交流电，控制器的RS485通信接口连接到PC机。

2.根据权利要求1所述基于光的全反射原理的压缩机油位监控系统，其特征在于，所述控制器由外壳和内部控制板组成，其中内部控制板由STM32控制模块以及分别与STM32控制模块连接的继电器输出控制模块、LED控制模块、通信模块和电源模块。

3.一种如权利要求1或2所述的基于光的全反射原理的压缩机油位监控方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、在控制器内设定一个光强度上限值和一个光强度下限值；

步骤二、传感器探头由发射端向压缩机内发射光照，当压缩机腔体内的油位高于下限值时，此时接收端所接收到的光强度也在下限值之上，此时M1/M2继电器输出OFF信号，控制器认为此时油位正常，控制压缩机启动的继电器保持吸合；

当检测到压缩机腔体内的油位低于下限值时，此时接收端所接收到的光强度也在下限值以下，此时M1/M2继电器输出ON信号，控制器认为此时油位不足，控制压缩机启动的继电器断开,使得压缩机停机。

4.根据权利要求3所述的基于光的全反射原理的压缩机油位监控方法，其特征在于：在步骤二中，当检测到压缩机腔体内的油位低于下限值时，控制器将进入锁死状态，此时如果再检测油位恢复正常，M1/M2继电器也不会再吸合，需要将控制器的供电切断5秒以上，再恢复供电。

5.根据权利要求3所述的基于光的全反射原理的压缩机油位监控方法，其特征在于：在步骤二中，当控制器上电时，电源指示灯从灭变为常红状态；当检测压缩机腔体内油位正常时，状态指示灯为常绿状态，一旦检测到油位低于下限值时，状态指示灯为红色闪烁状态，频率为1Hz。