CN109612879A - 一种便携式润滑油粘度现场测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式润滑油粘度现场测量装置，该装置由嵌入式控制板控制带有椎板的直流电机以恒定的功率工作，椎板在不同的油液中所受阻力不同，通过测量直流电机的转速同时结合温度数据从而测量油液的粘度并通过显示模块显示，该装置可通过带有标定程序和数据处理程序的上位机进行标定和进一步的统计处理。本发明的便携式润滑油粘度现场测量装置是一种安全高效、智能、便携具有高度实用性的粘度实时检测装置。

Description

一种便携式润滑油粘度现场测量装置

技术领域

本发明涉及仪器仪表自动化控制领域，尤其涉及一种便携式润滑油粘度现场测量装置。

背景技术

目前，各国对粘度测量的研究很多，发展至今，形成了比较全面的粘度测量体系，主要方法有：细管法、振动法、旋转法、光干涉法、落球法等。但是，国内的粘度测量设备存在误差大、精度较低、测量过程复杂等问题，而且大多数测量方法无法在实现工程上的应用。鉴于这些情况，所以很多企业往往选择从国外引进在线粘度传感器，但这些传感器价格昂贵，且对测量的环境有较高的要求。

在实际应用过程中，需要对油液的粘度进行现场实时监测，对油液的现场实时监测，有助于了解设备的运行工况，了解润滑油的运行工况，即时做出调整，让机械更好的工作，而且在科学研究中现场监测能够保持油液的原始工作状态不变，更快更即时的显示出油液的粘度结果，更快响应设备的状态信息。

ARM系列单片机广泛应用于要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用。专门设计的基于ARM Cortex-M3内核的STM32系列单片机，是一个优秀硬件开发平台，其简单的开发方式使得开发者更关注创意与实现，更快的完成项目开发，缩短了开发的周期。利用STM32单片机开发平台作为仪器仪表的控制核心，可以有效地获取各种各样的传感器来感知环境，并能很好的对灯光、马达、步进电机和其它执行机构进行控制，以达到仪器仪表测控目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中不便于对润滑油进行现场实时测量的缺陷，提供一种便携式润滑油粘度现场测量装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种便携式润滑油粘度现场测量装置，包括

测量执行机构，包括直流电机、测量探头、温度传感器、电机转速传感器，所述测量探头为椎板，同轴安装于直流电机的转轴上，所述电机转速传感器安装于直流电机上，并随电机转轴转动；

嵌入式控制板，与所述测量执行机构连接，包括恒流源模块、温度测量模块、电机转速测量模块、MCU模块以及通信接口模块，所述MCU模块与恒流源模块、温度测量模块、电机转速测量模块及通信接口模块均相联，所述恒流源模块用于驱动直流电机，所述MCU模块加载有测量程序，所述测量程序根据标定好的计算表达式将测量的电机转速值、温度值转换为液体粘度值；

上位机，与所述嵌入式控制板连接，包含装置标定程序及数据处理程序，所述标定程序根据采集的已知粘度值粘液中电机转速值及温度值，拟合出粘度-转速曲线，并得到所述粘度-转速曲线表达式，并将所述粘度-转速曲线表达式固化到所述MCU模块的测量程序中，所述数据处理程序对测量数据进行存储及进一步的统计分析；

显示模块，与所述述嵌入式控制板连接，所述显示模块为HMI触摸屏，用于显示测量数据和装置操作输入。

接上述技术方案，所述椎板为单面椎板或双面椎板,所述椎板的材料为铝合金材料。

接上述技术方案，所述的电机转速传感器为霍尔编码器或光电旋转编码器，所述温度传感器为PT100热敏电阻。

接上述技术方案，所述MCU模块为低功耗ARM Cortex-M3内核的微处理器，控制恒流源输出恒定电流，采集温度测量模块的信号并转换为温度值，采集电机转速传感器的值并转换为电机转速值。

接上述技术方案，所述直流电机在恒流源模块驱动下以恒定功率工作。

接上述技术方案，所述温度测量模块包括精密电桥和差分运算放大器，所述差分运算放大器位AD623。

接上述技术方案，所述上位机包含装置标定程序利用MATLAB编写，所述数据处理程序由LABVIEW编写。

提供一种便携式润滑油粘度现场测量方法,包括以下步骤：

将测量探头浸入待测润滑油，使椎板完全浸入润滑油；

嵌入式控制板控制恒流源模块驱动直流电机，使直流电机在恒定功率下带动测量探头转动；

利用嵌入式控制板同时获取直流电机转速数据及温度数据，根据MCU中固化的程序计算油液的粘度，同时把获得油液粘度信息发送给HMI触摸屏显示；

如果需要进一步处理油液粘度测量数据，把嵌入式控制板和PC机连接，并启动上位机数据处理程序，开始读取、存储、分析处理油液粘度的测量数据。

接上述技术方案，利用上位机标定粘度测量装置，包括以下步骤：

连接嵌入式控制板与上位机，启动上位机上的标定程序；

将测量探头浸入已知粘温特性的润滑油，使椎板完全浸入润滑油；

嵌入式控制板控制恒流源模块驱动直流电机，使直流电机在恒定功率下带动测量探头转动；

利用嵌入式控制板同时获取直流电机转速数据及温度数据，根据已知的粘度-温度曲线和转速-温度曲线，在相同温度下对粘度和转速进行取点，在标定程序中以转速为横坐标，粘度为纵坐标，拟合出粘度-转速曲线，并得到相应的曲线表达式；

上位机标定程序将粘度-转速曲线表达式参数下发给嵌入式控制板，并固化在MCU模块中，作为实际测量油液粘度计算公式。

本发明产生的有益效果是：本发明的便携式润滑油粘度现场测量装置，通过直流电机带动椎板在润滑油中运动，直流电机由嵌入式控制板恒流源驱动，椎板在不同的润滑油中所受阻力不同从而影响电机转速，通过测量直流电机的转速同时结合温度数据，根据已知的粘度-转速曲线公式计算润滑油的粘度并通过显示模块显示，该装置可通过带有标定程序和数据处理程序的上位机进行标定和进一步的统计处理。该装置可以现场测量，是一种安全高效、智能、便携具有高度实用性的粘度实时检测装置。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的便携式润滑油粘度现场测量装置结构框图；

图2是本发明实施例的温度测量电路；

图3是本发明实施例的单面椎板的剖面图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的便携式润滑油粘度现场测量装置，包括测量执行机构，嵌入式控制板，上位机，显示模块。

测量执行机构包括直流电机11、测量探头12、温度传感器14、电机转速传感器13，所述直流电机11，通过一个圆盘固定架将其固定住，直流电机外部套上一个金属圆筒外壳以保护电机，金属外壳与固定架组成机械外壳，直流电机在其中心，所述温度传感器14，通过导线紧贴电机，穿过圆盘固定架，直至椎板122上方不与椎板122接触，距离椎板122约3mm位置，所述测量探头12包括椎板122，同轴安装于直流电机11的转轴上，所述电机转速传感器13安装于直流电机11上，并随电机转轴转动，椎板122在不同的油液中所受阻力不同从而影响电机转速，椎板122下面套上一个油瓶，用于装检测油液。

嵌入式控制板与所述测量执行机构连接，包括恒流源模块、温度测量模块、电机转速测量模块、MCU模块以及通信接口模块，所述MCU模块与恒流源模块、温度测量模块、电机转速测量模块及通信接口模块均相联，恒流源模块用于驱动直流电机，使电机在恒定的功率下工作，MCU模块加载有测量程序，根据标定好的计算表达式将测量的电机转速值、温度值转换为液体粘度值，测量过程简单，装置具有便捷性，整个测量过程可以在现场直接测量。

上位机与所述嵌入式控制板连接，包含装置标定程序及数据处理程序，所述标定程序根据采集已知粘度值粘液中电机转速值及温度值，拟合出粘度-转速曲线，并得到所述粘度-转速曲线表达式，并将所述粘度-转速曲线表达式固化到所述MCU模块的测量程序中，所述数据处理程序对测量数据进行存储及进一步的统计分析，提高装置的智能性。

显示模块与所述述嵌入式控制板连接，显示模块为HMI触摸屏，用于显示测量数据和装置操作输入。

进一步地，测量探头12的椎板122为单面椎板或双面椎板,椎板122的材料为铝合金材料，该测量探头12要在油液中切割油液，油液附着在测量探头12上，通过对油液的切割力的不同，来反馈出电机转速的不同，在测量探头12的设计过程中，一方面要考虑油液附着不能太多造成电机负荷过大，还要考虑油液切割的平滑，对电机转动的稳定性的影响，故采用了单、双面椎板交替使用的设计，测量低粘度的油液时，使用双面椎，以增加接触面积，减少误差；当测量高粘度的油液时，采用单面椎的设计，以减少接触面积，因输出功率恒定，防止电机负载过大，影响测量精度，在测量探头12的设计过程中，需对椎板122进行多次调整，包括对锥度、底面直径、表面粗糙度的调整，使之在给定的电机转速下，方便的测量粘度。

进一步地，椎板122与电机轴之间通过套筒121连接，套筒121的设计也很关键，其长度、直径以及加工精度都影响探头的对中性，从而影响测量结果，一种较佳的实施例，直径为40mm,椎度为26度，高度为10mm的单椎板；直径为40mm,椎度为26度，高度为20mm的双椎板；套筒的长度为20mm，直径4mm。

进一步地，电机转速传感器13为霍尔编码器或光电旋转编码器，所述温度传感器14为PT100热敏电阻，其特性为温度每升高1摄氏度，其阻值会增加0.385欧，根据这一特性可以实时测量计算温度的数值，该温度传感器14精度高，响应速度快。

进一步地，MCU模块为低功耗ARM Cortex-M3内核的微处理器，控制恒流源输出恒定电流，采集温度测量模块的信号并转换为温度值，采集电机转速传感器的值并转换为电机转速值，微处理器内部集成了12位高精度A/D转换模块，可以把输入的模拟电压转换成数字电压。

进一步地，所述直流电机在恒流源模块驱动下以恒定功率工作。

进一步地，所述温度测量模块包括精密电桥和差分运算放大器，所述差分运算放大器位AD623，通过PT100热敏电阻和3个100欧精密电阻组成电桥电路，PT100铂电阻温度传感器作为电桥的一个桥臂，引出输出电压，当温度变化引起PT100阻值变化时，引起其端电压变化，然后输入到差分运算放大器AD623中，经差分运算放大器AD623将该电势差放大51倍输入到微处理器中的模拟输入通道。

进一步地，所述上位机包含装置标定程序利用MATLAB编写，所述数据处理程序由LABVIEW编写，该数据程序完成人机交互，便于存储、显示、分析、解算采集的数据。

提供一种便携式润滑油粘度现场测量方法,包括以下步骤：

将测量探头12浸入待测润滑油，使椎板122完全浸入润滑油；

嵌入式控制板控制恒流源模块驱动直流电机11，使直流电机11在恒定功率下带动测量探头12转动；

利用嵌入式控制板同时获取直流电机转速数据及温度数据，根据MCU中固化的程序计算油液的粘度，同时把获得油液粘度信息发送给HMI触摸屏显示；

如果需要进一步处理油液粘度测量数据，把嵌入式控制板和PC机连接，并启动上位机数据处理程序，开始读取、存储、分析处理油液粘度的测量数据。

接上述技术方案，利用上位机标定粘度测量装置，包括以下步骤：

连接嵌入式控制板与上位机，启动上位机上的标定程序；

将测量探头12浸入已知粘温特性的润滑油，使椎板122完全浸入润滑油；

嵌入式控制板控制恒流源模块驱动直流电机11，使直流电机11在恒定功率下带动测量探头12转动；

利用嵌入式控制板同时获取直流电机转速数据及温度数据，根据已知的度-温度曲线和转速-温度曲线，在相同温度下对粘度和转速进行取点，在标定程序中以转速为横坐标，粘度为纵坐标，拟合出粘度-转速曲线，并得到相应的曲线表达式；

上位机标定程序将粘度-转速曲线表达式参数下发给嵌入式控制板，并固化在MCU模块中，作为实际测量油液粘度计算公式。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种便携式润滑油粘度现场测量装置，其特征在于，包括

测量执行机构，包括直流电机、测量探头、温度传感器、电机转速传感器，所述测量探头为椎板，同轴安装于直流电机的转轴上，所述电机转速传感器安装于直流电机上，并随电机转轴转动；

嵌入式控制板，与所述测量执行机构连接，包括恒流源模块、温度测量模块、电机转速测量模块、MCU模块以及通信接口模块，所述MCU模块与恒流源模块、温度测量模块、电机转速测量模块及通信接口模块均相联，所述恒流源模块用于驱动直流电机，所述MCU模块加载有测量程序，所述测量程序根据标定好的计算表达式将测量的电机转速值、温度值转换为液体粘度值；

上位机，与所述嵌入式控制板连接，包含装置标定程序及数据处理程序，所述标定程序根据采集的已知粘度值粘液中电机转速值及温度值，拟合出粘度-转速曲线，并得到所述粘度-转速曲线表达式，并将所述粘度-转速曲线表达式固化到所述MCU模块的测量程序中，所述数据处理程序对测量数据进行存储及进一步的统计分析；

显示模块，与所述嵌入式控制板连接，所述显示模块为HMI触摸屏，用于显示测量数据和装置操作输入。

2. 根据权利要求1所述的便携式润滑油粘度现场测量装置，其特征在于，所述椎板为单面椎板或双面椎板, 所述椎板的材料为铝合金材料。

3.根据权利要求1所述的便携式润滑油粘度现场测量装置，其特征在于，所述的电机转速传感器为霍尔编码器或光电旋转编码器，所述温度传感器为PT100热敏电阻。

4.根据权利要求1所述的便携式润滑油粘度现场测量装置，其特征在于，所述MCU模块为低功耗ARM Cortex-M3内核的微处理器，控制恒流源输出恒定电流，采集温度测量模块的信号并转换为温度值，采集电机转速传感器的值并转换为电机转速值。

5.根据权利要求1所述的便携式润滑油粘度现场测量装置，其特征在于，所述直流电机在恒流源模块驱动下以恒定功率工作。

6.根据权利要求1所述的便携式润滑油粘度现场测量装置，其特征在于，所述温度测量模块包括精密电桥和差分运算放大器，所述差分运算放大器位AD623。

7.根据权利要求1所述的便携式润滑油粘度现场测量装置，其特征在于，所述上位机包含装置标定程序利用MATLAB编写，所述数据处理程序由LABVIEW编写。

8.一种基于权利要求1的便携式润滑油粘度现场测量方法，其特征在于,包括以下步骤：

将测量探头浸入待测润滑油，使椎板完全浸入润滑油；

嵌入式控制板控制恒流源模块驱动直流电机，使直流电机在恒定功率下带动测量探头转动；

利用嵌入式控制板同时获取直流电机转速数据及温度数据，根据MCU中固化的程序计算油液的粘度，同时把获得油液粘度信息发送给HMI触摸屏显示；

如果需要进一步处理油液粘度测量数据，把嵌入式控制板和PC机连接，并启动上位机数据处理程序，开始读取、存储、分析处理油液粘度的测量数据。

9.一种基于权利要求1的便携式润滑油粘度现场测量方法，其特征在于,利用上位机标定粘度测量装置，包括以下步骤：

连接嵌入式控制板与上位机，启动上位机上的标定程序；

将测量探头浸入已知粘温特性的润滑油，使椎板完全浸入润滑油；

嵌入式控制板控制恒流源模块驱动直流电机，使直流电机在恒定功率下带动测量探头转动；

利用嵌入式控制板同时获取直流电机转速数据及温度数据，根据已知的粘度-温度曲线和转速-温度曲线，在相同温度下对粘度和转速进行取点，在标定程序中以转速为横坐标，粘度为纵坐标，拟合出粘度-转速曲线，并得到相应的曲线表达式；

上位机标定程序将粘度-转速曲线表达式参数下发给嵌入式控制板，并固化在MCU模块中，作为实际测量油液粘度计算公式。