油液污染度檢測儀的研制

1―計算機；2―電路板；3―編碼器組件；4―活塞缸；
5―壓力腔；6―方向控制閥；7―調壓閥；8―過濾器；9―壓力源
檢測時，先取所需檢測的油液，放入的取樣試瓶；將取樣試瓶裝入壓力腔5，壓力腔通過取樣接頭、測試探頭與活塞缸4連接；壓力源通過壓力回路對壓力腔5施加壓力，測試探頭與壓力腔對接，檢測油液在一定壓力的作用下，通過標準濾膜進入缸推動活塞運動，活塞帶動編碼器組件3中的旋轉編碼器旋轉，編碼器將活塞的位移量轉換為電信號，電路板2中的信號處理電路將處理過的信號送入單片機，通過信號轉換芯片將信號轉換為計算機1能接受的信號，計算機通過編制的軟件對信號進行分析，zui后顯示出對檢測油液的測試結果。
2 主要組成：
由工作原理可看出本檢測儀的主要結構，它的整體結構外觀如圖2所示。

1―外框架；2―控制閥；3―編碼器組件；
4―反推框架；5―調壓閥；6―壓力表；7―壓力腔
圖中有兩個編碼器組件3，雙點劃線表示的編碼器組件是在檢測油液時的位置，編碼器的輸出線與外框架1的一接口連接，實線表示的編碼器組件是在另一種狀態――反沖時的位置，反沖的作用有兩個：一方面是使檢測后的油液經過油液回路到達廢油池，另一方面可對放置在編碼器組件中的標準率膜起到清潔的作用。
從整體上可將此油液污染檢測儀的組成分為檢測數據的采集、檢測數據的傳輸和檢測數據的分析三個部分。
（1）數據采集部分
數據采集部分是解決怎樣將放置在壓力腔中的檢測油液送入編碼器組件3的油缸，使油缸中活塞組件的位移量由旋轉編碼器的輸出信號來反映，既怎樣才能使得油液的污染度、活塞的位移、與旋轉編碼器的輸出信號—脈沖之間建立起相應的。濾膜堵塞法是將油液的污染度與活塞的位移建立起。具體來說就是：不同污染程度的油液經過標準濾膜進入編碼器組件的活塞缸油液的體積不一樣，污染程度輕的油液進入活塞缸的油液多，推動活塞桿的移動量大；污染程度重是油液進入活塞缸的油液少，推動活塞的移動量??；當污染的油液將標準濾膜*堵塞后，活塞的位移也就隨之停止；這樣一定污染程度的油液就對應一定的活塞位移量。利用旋轉編碼器的工作原理，將活塞缸的位移通過旋轉編碼器轉換為脈沖信號。編碼器經過一定的機械結構與活塞缸連接，使得活塞桿的位移可由旋轉編碼器的輸出信號—脈沖量顯示出，從而建立起位移與脈沖信號的對應關系。
這一部分主要是由提供整個系統工作壓力的氣液回路、壓力腔、編碼器組件的構成。
氣液系統一方面是為整個系統提供一定的壓力，從而使檢測油液能夠穩定的到達編碼器器組件；另一方面是起到對編碼器組件中活塞缸的反沖作用，使油液從整個檢測系統中流出?？偟膩碇v就是起到提供檢測油液污染度時所需的進油壓力、反沖作用時所需的壓力以及回油管路。
根據所起作用的不同，可將氣液系分為兩部分既進氣系統和回油系統,如圖3和4所示。
帶有壓力的氣體經過分水濾氣器的清潔、干燥作用形成兩條支路進入系統：一條支路是通過壓力控制閥的調壓作用到達控制閥和壓力表，壓力表顯示值符合系統的工作壓力時通過控制閥的方向控制作用使氣流進入到壓力腔中進行工作，排氣時通過控制閥的控制作用使油液從消音器（減少排氣時的噪聲）排除；另一條支路是通過速度控制閥（又叫做節流閥，控制反沖裝置的速度）、方向控制閥進入反沖氣缸和消音器。
回油系統的作用是在檢測后使壓力腔和編碼器組件中油液經過方向控制閥（控制油液的流向）流入廢油池。
壓力腔一方面使所取到的檢測油樣不會出現二次污染，另一方面是引入氣壓使檢測油液從壓力腔進入編碼器組件，其主要由取樣液的密封裝置、測試接頭、壓力腔組成。檢測時通過方向控制閥和接頭使氣壓進入壓力腔組件，在氣壓的作用下使取樣瓶中的樣液通過壓力腔組件上面的測試接頭進入到傳感器（編碼器）組件。
編碼器組件的外觀結構如圖5所示：
編碼器組件是信號輸入通到的*道環節也是決定整個檢測系統性能的關鍵環節之一，主要解決怎樣將油液的位移信號轉換為脈沖信號。本系統編碼器組件一方面通過包含標準濾膜的探測頭組件1與壓力腔上面的測試接頭相連接，使油液經過標準濾膜的過濾作用進入編碼器組件下面的活塞缸2推動活塞運動，活塞桿通過一定的機械連接將位移信號送入到旋轉編碼器4中，旋轉編碼器將輸入的位移信號轉化為脈沖信號輸入檢測系統的后面環節；另一方面在反沖過程中，通過反沖缸的作用使編碼器組件中的活塞桿回位，并清洗濾膜。
（2）數據傳輸部分
數據傳輸部分解決怎樣將傳感器輸出的脈沖信號送入計算機中進行對檢測數據的分析。這一部分主要是對有關電路的設計、單片機的確定、電平轉換芯片的選擇，此檢測儀是將其設計為一整體電路板封裝在框架中，留出三個接口，一個是用來為整個電路板提供電源電壓，一個是整個電路板與旋轉編碼器相連的接口，另一個就是將數據送入后面進行分析的與計算機相連的接口。
   在本檢測儀的電路中主要用到的電器元件有變壓器、穩壓器、施密特觸發器、開關和繼電器。
   變壓器和穩壓器構成直流電路，它的作用是解決怎樣將頻率為50Hz、有效值為220V的交流電壓轉換為幅值穩定、符合單片機、通信芯片等要求的直流電壓，一般是由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路組成。變壓器是將220V電壓變為系統所需要的電壓幅值；整流電路將交流電壓轉換為直流電壓，即將正弦波電壓變為單一方向的脈動電壓；濾波電路是為了減少電壓的脈動，使輸出電壓平滑；穩壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網電壓波動和負載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩定性。本檢測儀選擇的集成芯片7805集成了整流電路、濾波電路和穩壓電路，它的輸出電壓5V可滿足檢測儀系統的要求。
   施密特觸發器是信號處理電路的一部分。在檢測系統中，信號處理電路是對傳感器的輸出信號進行處理，常用的電路有：放大電路、濾波電路、信號變換電路、整形電路等。結合旋轉編碼器的輸出信號和單片機的輸入信號，在此系統中選擇施密特整形器來滿足系統的要求。利用施密特觸發器的特點，來保證送入單片機中的脈沖信號是為理想的矩形波，抵抗整個傳輸系統中對矩形波形的影響。
開關和繼電器結合完成對單片機中計數器的清零功能。單片機對旋轉編碼器的輸出脈沖信號進行計數，脈沖數與相應的位移、油液污染度等級對應，所以在每次檢測前要對單片機的計數器進行清零。開關和繼電器組成的輸出信號線與單片機的RESET引腳連接，通過單片機中的程序來實現對記數器的清零。
 單片機在此檢測儀系統的作用是對旋轉編碼器輸出的、經過信號處理電路處理的脈沖信號通過后面的信號轉換芯片送入計算機。單片機在檢測儀系統中的作用有接收旋轉編碼器的脈沖信號、對脈沖信號的計數功能、數據的存儲、與后面信號轉換芯片的數據傳輸、為通信產生波特濾以及通信協議。根據所起作用可選擇單片機芯片、確定其中的程序以及在整個系統中的連接。選擇AT89C52芯片，其中程序的流程圖如圖6所示。
常用的通信方式有兩種既并行通信和串行通信。并行通信是指數據的各位同時進行傳送（發送或接收）的通信方式，其優點是傳送速度快，缺點是數據有多少位就需要多少根傳送線；串行通信指數據是一位一位按順序傳送的通信方式，它的突出優點是只需一對傳輸線，這樣大大降低了傳送成本。根據系統工作方式，結合兩種通信方式的優缺點確定此系統具體的通信方式為串行通信。
利用單片機的全雙工串行口和計算機上面的標準串行口COM1或COM2，實現單片機和計算機之間的數據的傳送，但由于單片機輸出信號電平（TTL電平）與RS-232標準規定的邏輯電平不一致，需要在單片機與計算機之間增加電平轉換芯片。
選MAX232作為電平轉換芯片,其內部有一個電源電壓轉換器，可以把輸入的+5V電壓變換為RS-232輸出電平所需要的電壓。MAX2332是特別為滿足EIA的標準而設計的，它在EIA標準串行通信接口中日益得到廣泛的應用，它具有功耗低、工作電源為單電源，可與單片機一起使用前面提到的7805提供的+5V。MAX232實現將單片機采集到的數據傳送到計算機，由計算機的語言對數據進行處理。
（3）數據分析
數據分析部分是在計算機中進行，通過編制的軟件分析得出zui終的檢測結果―油液的污染等級。
本檢測儀的軟件部分采用VB進行編制。軟件要實現的功能：數據傳輸實現單片機和計算機之間的數據傳輸；數據分析實現脈沖數與油液污染度等級標準的對應；數據報告顯示、打印符合實際需要的數據報告；檢測數據的存儲和查詢使對檢測數據的結果有存儲查看的功能。根據軟件要實現的功能來進行編程，編程中涉及到數據通信的編程、許多數據庫的建立、與EXCEL的連接等等。進行檢測的主程序的流程圖如圖7。
此系統主要用于在實驗室檢測油液的污染度等級。經過簡單的改制可做成便攜式的，用于現場的油液污染的檢測，也可用于故障檢測，不用知道油液的具體污染等級，只要顯示出油液是否能夠繼續使用即可?？偟恼f來此型油液污染度檢測儀的應用范圍比較廣泛。
參考文獻
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