CN112782043A - 一种转片式粘度传感器 - Google Patents

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程勋凤
肖怡
张勇
顾国瑞
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    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
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Abstract

本发明公开了一种转片式粘度传感器。所述传感器包括中心转子、圆筒外壳、旋转轴、微型电机；所述中心转子包括若干动态叶片和中心圆柱；所述圆筒外壳包含若干静态叶片，动态叶片通过中心圆柱安装在旋转轴上，旋转轴连接微型电机；通过微型电机带动动态叶片在被测油液中做旋转运动，中心转子受到不同的油液粘性力矩作用，而微型电机的转矩也会因此改变，从而转化成不同的电信号，输出相应的粘度信息。本发明分析速度快，测量范围大，测试精度高，并且具有结构紧凑、安装拆卸方便、成本低等优点，易于在较小空间环境中布置工作。

Description

一种转片式粘度传感器
技术领域
本发明涉及润滑油粘度检测领域，具体涉及一种转片式粘度传感器。
背景技术
润滑油粘度对于发动机的工作来说有着极其重大的意义。但是由于润滑油本身的性质以及使用环境的影响等，在使用过程中润滑油的粘度经常会发生一定的变化，从而给发动机的正常工作带来了很大的阻碍，润滑油粘度过大或过小时对发动机都有影响。润滑油粘度过大时对发动机的影响：启动困难，磨损增大，功率下降，油耗增加，冷却作用和清洁作用变差。润滑油粘度过小时对发动机的影响：油膜容易被破坏从而增大发动机磨损，密封作用不好导致气缸漏气，加大润滑油损耗量。
传统旋转法粘度计的中心转子大多采用圆筒状，电机带动圆筒在被测流体中作匀速旋转，通过测量圆筒外表面所受粘滞阻力来检测油液粘度。但是传统粘度计的圆筒转子具有明显不足之处，转子在工作时与油液接触面积普遍较小，测量范围小误差大，导致测量结果精确度较低。并且在特殊场景运用时，圆筒转子直径、体积都有明确要求，由于圆筒表面积是有限的，传感器的测试灵敏度就会下降，同样测试误差较大。同时传统粘度计还存在体积大、硬件设备多、实验环境要求高等缺点，只能用于层流状态检测，更不能对发动机工作时的油液粘度测量实现在线测量。
为解决上述问题，本发明提出一种转片式粘度传感器，该传感器的中心转子采用叶片式结构，增大了转子表面积，叶片越多越密，表面积就会越大，有效增加了中心转子转动时转子与油液的接触面积，增大粘滞力矩，提高测量精度。该传感器动态叶片和静态叶片等间距交错分布，被测流体与中心转子接触的主要面积在动态叶片上，中心转子受力适中，结构合理，表面积较小，受油液推力影响较小。具有响应快、灵敏度高、结构简单、稳定可靠等优点。
发明内容
针对上述技术问题，本发明旨在解决的问题是设计一种转片式粘度传感器，提高测量精度，实时检测获取润滑油粘度信息，并且符合快速便捷和成本低的要求。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种转片式粘度传感器，包括若干中心转子、圆筒外壳、旋转轴、微型电机；所述中心转子包括若干动态叶片和中心圆柱；所述圆筒外壳包含若干静态叶片；
静态叶片固定在圆筒外壳上，动态叶片通过中心圆柱安装在旋转轴上，旋转轴连接微型电机；圆筒外壳内注入被测油液，由微型电机带动动态叶片在被测油液中做旋转运动，中心转子受到不同的油液粘性力矩作用时，而微型电机的转矩也会因此改变，从而转化成不同的电信号，并输出相应的粘度信息。
进一步地，静态叶片和动态叶片交错分布，每两层动态叶片之间设置有一层静态叶片，动态叶片和静态叶片之间为油液区域，流速随旋转轴的旋转速度增大迅速下降，从而增大油液速度梯度，增大粘滞力矩。
进一步地，静态叶片和动态叶片都采用圆形叶片结构，所有叶片厚度相同且等间距均匀分布，有效增大了中心转子转动时动态叶片与油液的接触面积，增大粘滞力矩，提高测试精度。
进一步地，中心转子和圆筒外壳同轴安装，消除偏心力影响，减少粘度测量误差。
进一步地，圆筒外壳表面均匀分布若干相同大小的孔洞，被测油液通过小孔进入圆筒内部，圆筒表面的油液与筒壁保持静止；在圆筒外壳内部顶端即旋转轴与中心圆柱的连接处，设置了凹槽，用于将放置的唇形密封圈通过过盈配合安装在旋转轴上，将旋转轴与待测油液隔离，密封效果好，提高传感器检测精度。
进一步地，旋转轴与与中心圆柱的连接处增加了微型滚动轴承，微型滚动轴承设置于唇形密封圈下方，同时承受轴向载荷和径向载荷，实现中心转子在被测油液中的稳定旋转。
相比现有技术，本发明的优点在于：
本发明结构紧凑、安装拆卸方便、成本低、易于操作、测量精度高、结果输出迅速，对空间与实验环境的要求小，可直接安装在大型柴油发动机油底壳上对润滑油粘度进行在线测量。相较于传统粘度计圆筒转子结构，本发明中心转子采用叶片式结构，增大了转子表面积，叶片越多越密，表面积就会越大，有效增加了中心转子转动时转子与油液的接触面积，增大粘滞力矩，提高测量精度。动态叶片和静态叶片等间距交错分布，被测流体与中心转子接触的主要面积在动态叶片上，中心转子受力适中，结构合理，表面积较小，受油液推力影响较小。
附图说明
图1是本发明实施例的三维示意图，其中图1a为内部剖面图，图1b为外部结构图。
图2是本发明实施例中心转子结构示意图。
图3是本发明实施例圆筒外壳结构示意图。
图4是本发明实施例唇型密封圈截面示意图。
图5是传统粘度计结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实例对本发明的具体实施作进一步详细地描述，实例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实例。
实施例：
一种转片式粘度传感器，如图1a、图1b、图2、图3所示，包括中心转子、圆筒外壳4、旋转轴5、微型电机6；所述中心转子包括若干动态叶片2和中心圆柱3；所述圆筒外壳4包括若干静态叶片1；
静态叶片1固定在圆筒外壳4上，动态叶片2通过中心圆柱3安装在旋转轴5上，旋转轴5连接微型电机6；圆筒外壳4中注入被测油液，由微型电机6带动动态叶片2在被测油液中做旋转运动，中心转子受到不同的油液粘性力矩作用时，而微型电机6的转矩也会因此改变，控制微型电机6的工作电压恒定，将不同转矩转化成不同的电流信号，最后根据传感器电流与油液之间的粘度关系函数计算出粘度大小。
如图1a所示，静态叶片1和动态叶片2交错分布，每两层动态叶片2之间设置有一层静态叶片1，动态叶片2和静态叶片1之间为油液区域，流速随旋转轴5的旋转速度增大迅速下降，从而增大油液速度梯度，增大粘滞力矩。
如图1a所示，静态叶片1和动态叶片2都采用圆形叶片结构，所有叶片厚度相同且等间距均匀分布，有效增大了中心转子转动时动态叶片2与油液的接触面积，增大粘滞力矩，提高测试精度。
如图1a所示，中心转子和圆筒外壳4同轴安装，消除偏心力影响，减少粘度测量误差。
如图3所示，圆筒外壳4表面均匀分布若干相同大小的孔洞，被测油液通过小孔进入圆筒内部，圆筒表面的油液与筒壁保持静止；在圆筒外壳4内部顶端即旋转轴5与中心圆柱3的连接处，设置了凹槽，用于将放置的唇形密封圈7通过过盈配合安装在旋转轴5上，将旋转轴5与待测油液隔离，密封效果好，提高传感器检测精度。
如图1a所示，旋转轴5与与中心圆柱3的连接处增加了微型滚动轴承8，微型滚动轴承8设置于唇形密封圈7下方，同时承受轴向载荷和径向载荷，实现中心转子在被测油液中的稳定旋转。
本实施例中，微型电机6的工作电压为12V，微型电机6的电流关于动力粘度的平均变化率变为4.1841mA/(mPa·s)，流体动力粘度每变化1mPa·s，微型电机6的电流变化4.1841mA。
如图4所示，唇形密封圈7的基本结构主要包括橡胶密封部分、金属骨架或金属壳体和金属弹簧；可以通过一挠性密封元件如皮革、聚四氟乙烯、橡胶、聚酰亚胺或聚三氟氯乙烯与旋转轴之间的过盈配合压迫旋转轴实现密封。
如图5所示，传统旋转法粘度计的中心转子大多采用圆筒状，转子工作时与油液接触面积小，测量误差大精度低，而在特殊场景运用时，圆筒转子直径、体积都有明确要求，由于圆筒表面积是有限的，传感器的测试灵敏度就会下降，同样测试误差较大。并且传统圆筒式粘度计没有滚动轴承结构，转子在油液中旋转时十分不稳定，油液容易溢出，测试误差大。相较于传统式圆筒结构，本发明转子采用叶片结构，增大了中心转子表面积，叶片越多越密，表面积就会越大，传感器测试灵敏度上升，进一步提高测量精度。本发明在旋转轴与与中心圆柱的连接处增加了微型滚动轴承，实现中心转子在被测油液中的稳定旋转。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种转片式粘度传感器，其特征在于，包括中心转子、圆筒外壳(4)、旋转轴(5)、微型电机(6)；所述中心转子包括若干动态叶片(2)和中心圆柱(3)，所述圆筒外壳包括若干静态叶片(1)；
静态叶片(1)固定在圆筒外壳(4)上，动态叶片(2)通过中心圆柱(3)安装在旋转轴(5)上，旋转轴(5)连接微型电机(6)；圆筒外壳(4)内注入被测油液，由微型电机(6)带动动态叶片(2)在被测油液中做旋转运动，中心转子受到不同的油液粘性力矩作用时，而微型电机(6)的转矩也会因此改变，从而转化成不同的电信号，并输出相应的粘度信息。
2.根据权利要求1所述的一种转片式粘度传感器，其特征在于，静态叶片(1)和动态叶片(2)交错等间距分布，每两层动态叶片(2)之间设置有一层静态叶片(1)。
3.根据权利要求1所述的一种转片式粘度传感器，其特征在于，静态叶片(1)采用圆形叶片结构。
4.根据权利要求1或3所述的一种转片式粘度传感器，其特征在于，动态叶片(2)采用圆形叶片结构。
5.根据权利要求1或2所述的一种转片式粘度传感器，其特征在于，所有叶片厚度相同。
6.根据权利要求5所述的一种转片式粘度传感器，其特征在于，所有叶片等间距均匀分布。
7.根据权利要求1所述的一种转片式粘度传感器，其特征在于，中心转子和圆筒外壳(4)采用同轴安装，消除偏心力影响。
8.根据权利要求1所述的一种转片式粘度传感器，其特征在于，圆筒外壳(4)表面均匀分布若干大小相同的孔洞，被测油液经过孔洞流进圆筒内部。
9.根据权利要求8所述的一种转片式粘度传感器，其特征在于，在圆筒外壳(4)内部顶端即旋转轴(5)与中心圆柱(3)的连接处设有凹槽，用于将放置的唇形密封圈(7)通过过盈配合将密封圈(7)安装在旋转轴(5)上。
10.根据权利要求1或9所述的一种转片式粘度传感器，其特征在于，旋转轴(5)与中心圆柱(3)的连接处设有微型滚动轴承(8)，微型滚动轴承(8)设置于唇形密封圈(7)下方，同时承受轴向载荷和径向载荷，实现中心转子在被测油液中的稳定旋转。
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Title
肖怡: "发动机润滑油旋转式粘度在线检测技术研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士) 工程科技Ⅱ辑》 *

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