用于油液粘度在線檢測傳感器的測量系統(tǒng)和測量方法
【專利摘要】本申請公開了用于油液粘度在線檢測傳感器的測量系統(tǒng)和測量方法，該測量系統(tǒng)包括上位機、自平衡激勵振蕩電路模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊，上位機與數(shù)據(jù)采集處理模塊連接，用于向數(shù)據(jù)采集處理模塊發(fā)送粘度檢測指令，并從數(shù)據(jù)采集處理模塊接收粘度檢測數(shù)據(jù)，自平衡激勵振蕩電路模塊包括由信號調(diào)理電路和音叉諧振器組成的閉合環(huán)路，音叉諧振器在測量過程中被浸入待測油液中，并通過驅(qū)動信號形成連續(xù)諧振，信號調(diào)理電路用于將來自所述音叉諧振器的諧振信號轉(zhuǎn)換為與諧振頻率同頻的驅(qū)動信號，并將驅(qū)動信號提供給所述音叉諧振器、以及數(shù)據(jù)采集處理模塊，所述數(shù)據(jù)采集處理模塊用于提取來自所述信號調(diào)理電路的驅(qū)動信號的頻率，并將其轉(zhuǎn)換為待測油液的粘度值。
【專利說明】用于油液粘度在線檢測傳感器的測量系統(tǒng)和測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油液粘度在線檢測技術(shù)，尤其涉及用于油液粘度在線檢測傳感器的測 量系統(tǒng)和測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 粘度也叫粘性系數(shù)，為兩層液體間一定面積、一定速度梯度時的內(nèi)摩擦力。粘度是 流體的重要物理性質(zhì)之一，它反映流體流動行為的特征。粘度是衡量流體粘性程度大小的 物理量，也稱為動力粘度、粘滯系數(shù)或內(nèi)摩擦系數(shù)，動力粘度的國際標準物理單位為帕斯卡 砂（Pa.巧。動力粘度的厘米.克.砂制（cgs)物理單位為泊（P)，通常表達為厘泊（C巧， 尤其在ASTM單位中。不同的物質(zhì)粘度不同，例如，在常溫（2(TC )及常壓下，空氣的粘度為 0. 018cP，水為 IcP 等。
[0003] 由于粘度是直接反映流體性質(zhì)的重要參數(shù)，因此粘度的測量被廣泛應用于石油、 化工、涂料、食品和制藥等工業(yè)部口，對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制W及最終產(chǎn)品的性能評定起著 重要作用。例如在制藥工業(yè)中，測量液體粘度（動力粘度），可W區(qū)別或檢查某些藥品的純 雜程度；在石油開采領(lǐng)域，鉆井、固井的各個階段中對鉆井液粘度的正確測量和控制不但直 接影響鉆井效率，而且決定井的質(zhì)量；在石油化工行業(yè)，粘度對各種潤滑油的質(zhì)量鑒別和確 定用途W(wǎng)及各種燃料用油的燃燒性能有決定意義。
[0004] 另外，粘度的測量在國防領(lǐng)域也起著十分重要的作用，油液的粘度參數(shù)是航空、航 天及船舶等工業(yè)部口選擇油樣W及更換油樣的重要指標。
[0005] 目前，由于粘度測量的重要性越來越大，國內(nèi)外科學家研究并開發(fā)了多種測量液 體粘度的方法與儀器。例如：
[000引 1、毛細管粘度計
[0007] 毛細管粘度計是根據(jù)哈根?泊肅葉定律設(shè)計的測量粘度的儀器。其工作原理是， 當被測液體流過半徑為r，長度為1的毛細管時，使其流量q -定，按哈根?泊肅葉定律，細 管兩端壓差AP和流體粘度系數(shù)n之間的關(guān)系如下：
[0008]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于油液粘度在線檢測傳感器的測量系統(tǒng)，包括上位機（14)、自平衡激勵振蕩 電路模塊（B)、以及數(shù)據(jù)采集處理模塊（C)， 所述上位機（14)與數(shù)據(jù)采集處理模塊（C)連接，用于向數(shù)據(jù)采集處理模塊（C)發(fā)送粘 度檢測指令，并從數(shù)據(jù)采集處理模塊（C)接收粘度檢測數(shù)據(jù)， 所述自平衡激勵振蕩電路模塊（B)包括由信號調(diào)理電路和音叉諧振器（9)組成的閉合 環(huán)路，所述音叉諧振器（9)在測量過程中被浸入待測油液中，并通過驅(qū)動信號形成連續(xù)諧 振， 所述信號調(diào)理電路用于將來自所述音叉諧振器（9)的諧振信號轉(zhuǎn)換為與諧振頻率同 頻的驅(qū)動信號，并將驅(qū)動信號提供給所述音叉諧振器（9)、以及數(shù)據(jù)采集處理模塊（C)， 所述數(shù)據(jù)采集處理模塊（C)用于提取來自所述信號調(diào)理電路的驅(qū)動信號的頻率，并將 其轉(zhuǎn)換為待測油液的粘度值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于油液粘度在線檢測傳感器的測量系統(tǒng)，還包括供電模塊 (A)，所述供電模塊（A)用于將輸入電源分別轉(zhuǎn)換為所述數(shù)據(jù)采集處理模塊（C)和所述自平 衡激勵振蕩電路模塊（B)所需的電源。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于油液粘度在線檢測傳感器的測量系統(tǒng)，其中，所述信號 調(diào)理電路包括依次串聯(lián)的帶通濾波器（4)、初級放大電路（5)、RC相位補償網(wǎng)絡(luò)（6)、次級放 大電路（7)、運算比較電路（8)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于油液粘度在線檢測傳感器的測量系統(tǒng)，其中，所述帶通 濾波器（4)用于對音叉諧振器（9)的原始諧振信號進行濾波處理，所述初級放大電路（5) 用于對濾波后的諧振信號放大，所述RC相位補償網(wǎng)路（6)用于對放大后諧振信號的進行相 位補償， 相位補償后的信號經(jīng)所述次級放大電路（7)及運算比較電路（8)之后，生成與音叉諧 振器（9)的諧振頻率同頻的驅(qū)動信號，其被連續(xù)提供給音叉諧振器（9)，以維持音叉諧振器 (9)諧振。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于油液粘度在線檢測傳感器的測量系統(tǒng)，其中，音叉諧振 器（9)由固定在一起的壓電晶體換能器和音叉組成，其中，利用壓電晶體換能器的壓電材 料的逆壓電效應，通過所述驅(qū)動信號來驅(qū)動壓電晶體換能器帶動音叉諧振，并且，利用壓電 晶體換能器的壓電材料的正壓電效應，輸出音叉諧振器（9)的諧振信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于油液粘度在線檢測傳感器的測量系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù) 采集處理模塊（C)包括隔離分頻電路（10)和控制器（13)， 其中，運算比較電路（8)還將與諧振頻率同頻的驅(qū)動信號輸出到所述數(shù)據(jù)采集處理模 塊（C)的隔離分頻電路（10)， 隔離分頻電路（10)包括光電隔離器和計數(shù)器，光電隔離器用于將所述驅(qū)動信號的峰 峰值轉(zhuǎn)換為具有適于輸出至控制器（13)的峰峰值的信號，計數(shù)器用于對驅(qū)動信號的頻率 進行分頻，分頻后的信號直接輸出至控制器（13)的頻率采集端口，由此得到諧振頻率的頻 率值，并且，控制器（13)用于將根據(jù)諧振頻率計算得到的粘度值輸出到上位機（14)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于油液粘度在線檢測傳感器的測量系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù) 采集處理模塊（C)還包括溫度傳感器（11)、以及溫度傳感器信號調(diào)理電路（12)，用于采集 并將待測油液的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到所述控制器（13)，并經(jīng)由所述控制器（13)發(fā)送到上位機 (14)處理并顯示。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于油液粘度在線檢測傳感器的測量系統(tǒng)，其中，所述供電 模塊（A)包括24V直流電源（I)、24V直流轉(zhuǎn)5V直流模塊（2)、24V直流轉(zhuǎn)IOV直流模塊（3)， 用來分別向數(shù)據(jù)采集處理模塊（C)和自平衡激勵振蕩電路模塊（B)供電。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于油液粘度在線檢測傳感器的測量系統(tǒng)，其中，所述上位 機（14)與所述數(shù)據(jù)采集處理模塊（C)之間采用RS485、RS232和/或can總線進行通信。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中的一個所述的用于油液粘度在線檢測傳感器的測量系統(tǒng)的 油液粘度測量方法，包括以下步驟： 系統(tǒng)上電后，供電模塊（A)為自平衡激勵振蕩電路模塊（B)及數(shù)據(jù)采集處理模塊（C) 分別提供工作電壓； 自平衡激勵振蕩電路（B)生成初始驅(qū)動信號驅(qū)動音叉諧振器（9)產(chǎn)生諧振； 音叉諧振器（9)達到自身諧振頻率時，將諧振信號輸出到信號調(diào)理電路； 信號調(diào)理電路將來自所述音叉諧振器（9)的諧振信號轉(zhuǎn)換為與諧振頻率同頻的驅(qū)動 信號，并將驅(qū)動信號提供給所述音叉諧振器（9)、以及數(shù)據(jù)采集處理模塊（C); 所述數(shù)據(jù)采集處理模塊（C)提取來自所述信號調(diào)理電路的驅(qū)動信號的頻率，并根據(jù)以 下公式，計算出油液的粘度值：
其中，f〇為音叉諧振器（9)在空氣中的諧振頻率值，為音叉諧振器（9)在油液中的 諧振頻率值，w、t分別為音叉諧振器（9)的叉指寬度以及厚度，Pm為音叉諧振器（9)材料 的密度，P1為油液的密度，《i為音叉諧振器（9)在油液中的角頻率，n為油液的粘度值； 數(shù)據(jù)采集處理模塊（C)將油液粘度數(shù)據(jù)實時發(fā)送至上位機（14)，并由上位機（14)輸出 和顯示。
【文檔編號】G01N11/00GK104502228SQ201410775828
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】劉帥, 陳國煒, 佘婷, 張梅菊, 王燕山, 劉德峰 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京長城航空測控技術(shù)研究所, 中航高科智能測控有限公司, 北京瑞賽長城航空測控技術(shù)有限公司