用于油液粘度在线检测传感器的测量系统和测量方法
【专利摘要】本申请公开了用于油液粘度在线检测传感器的测量系统和测量方法，该测量系统包括上位机、自平衡激励振荡电路模块、数据采集处理模块，上位机与数据采集处理模块连接，用于向数据采集处理模块发送粘度检测指令，并从数据采集处理模块接收粘度检测数据，自平衡激励振荡电路模块包括由信号调理电路和音叉谐振器组成的闭合环路，音叉谐振器在测量过程中被浸入待测油液中，并通过驱动信号形成连续谐振，信号调理电路用于将来自所述音叉谐振器的谐振信号转换为与谐振频率同频的驱动信号，并将驱动信号提供给所述音叉谐振器、以及数据采集处理模块，所述数据采集处理模块用于提取来自所述信号调理电路的驱动信号的频率，并将其转换为待测油液的粘度值。
【专利说明】用于油液粘度在线检测传感器的测量系统和测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及油液粘度在线检测技术，尤其涉及用于油液粘度在线检测传感器的测 量系统和测量方法。
【背景技术】
[0002] 粘度也叫粘性系数，为两层液体间一定面积、一定速度梯度时的内摩擦力。粘度是 流体的重要物理性质之一，它反映流体流动行为的特征。粘度是衡量流体粘性程度大小的 物理量，也称为动力粘度、粘滞系数或内摩擦系数，动力粘度的国际标准物理单位为帕斯卡 砂（Pa.巧。动力粘度的厘米.克.砂制（cgs)物理单位为泊（P)，通常表达为厘泊（C巧， 尤其在ASTM单位中。不同的物质粘度不同，例如，在常温（2(TC )及常压下，空气的粘度为 0. 018cP，水为 IcP 等。
[0003] 由于粘度是直接反映流体性质的重要参数，因此粘度的测量被广泛应用于石油、 化工、涂料、食品和制药等工业部口，对生产环节的质量控制W及最终产品的性能评定起着 重要作用。例如在制药工业中，测量液体粘度（动力粘度），可W区别或检查某些药品的纯 杂程度；在石油开采领域，钻井、固井的各个阶段中对钻井液粘度的正确测量和控制不但直 接影响钻井效率，而且决定井的质量；在石油化工行业，粘度对各种润滑油的质量鉴别和确 定用途W及各种燃料用油的燃烧性能有决定意义。
[0004] 另外，粘度的测量在国防领域也起着十分重要的作用，油液的粘度参数是航空、航 天及船舶等工业部口选择油样W及更换油样的重要指标。
[0005] 目前，由于粘度测量的重要性越来越大，国内外科学家研究并开发了多种测量液 体粘度的方法与仪器。例如：
[000引 1、毛细管粘度计
[0007] 毛细管粘度计是根据哈根?泊肃叶定律设计的测量粘度的仪器。其工作原理是， 当被测液体流过半径为r，长度为1的毛细管时，使其流量q -定，按哈根?泊肃叶定律，细 管两端压差AP和流体粘度系数n之间的关系如下：
[0008]
【权利要求】
1. 一种用于油液粘度在线检测传感器的测量系统，包括上位机（14)、自平衡激励振荡 电路模块（B)、以及数据采集处理模块（C)， 所述上位机（14)与数据采集处理模块（C)连接，用于向数据采集处理模块（C)发送粘 度检测指令，并从数据采集处理模块（C)接收粘度检测数据， 所述自平衡激励振荡电路模块（B)包括由信号调理电路和音叉谐振器（9)组成的闭合 环路，所述音叉谐振器（9)在测量过程中被浸入待测油液中，并通过驱动信号形成连续谐 振， 所述信号调理电路用于将来自所述音叉谐振器（9)的谐振信号转换为与谐振频率同 频的驱动信号，并将驱动信号提供给所述音叉谐振器（9)、以及数据采集处理模块（C)， 所述数据采集处理模块（C)用于提取来自所述信号调理电路的驱动信号的频率，并将 其转换为待测油液的粘度值。
2. 根据权利要求1所述的用于油液粘度在线检测传感器的测量系统，还包括供电模块 (A)，所述供电模块（A)用于将输入电源分别转换为所述数据采集处理模块（C)和所述自平 衡激励振荡电路模块（B)所需的电源。
3. 根据权利要求1所述的用于油液粘度在线检测传感器的测量系统，其中，所述信号 调理电路包括依次串联的带通滤波器（4)、初级放大电路（5)、RC相位补偿网络（6)、次级放 大电路（7)、运算比较电路（8)。
4. 根据权利要求3所述的用于油液粘度在线检测传感器的测量系统，其中，所述带通 滤波器（4)用于对音叉谐振器（9)的原始谐振信号进行滤波处理，所述初级放大电路（5) 用于对滤波后的谐振信号放大，所述RC相位补偿网路（6)用于对放大后谐振信号的进行相 位补偿， 相位补偿后的信号经所述次级放大电路（7)及运算比较电路（8)之后，生成与音叉谐 振器（9)的谐振频率同频的驱动信号，其被连续提供给音叉谐振器（9)，以维持音叉谐振器 (9)谐振。
5. 根据权利要求1所述的用于油液粘度在线检测传感器的测量系统，其中，音叉谐振 器（9)由固定在一起的压电晶体换能器和音叉组成，其中，利用压电晶体换能器的压电材 料的逆压电效应，通过所述驱动信号来驱动压电晶体换能器带动音叉谐振，并且，利用压电 晶体换能器的压电材料的正压电效应，输出音叉谐振器（9)的谐振信号。
6. 根据权利要求4所述的用于油液粘度在线检测传感器的测量系统，其中，所述数据 采集处理模块（C)包括隔离分频电路（10)和控制器（13)， 其中，运算比较电路（8)还将与谐振频率同频的驱动信号输出到所述数据采集处理模 块（C)的隔离分频电路（10)， 隔离分频电路（10)包括光电隔离器和计数器，光电隔离器用于将所述驱动信号的峰 峰值转换为具有适于输出至控制器（13)的峰峰值的信号，计数器用于对驱动信号的频率 进行分频，分频后的信号直接输出至控制器（13)的频率采集端口，由此得到谐振频率的频 率值，并且，控制器（13)用于将根据谐振频率计算得到的粘度值输出到上位机（14)。
7. 根据权利要求6所述的用于油液粘度在线检测传感器的测量系统，其中，所述数据 采集处理模块（C)还包括温度传感器（11)、以及温度传感器信号调理电路（12)，用于采集 并将待测油液的温度数据发送到所述控制器（13)，并经由所述控制器（13)发送到上位机 (14)处理并显示。
8. 根据权利要求2所述的用于油液粘度在线检测传感器的测量系统，其中，所述供电 模块（A)包括24V直流电源（I)、24V直流转5V直流模块（2)、24V直流转IOV直流模块（3)， 用来分别向数据采集处理模块（C)和自平衡激励振荡电路模块（B)供电。
9. 根据权利要求1所述的用于油液粘度在线检测传感器的测量系统，其中，所述上位 机（14)与所述数据采集处理模块（C)之间采用RS485、RS232和/或can总线进行通信。
10. 根据权利要求1至9中的一个所述的用于油液粘度在线检测传感器的测量系统的 油液粘度测量方法，包括以下步骤： 系统上电后，供电模块（A)为自平衡激励振荡电路模块（B)及数据采集处理模块（C) 分别提供工作电压； 自平衡激励振荡电路（B)生成初始驱动信号驱动音叉谐振器（9)产生谐振； 音叉谐振器（9)达到自身谐振频率时，将谐振信号输出到信号调理电路； 信号调理电路将来自所述音叉谐振器（9)的谐振信号转换为与谐振频率同频的驱动 信号，并将驱动信号提供给所述音叉谐振器（9)、以及数据采集处理模块（C); 所述数据采集处理模块（C)提取来自所述信号调理电路的驱动信号的频率，并根据以 下公式，计算出油液的粘度值：
其中，f〇为音叉谐振器（9)在空气中的谐振频率值，为音叉谐振器（9)在油液中的 谐振频率值，w、t分别为音叉谐振器（9)的叉指宽度以及厚度，Pm为音叉谐振器（9)材料 的密度，P1为油液的密度，《i为音叉谐振器（9)在油液中的角频率，n为油液的粘度值； 数据采集处理模块（C)将油液粘度数据实时发送至上位机（14)，并由上位机（14)输出 和显示。
【文档编号】G01N11/00GK104502228SQ201410775828
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】刘帅, 陈国炜, 佘婷, 张梅菊, 王燕山, 刘德峰 申请人:中国航空工业集团公司北京长城航空测控技术研究所, 中航高科智能测控有限公司, 北京瑞赛长城航空测控技术有限公司