一种油品水含量的检测装置的制作方法

本实用新型涉及油品水含量检测装置。

背景技术：

随着科学技术的不断进步，油品含水量的检测技术也同大多工业技术一样，向着自动化程度更高、精确度更高、速度更快的方向发展。自动化技术的发展为降低劳动强度和提高劳动生产率提供了更为可靠的保证。同时，为了实现油品含水量更加准确、快速的测量，也必须采用自动化的测量方法。

对于油品水含量的测量，有很多种方法。JDY系列油品含水含气在线分析仪是河北冀东石油机械有限责任公司的产品，该产品是利用测量γ射线穿过原油前后强度的变化来测量含水量和含气量的，具有技术较先进、测量精度较高、性能较稳定可靠且非接触自动在线测量等特点，但是γ射线产生的辐射较强对人体有很大的危害，仪器价格较高不适合大范围推广应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种安全、有效的油品水含量检测装置。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种油品水含量的检测装置，包括电容型水含量检测传感器、C-V转换电路、电压比较器、主控制器、接口按键模块和数字显示模块；电容型水含量检测传感器通过C-V转换电路与主控制器、电压比较器相连；数字显示模块、电压比较器、接口按键模块分别与主控制器相连。

其中，电容型水含量检测传感器由上至下依次包括环氧树脂层、电极层、基板、屏蔽信号极、绝缘层；电极层包括左右两端的接地电极组和中间的激励电极组；接地电极组和激励电极组中的电极相互交叉设置，形成对状梳齿结构；激励电极组接电源正极，接地电极组接地。

激励电极组呈梳齿状结构，且电极分布为两排，两排电极相互间隔设置；接地电极组呈梳齿状结构，且各电极与相邻一排激励电极组中的电极间隔设置。

C-V转换电路采用完整转换接口集成电路CAV424；所述电压比较器采用集成电路LM339；主控制器采用MSP430F149单片机；数字显示模块采用LCD12864液晶显示屏。

接口按键模块包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，以及第一按键S1、第二按键S2、第三按键S3和第四按键S4；第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6的一端均与所述主控制器相连，并分别通过第一按键S1、第二按键S2、第三按键S3和第四按键S4接地；第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6的另一端均与3.3V电压相连。

本实用新型检测装置还包括报警装置；报警装置与主控制器相连；报警装置采用单片语音录放集成电路ISD1420。

上述检测装置还包括无线模块和终端设备；主控制器通过无线模块与终端设备相连；无线模块采用TC35i芯片；终端设备为手机和/或电脑。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：通过采用电容型水含量检测传感器来敏感接收水含量信号的变化，利用C-V转换电路对信号进行转换，当信号幅度大于电压比较器设定的阈值电压，主控制器开始进行A/D转换；当C-V转换电路转换得到的电压小于阈值电压，A/D转换不启动；通过接口按键模块来设置预警的水含量信号幅值，当检测到幅值大于按键设定值，开始通过无线模块向终端设备发送报警信息并启动报警模块进行报警。本实用新型提供的油品水含量检测装置采用了C-V转换电路和电压比较器对信号进行处理，减少了主控制器的采集任务和功耗，结构简单，成本低，可应用于无法直接连线的油品水含量检测，实现可靠测量。

附图说明

图1为本实用新型电容型油品水含量检测装置的结构框图；

图2为图1中电容型水含量检测传感器的电极结构图；

图3为图1中电容型水含量检测传感器的截面示意图；

图4为图1中电容型水含量检测传感器电极电场线分布图；

图5为图1中C-V转换电路的电路图；

图6为图1中接口按键模块的电路图。

图中，1-激励电极组，2-接地电极组，3-环氧树脂层，4-电极，5-基板，6-屏蔽信号极，7-绝缘层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型油品水含量检测装置包括依次相连的电容型水含量检测传感器、C-V转换电路、电压比较器、主控制器、无线模块和终端设备，以及数字显示模块、报警模块和接口按键模块； C-V转换电路的输出端、接口按键模块的输出端、电压比较器的输出端均与主控制器的输入端相连；C-V转换电路的输出端还与电压比较器输入端相连；数字显示模块的输入端以及报警模块的输入端分别与主控制器的输出端相连。

作为优选，电压比较器可采用LM339集成电路模块，模块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。

作为优选，主控制器可采用MSP430F149单片机，其自带的AD转换模块ADC12模块具有12位转换精度，1位非线性微分误差，1位非线性积分误差，而且内置采样与保持电路，转换内核可以关断，可节省系统能耗。

作为优选，数字显示模块采用LCD12864液晶显示屏，报警模块采用单片语音录放集成电路ISD1420，无线模块采用TC35i芯片，终端设备为手机和/或电脑，均采用易实现的硬件，确保系统成本低和测量可靠性。

如图2所示，所述电容型油品水含量检测传感器采用对状梳齿结构，电容型油品水含量检测传感器由二个相互交叉的电极组组成，中间梳齿电极组为激励电极组1（包括背向且相互间隔设置的两排电极，激励电极组相连接电源正极），两边的接地电极组2（每组接地电极组均包括一排相连且与对应一排激励电极组电极相互交叉设置的电极，呈梳齿状）接地。

如图3所示，电容型油品水含量检测传感器的截面结构从上之下依次为环氧树脂层3，电极层4，基板5，屏蔽信号极6，绝缘层7。环氧树脂层3和底层绝缘层7以及基板5的材料为FR-4。电极层4包括上述的三组梳齿状电极组，该梳齿状电极组的电极和屏蔽信号极材料均为覆铜片。

图2中的黑色色块是带有阻焊层的覆铜，是宽电极，阻焊层绝缘，在覆铜上，对应为图3的环氧树脂层3。图2中的激励电极组1和接地电极组2由很窄的带有阻焊层的覆铜组成。图2中左边，激励电极组1连接的左边宽电极和左端接地电极组2连接的右边宽电极相互交叉，形成梳齿对；同样，右边也形成梳齿对，左右梳齿对可以增加测量的灵敏度。

如图4所示，所述电容型油品水含量检测传感器电场线在边缘电容的作用下呈现上述分布，左边第一组梳齿对和右边的第二组梳齿间距为b，同一组里的上下相邻两个电极之间间隔距离为b/2，每个电极长度为a，宽度为c，所有的梳齿尺寸完全相同。

采用本实用新型对状梳齿结构的电容左右两边形成了差分结构，可以大大增加检测的灵敏度，同时，所有的梳齿尺寸完全相同，尺寸误差不会影响检测仪的输出线性。

本实用新型对应的检测装置，检测电容探头基于传统的PCB工艺，进行创新设计，将微电子中密集正负极对状梳齿结构引入PCB版图设计，其多对正负极梳齿在正负极之间形成多对并联电容，使得检测电容探头的测量范围大大提高；

检测电容探头充分利用PCB工艺中印制覆铜薄、图形设计可控的优点，对应于检测电容，探头设计将正对电场效应电容值降至最小，放大边缘电场效应电容并将其作为测量电容，控制次要电场效应大小，扩大了主要电场效应；

检测电容探头通过PCB工艺中阻焊绝缘油漆的表面覆盖，固定了正对电场效应电容的内部介质，而使得边缘电场效应电容会随着探头表面覆盖介质的不同而改变，从而达到高检测灵敏度的要求。

检测电容探头的印制覆铜附着于厚度为1.6mm的FR-4环氧树脂层，FR-4环氧树脂层具有极高的介电常数，可以将探头正面与背面的电场线进行隔离，起到了控制外界干扰因素的作用。

如图5所示， C-V转换电路采用一种多用途的处理各种电容式传感器信号的完整转换接口集成电路CAV424，内部由参考电流源，温度传感器，参考振荡器，积分器Ⅰ，积分器Ⅱ以及信号处理电路组成。其中参考电流源通过引脚1接电阻ROSC，通过引脚2接电阻RCX1，通过引脚3连接电阻RCX2并通过引脚6接参考电压VM，A2的负极连接到引脚4，A2的输出端与引脚5相连接，温度传感器与引脚7连接，引脚10接地，引脚11接电源正极，参考振荡器的输入端通过引脚12与外部电容COSC相连，参考振荡器的输出端与积分器Ⅰ相连，积分器Ⅰ的输入端通过引脚16与外部电容CR相连，积分器Ⅱ通过引脚14与外部电容CM相连，积分器Ⅰ、积分器Ⅱ的输出端与信号处理电路的输入端相连，电阻R1的输出端与引脚15相连，电阻R2的输出端与引脚13相连。

如图6所示，接口按键模块用于对报警的油品水含量幅度进行设置，包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，以及第一按键S1、第二按键S2、第三按键S3和第四按键S4；所述第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端均与主控制器相连，并分别通过第一按键S1、第二按键S2、第三按键S3和第四按键S4接地；第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的另一端、第五电阻R5的另一端和第六电阻R6的另一端均与3.3V电压相连。如图6所示，按键S1、S2、S3、S4的引脚一端依次连接在主控制器是单片机MSP430F149的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3的四个I/O口上。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。