专利名称：液体界面张力仪的制作方法
技术领域：
液体界面张力仪，属电力系统绝缘油用测试仪器。
目前国内测量液体界面张力的仪器同类产品，主要由测量环、测量杯、环架杆、平衡码、杠杆L1、L2、涡流探头组成，当测试杯平稳且缓慢地向下移动，测量环从两种不同密度且不相容的液体如水与油形成的界面拉出时，受到液体界面张力的牵引，使杠杆的另一端位于涡流传感器探头中的金属片产生位移，涡流传感器将该位移变化转换为电压信号输出。一方面该转换电压加在磁力电感两端，永磁体受到的电磁引力随位移的增加而增大，使杠杆达到新的平衡态，F张XL1＝F磁XL2成立；另外该转换电压送入串行A/D转换器，中央处理器将转换结果进行非线性修正，通过数码管输出张力结果。现有技术尽管能够实现电力系统绝缘油的测试，但存在如下不足1、涡流探头采用铁氧体磁棒绕上一定匝数的线圈，构成螺旋管式涡流探头，灵敏度低，磁力线易泄漏，极易受外界干扰；2、振动器采用电感反馈式振荡器，结构复杂，调试困难，正弦波波形失真大；3、信号变换采用差分变压器，通过三极管将传感探头产生的压差信号转换为直流输出，信号转换的准确性依赖于变压器的对称程度和晶体三极管参数的一致性。
4、采用AD574并行AD转换器，占用CPU口线较多，电路复杂，并且价格昂贵。
5、采用片外程序存贮器及片外数据存储器，系统需要的口线较多，I/O扩展电路复杂。
6、按键显示采用4位数码管，24位键，使得操作复杂，显示信息过于简单、不明了。
本实用新型的目的，就在于克服现有技术的不足，提供一种全自动计算功能、高精度的重复性和再现性、自动输出报告值、全自动操作、汉字菜单提示的人-机对话；与微机、掌上电脑通讯等优点的液体界面张力仪。
本实用新型的目的是采用如下方式来实现的该液体界面张力仪，包括电源、执行机构，其特征在于设置传感器电路、数字信号处理电路、显示器，传感器电路与数字信号处理电路相连，数字信号处理电路与显示器、执行机构相连，电源与执行机构、传感器电路、数字信号处理电路、显示器相连。
本实用新型的目的还可采用如下方式来实现所述的液体界面张力仪，其特征在于所述的传感器电路还包括，稳频稳幅振荡器4、涡流探头5、相敏检波器6、差动放大器7，稳频稳幅振荡器4、涡流探头5、相敏传感器6、差动放大器7依次相连。
所述的液体界面张力仪，其特征在于所述的稳频稳幅振荡器4是由高速度运算放大器U9A、U9B，电阻R4-R9、电容C12-C13，稳压二极管Z1-Z2构成的文式桥振荡器。
所述的液体界面张力仪，其特征在于所述的涡流探头采用磁罐封闭式结构，由磁罐1、支架2构成，在磁罐1上饶有一定匝数的线圈，磁罐1固定在支架2上，涡流探头下部与磁力电感3相连。
所述的液体界面张力仪，其特征在于所述的相敏检波器6、是由晶体二极管D1-D4，电容C14-C15，耦合变压器T1，电阻R10-R13构成，差动放大器7由运算放大器U8B、电阻R14-R16构成，选取合适的电阻R14，来调整差动放大器7的增益。
所述的液体界面张力仪，其特征在于所述的数字信号处理电路还包括串行A/D转换器8，中央处理器9、输出扩展10、输入扩展13，串行A/D转换器8与中央处理器9相连，电源12输出一路与串行A/D转换器8相连，一路通过执行机构11、输入扩展13与中央处理器9相连，输出扩展10与执行机构11相连。
所述的液体界面张力仪，其特征在于所述的串行A/D转换器8是采用12位串行A/D，中央处理器9采用AT89C51单片机，输出扩展10、输入扩展13采用两片I/O扩展电路为最佳。
所述的液体界面张力仪，其特征在于所述的显示器是采用大屏幕液晶显示器14、无标示按键15，大屏幕液晶显示器14与中央处理器9相连，无标示按键15与输入扩展13相连。
所述的液体界面张力仪，其特征在于；设置RS232串行口，可与微型打印机、掌上电脑相连。
本实用新型的液体界面张力仪，主要发明点是对传感器电路、数字信号处理电路、显示器电路的改进，传感器涡流探头采用磁罐封闭式涡流探头，磁力线为单方向封闭式，解决了磁力线的泄漏问题，提高了探测灵敏度，设置由稳频稳幅振荡器、涡流探头、相敏检波器、差动放大器的传感器电路。设置由串行A/D转换器，中央处理器、输出扩展、输入扩展的数字信号处理电路，及采用大屏幕液晶显示器、无标示按键等，实现了全自动计算功能、高精度的重复性和再现性、自动输出报告值、全自动操作、汉字菜单提示的人-机对话；与微机、掌上电脑通讯等功能。
图1是本实用新型的液体界面张力仪涡流探头结构示意图；图2是本实用新型的液体界面张力仪电路原理框图；图3是本实用新型的液体界面张力仪稳频稳幅振荡器电路原理图；图4是本实用新型的液体界面张力仪相敏检波器、差动放大器电路原理图；图5是本实用新型的液体界面张力仪电路原理总图；图6是本实用新型的液体界面张力仪电路原理总图中传感器电路原理图。
图7是本实用新型的液体界面张力仪电路原理总图中电源与驱动电路原理图；图1-7是本实用新型的液体界面张力仪的最佳实施例，其中图1-2中1磁罐2支架3磁力电感4稳频稳幅振荡器5涡流探头6相敏检波器7差动放大器8串行A/D转换器9中央处理器10输出扩展11执行机构12电源13输入扩展14大屏幕液晶显示器15无标示按键。图3-7中U1 89C51单片机U2 X25045看门狗+E2RAM U3 MAX232 RS232电平转换器U4 DS12C887A实时日历时钟U5三态反相输出8D锁存器U6 8D锁存器U7 ULN2003达林顿三极管阵列U8A-U8B、U9A-U9B高速运算放大器U10高速串行A/D转换器U11、U13-U15三端稳压集成电路U12 TL431精密可调基准电压源W1-W4电位器LS1为蜂鸣器Q1晶体三极管J1图形点阵液晶接口J2键盘接口J3 RS232串行接口J4探头及磁力电感接口J5电源变压器接口J6行程开关接口J7双速电机接口R1-R26电阻C1-C7、C12-C16、C18、C21-C26、C28、C30、C31、C33、C36-C41电容C8-C11 C17、C19-C20、C27、C29、C32、C34-C35电解电容器、D1-D6晶体二极管XT晶振K1-K4继电器B1-B2整流桥RP1-RP2电阻排。
以下结合附图1-7对本实用新型的液体界面张力仪作进一步说明如图7所示的电源及驱动部分J5接电源变压器，J5.1-J5.3接变压器双18V绕组，经整流桥B2、三端稳压集成电路U13 7815、U14 7915稳压后得到+15V和-15V，用来给传感器等模拟部分供电。
J5.4、J5.5接变压器9V绕组，经整流桥B1，U15 7805稳压后得到+5V，用来为数字部分供电。
J5.6、J5.8接变压器110V、32V绕组，为双速电机供电。
J7接双速电机，双速电机用来调节测试平台高度，继电器K4为电机电源开关，K2、K3为电机换向开关，K1为速度调节开关，继电器K1-K4由中央处理器9控制。
J6接行程开关，用来检测测试平台移动时是否达到最高点或最低点，行程开关的状态信号送给中央处理器9。
二、传感器部分在磁力电感3上增加一个副绕组，通过电位器W2、电阻R22、R23所加电流的大小与方向，可以使永磁体产生微小的位移，以调整杠杆起始位置即零位。
高速运算放大器U8B的7脚输出后，进入由电阻R17-R19、运算放大器U8A构成的减法器，减法器的另一输入来自TL431精密可调基准电压源U12。减法器有两个用途，一是因为差动放大器的输出为负，需要通过减法器倒相，已达到A/D转换器0V-5V的输入要求；另外由于运算放大器的失调电压的存在及相敏检波器元器件参数的不对称，使杠杆零位时差动放大器的输出不为零，调整电位器W3使TL431精密可调基准电压源U12的输出电压与差动放大器的零点偏移电压相同，再通过减法器相减，使得杠杆在零位时，加在A/D转换器输入端的电压为零。
电位器W4为满量程调节电位器，晶体二极管D5、D6为A/D转换器输入保护二极管。
A/D转换器采用了T1公司最新推出的12位高速10路串行A/D转换器，接口简单，精度高，这里只用了其中的一路输入。
A/D转换器供电电压是从稳压后的+15V再次由78L05三端稳压集成电路U11稳压到+5V来单独供电，进一步保证A/D转换的精度。
三、数字处理部分89C51单片机U1，内置FLASH程序存储器，其P0口为地址与数据复用口，P2提供高位地址信号，P1、P3口作为普通I/O口。
89C51单片机U1的P10-P14接A/D转换器，P15为液晶提供复位信号，P16控制液晶字体。
89C51单片机U1的RXD、TXD接MAX232电平转换器U3的9脚与10脚，提供了一个标准RS232接口，以实现打印，微机通讯，掌上电脑通讯功能。
89C51单片机U1的INT0、INT1、T0、T1，作为普通I/O口接X25045看门狗+串行E2RAM U2，其中INT0接X25045看门狗+串行E2RAM U2第1脚，做片选信号的同时兼做喂狗信号，采用X25045看门狗+串行E2RAM U2使得仪器运行更稳定，其内置的E2RAM用来存储仪器的工作参数。
89C51单片机U1的WR、RD用作外部I/O口标准读写信号，上拉电阻R1，R2增强了其驱动能力。
DS12C887A实时日立时钟芯片U4，为系统提供时钟，其内部的存储器用作系统外部数据存储器，其数据地址复用口接89C51单片机U1的P0口，89C51单片机U1的P27为其提供片选信号。
三态反相输出8D锁存器U5，连接J2用作键盘扫描，另外电机的行程开关信号也输入到三态反相输出8D锁存器U5，89C51单片机U1的P26、RD相与完成三态反相输出8D锁存器U5的选通。
8D锁存器U6作为输出扩展口，通过ULN2003大林顿三极管阵列U7驱动电机；LS1为蜂鸣器。
晶体三极管Q1作为液晶背光开关，89C51单片机U1的P25、WR相与完成8D锁存器U6的选通。
电位器W1用来调节液晶的对比度。
四、软件部分主要采用了无标示按键技术，所谓的无标示按键就是按键上面没有任何功能标示，每个按键在不同的状态时有不同的功能，完全依靠显示屏来提示当前按键的功能及意义，这样仪器使用很少的键，就可完成所有操作，简化了硬件设计。本仪器采用了5个按键。
权利要求1.液体界面张力仪，包括电源、执行机构，其特征在于设置传感器电路、数字信号处理电路、显示器，传感器电路与数字信号处理电路相连，数字信号处理电路与显示器、执行机构相连，电源与执行机构、传感器电路、数字信号处理电路、显示器相连。
2.根据权利要求1所述的液体界面张力仪，其特征在于所述的传感器电路还包括稳频稳幅振荡器(4)、涡流探头(5)、相敏检波器(6)、差动放大器(7)，稳频稳幅振荡器(4)、涡流探头(5)、相敏传感器(6)、差动放大器(7)依次相连。
3.根据权利要求2所述的液体界面张力仪，其特征在于所述的稳频稳幅振荡器(4)是由高速度运算放大器U9A、U9B，电阻R4-R9、电容C12-C13，稳压二极管Z1-Z2构成的文式桥振荡器。
4.根据权利要求2所述的液体界面张力仪，其特征在于所述的涡流探头采用磁罐封闭式结构，由磁罐(1)、支架(2)构成，在磁罐(1)上饶有一定匝数的线圈，磁罐(1)固定在支架(2)上。
5.根据权利要求2所述的液体界面张力仪，其特征在于所述的相敏检波器(6)、是由晶体二极管D1-D4，电容C14-C15，耦合变压器T1，电阻R10-R13构成，差动放大器(7)由运算放大器U8B、电阻R14-R16构成。
6.根据权利要求1所述的液体界面张力仪，其特征在于所述的数字信号处理电路还包括串行A/D转换器(8)，中央处理器(9)、输出扩展(10)、输入扩展(13)，串行A/D转换器(8)与中央处理器(9)相连，电源(12)输出一路与串行A/D转换器(8)相连，一路通过执行机构(11)、输入扩展(13)与中央处理器(9)相连，输出扩展(10)与执行机构(11)相连。
7.根据权利要求6所述的液体界面张力仪，其特征在于所述的串行A/D转换器(8)是采用12位串行A/D，中央处理器(9)采用AT89C51单片机，输出扩展(10)、输入扩展(13)采用两片I/O扩展电路为最佳。
8.根据权利要求1所述的液体界面张力仪，其特征在于所述的显示器是采用大屏幕液晶显示器(14)、无标示按键(15)，大屏幕液晶显示器(14)与与中央处理器(9)相连，无标示按键(15)与输入扩展(13)相连。
9.根据权利要求1所述的液体界面张力仪，其特征在于设置RS232串行口，可与微型打印机、掌上电脑相连。
专利摘要液体界面张力仪,属电力系统绝缘油用测试仪器,其特征在于:设置传感器电路、数字信号处理电路、显示器,传感器电路与数字信号处理电路相连,数字信号处理电路与显示器、执行机构相连,电源与执行机构、传感器电路、数字信号处理电路、显示器相连,具有全自动计算功能、高精度的重复性和再现性、自动输出报告值、全自动操作、汉字菜单提示的人－机对话,与微机、掌上电脑通讯等优点。
文档编号G01N13/00GK2466630SQ0121637
公开日2001年12月19日 申请日期2001年2月14日 优先权日2001年2月14日
发明者姜志鸿, 赵玮 申请人:淄博华坤粮油设备有限公司电子仪器分公司