船用多功能手持式蓄电池测量仪的制作方法
【专利摘要】船用多功能手持式蓄电池测量仪，至少包括电压测量模块、红外测温模块、比重测量模块及测量室，电压测量模块由电压测量横柄、可调节接触式探头、电压测量电路构成，两个可调节接触式探头可调节地设置在电压测量横柄的两端部；红外测温模块安装在电压测量横柄上；比重测量模块由电解液移液器、超声波测量比重电路组成，电解液移液器由橡皮吸球及移液管组成，移液管的一端与橡皮吸球相通、另一端依次穿过测量室及电压测量横柄的中心伸入电解液中，超声波测量比重电路的发射换能器、接收换能器设置在测量室内的移液管纵向的上下两端。本实用新型能够单人单手一次性完成船舶铅酸蓄电池电压、温度、比重三项指标测量，重量轻、测量精度高。
【专利说明】船用多功能手持式蓄电池测量仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种船用多功能手持式蓄电池测量仪，针对船舶用铅酸蓄电池电压、温度、比重三项指标进行综合测量。
【背景技术】
[0002]铅酸蓄电池由于其成本低廉、安全性好、大容量大功率性能好、均匀一致性好等众多优点占据着工业电池半壁江山。铅酸蓄电池对充放电有着严格的要求，对铅酸蓄电池的使用和维护除了需要安装自动监测系统来跟踪每块蓄电池电压、温度、比重三项指标，同时也需要人工手动对每块电池进行监测。船舶用铅酸蓄电池是动力的储能系统，其数量庞大，通常处于浮充电状态，在浮充电过程中伴有有酸雾和氢气析出，产生易燃、易爆、腐蚀性气体，污染环境或有爆炸危险，测量工作存在一定风险，特别是船舶铅酸蓄电池，由于其数量庞大，安装环境空间狭小，使得蓄电池的常规测量工作十分艰难，对测量及人工维护工具提出了更高要求。
[0003]目前国内针对蓄电池电压测量采用万用表、水银温度计、量杯目测等方法，分别对铅酸蓄电池电压、温度、比重三项指标进行测量；针对蓄电池比重测量，日本已有采用“振荡管式密度传感”技术研制的D-130N型密度计，且日本的比重测量技术仅能测量比重一项指标。目前国内外尚无一款集铅酸蓄电池电压、温度、比重三项指标测量于一体并具备防酸、防爆的测量工具问世。
【发明内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是，针对现有船舶用铅酸蓄电池电压、温度、比重测量工作存在的上述不足，提供一种船用多功能手持式蓄电池测量仪，能够单人、单手、一次性完成船舶铅酸蓄电池电压、温度、比重三项指标测量。
[0005]本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
[0006]船用多功能手持式蓄电池测量仪，至少包括电压测量模块、红外测温模块及测量室，所述电压测量模块由电压测量横柄、可调节接触式探头、电压测量电路构成，所述可调节接触式探头包括两个、分别可调节地设置在电压测量横柄的两端部，所述测量室固定在电压测量横柄上方，所述电压测量电路设置在测量室内，电压测量电路与两个可调节接触式探头连接、用于获得可调节接触式探头检测的电压信号；所述红外测温模块安装在所述电压测量横柄上。
[0007]按上述方案，所述可调节接触式探头通过开设在电压测量横柄两端部的长条形孔与螺栓配合安装在电压测量横柄上。
[0008]按上述方案，所述红外测温模块采用Melexis公司的MLX90614红外测温计。
[0009]按上述方案，该测量仪还包括比重测量模块，所述比重测量模块由电解液移液器、超声波测量比重电路组成，所述电解液移液器由橡皮吸球及移液管组成，所述橡皮吸球安装在测量室上方，所述移液管的一端与橡皮吸球相通，移液管的另一端依次穿过测量室及电压测量横柄的中心伸入电解液中；所述超声波测量比重电路由发射换能器、接收换能器、超声波发射电路、超声波接收电路及单片机组成，所述发射换能器、接收换能器设置在测量室内的移液管纵向的上下两端，发射换能器通过驱动线与超声波发射电路连接，接收换能器通过信号线与超声波接收电路连接后再接入单片机。
[0010]按上述方案，所述超声波发射电路采用IMHz的方波脉冲对发射换能器进行驱动。[0011 ] 按上述方案，所述超声波接收电路由前置放大电路、带通滤波电路、比较整形电路依次串联组成，用于将接收换能器接收的脉冲信号经放大、滤波、整形后发送至单片机内。
[0012]按上述方案，所述单片机选用Silab C8051F340器件。
[0013]本实用新型的工作原理:
[0014]1、电压测量:测试员仅需手握测量仪，将电压测量模块前端的可调节接触式探头调整至与蓄电池两极尺寸一致，夹持蓄电池两极，再通过与两个可调节接触式探头连接的电压测量电路实现蓄电池电压测量，可调节接触式探头设计为宽度可调节、满足不同规格尺寸的蓄电池电压测量需求；
[0015]2、温度测量:通过集成在电压测量横柄上的红外测温模块，采用温度补偿、校正技术准确测量电解液的平均温度，红外测温模块设有红点指示功能，实现准确定位待测电解液的同时，不接触电解液，避免了电解液溅出的风险；
[0016]3、比重测量:通过电解液移液及超声波测比重电路实现移液一测量一体化设计，完成蓄电池电解液比重测量；电解液移液器通过橡皮吸球以及移液管将少量蓄电池电解液吸取至测量室中，测量室内的移液管纵向的上下两端设置发射换能器、接收换能器，保证蓄电池电解液浸没发射换能器、接收换能器，发射换能器、接收换能器通过导线引出驱动线和信号线，与超声波测比重电路的其他单元连接，然后通过超声波测比重电路对蓄电池电解液的密度进行测量:液体中的超声波传播的速度是液体体积弹性模量和密度的函数，即超声波的速度V随着液体密度或体积弹性模量而变，当然也就为液体的密度P、压力P和温度T的函数，SPv = f (P，P，T)。考虑到电解液的压力变化很小，且压力对声速的影响也很小，可将压力P忽略不计，而只考虑电解液温度T对超声波的速度V的影响，即V = f ( P ,T)。通过超声波的速度V、电解液温度T获取电解液密度P，进而得到电解液的比重值。测量结束后，通过橡皮吸球释放蓄电池电解液，完成蓄电池电解液比重测量。鉴于蓄电池电解液为硫酸，移液管采用抗腐蚀塑料材质，发射换能器、接收换能器及其导线用特氟龙材料密封固定。
[0017]本实用新型的有益效果在于:
[0018]1、鉴于目前船舶铅酸蓄电池单块电池电压测量仍采用万用表，万用表的红黑表笔需要测试人员双手各执，而表体只能随意放在维护平车上，蓄电池舱环境恶劣，此方法测量不便；本实用新型的电压测量模块采用独创的可调节接触式探头夹持蓄电池两极实现蓄电池电压测量，可调节接触式探头设计为宽度可调节、满足不同规格尺寸的蓄电池电压测量需求；
[0019]2、鉴于目前船舶铅酸蓄电池电解液温度测量仍采用传统的水银温度计，插入式测量的方法，这种纯物理的测量方法存在响应速度慢，温度计抽出时存在电解液(硫酸)溅出，伤害人体、降低蓄电池绝缘等危害；本实用新型在测量仪电压测量横柄上集成了红外测温模块，在不接触电解液的情况下完成蓄电池电解液温度测量，并设有红点指示功能，实现准确定位待测电解液的同时，不接触电解液，避免了电解液溅出的风险；
[0020]3、鉴于目前船舶铅酸蓄电池电解液比重测量仍采用人工吸球吸取、量杯测量，肉眼观察检测手段复杂、测量精度低，人为误差大，且在人工倒回被测电解液的时容易溅出，溅出的电解液附着在蓄电池表面，降低了蓄电池绝缘性能，存在一定安全隐患，若液体溅入人体皮肤、眼睛会造成严重伤害；本实用新型将超声波发射换能器、接收换能器集成在测量室内部，实现移液一测量一体化设计，完成蓄电池电解液比重测量，测量精度高、安全可罪；
[0021]4、充分考虑船舶蓄电池舱室空间狭小、蓄电池充电过程中产生的酸雾和氢气对测量工作带来的不便，将蓄电池电压、电解液温度、电解液比重测量集成为一体，测量仪手持式结构设计，合理配置各测试点位置，使得测量仪能够实现单手操作，一步完成蓄电池三项指标测量工作，整个测量仪重量轻、防腐蚀、防爆、操作简单、维护方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型船用多功能手持式蓄电池测量仪的结构示意图；
[0023]图2是本实用新型电压测量模块的结构示意图；
[0024]图3是图2中电压测量电路的结构示意图；
[0025]图4是本实用新型红外测温模块的结构示意图；
[0026]图5是本实用新型比重测量模块的超声波测量比重电路的工作原理图；
[0027]图6是图5中超声波发射电路的结构示意图；
[0028]图7是图5中超声波接收电路的前置放大电路的结构示意图；
[0029]图8是图5中超声波接收电路的带通滤波电路的结构示意图；
[0030]图9是图5中超声波接收电路的比较整形电路的结构示意图；
[0031]图中，11-电压测量横柄，12-可调节接触式探头，2-红外测温模块，31-橡皮吸球，32-测量室，33-移液管。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。
[0033]参照图f图4所示，本实用新型所述的船用多功能手持式蓄电池测量仪，至少包括电压测量模块、红外测温模块及测量室，所述电压测量模块由电压测量横柄11、可调节接触式探头12、电压测量电路构成，所述可调节接触式探头12包括两个、分别可调节地设置在电压测量横柄11的两端部，所述测量室32固定在电压测量横柄11上方，所述电压测量电路设置在测量室32内，电压测量电路与两个可调节接触式探头12通过导线连接、用于获得可调节接触式探头12检测的电压信号(可调节接触式探头12触碰蓄电池两极，电压测量电路测量出蓄电池电压值)；所述红外测温模块2安装在所述电压测量横柄11上。
[0034]如图2所示，所述可调节接触式探头2通过开设在电压测量横柄11两端部的长条形孔与螺栓配合安装在电压测量横柄11上，可调节接触式探头12的宽度可调节，适合夹持测量不同规格的蓄电池两极。
[0035]如图4所示，所述红外测温模块2采用Melexis公司的MLX90614红外测温计(带红点指示功能)，该红外温度计具有非接触的使用特点，通过将一个红外线传感器和定制信号调节芯片集合在一个罐型(TO-can)封装，实现提供远程物体经过充分校准的温度数字读数功能和红点指示功能，该红外测温计允许一 40°C?125°C的超大工作范围，以及一 70°C到380°C的扩展物体温度范围，具有±0.5°C的高绝对精确度，测量精度高于传统温度计，满足蓄电池电解液测量精度需求。
[0036]该测量仪还包括比重测量模块，所述比重测量模块由电解液移液器、超声波测量比重电路组成，所述电解液移液器由橡皮吸球31及移液管33组成，所述橡皮吸球31安装在测量室32上方，所述移液管33的一端与橡皮吸球31相通，移液管33的另一端依次穿过测量室32及电压测量横柄11的中心伸入电解液中；参照图5所示，所述超声波测量比重电路由发射换能器、接收换能器、超声波发射电路、超声波接收电路及单片机组成，所述发射换能器、接收换能器设置在测量室32内的移液管33纵向的上下两端，发射换能器通过驱动线与超声波发射电路连接，接收换能器通过信号线与超声波接收电路连接后再接入单片机。
[0037]参照图6所示，所述超声波发射电路采用IMHz的方波脉冲对发射换能器进行驱动。
[0038]所述超声波接收电路由前置放大电路、带通滤波电路、比较整形电路依次串联组成，用于将接收换能器接收的脉冲信号经放大、滤波、整形后发送至单片机内。参照图7所示，前置放大电路采用双运放高增益仪器放大器电路；参照图8所示，带通滤波电路选用的是2个比较常用的二阶压控电压源带通滤波电路级联，它由运算放大器0PA2345和一些外围电阻电容构成，用于滤除高频和低频噪声信号；经过前述放大滤波之后，超声波产生的电信号已经从一个不易处理、微弱、含有噪声的信号变成了一个比较正规的正弦信号了，但是此正弦信号还是不能送进单片机进行处理，因此之后又加一个参照图9所示的比较整形电路，比较整形电路将输入的正弦信号与某一个固定的电压值比较，产生一个非常正规的方波信号，利用方波信号的下降沿来触发单片机的外部中断，通知单片机超声波信号己接收到，可以停止计数器开始计算超声波在液体中的传播距离。
[0039]所述单片机选用Silab C8051F340器件，所述电压测量模块的电压测量电路采用单片机内置10?12bit的AD转换器，速率100?200ksps，电压测量模块的电路结构示意图如图3所示。
[0040]本实用新型采用医疗和化工行业上用的比较多的移液器，作为电解液吸取的工具，电解液移液器使用过程中其前端的移液管33插入蓄电池电解液中，移液管33部分改造成测量室32，测量室32上下两端分别设置发射换能器和接收换能器，利用测量室32上方的橡皮吸球31将蓄电池电解液吸取至测量室32，并保证蓄电池电解液浸没测量室32上下两端设置的发射换能器、接收换能器，发射换能器、接收换能器通过导线引出驱动线和信号线，与超声波测比重电路的其他单元连接，然后通过超声波测比重电路对蓄电池电解液的密度进行测量，测量结束后，通过橡皮吸球31释放蓄电池电解液(采用分体方式，蓄电池电解液提取部分与比重电路测量部分分开，整个过程无液体溅出风险)，完成蓄电池电解液比重测量。测量蓄电池电解液比重的同时，测量仪的电压测量横柄11上的红外测温模块2将同时完成电解液温度测量工作，红外测温模块2采用Melexis公司的MLX90614红外测温计(带红点指示功能)，通过温度补偿、校正在不接触电解液的情况下准确测量电解液的平均温度，完成电解液温度测量。与此同时，电压测量模块的可调节接触式探头12触碰蓄电池两极，测量室32内部的单片机上集成的电压测量电路(AD转换器)迅速测量出该块蓄电池电压值。电压、温度、比重三项指标测量完毕，船用多功能手持式蓄电池测量仪将测量参数显示至测量主机上，测量主机参考手腕携带式仪器设计方式，通过尼龙袋绑在使用者腕部，待三项指标测量值稳定后，释放被测电解液的同时完成测量数据存储。这样单手、一步即可完成整个测量，且整个过程无需将电解液抽出，因此无电解液溅出风险。
[0041]本实用新型针对船舶铅酸蓄电池测量环境恶劣的问题，结合船舶铅酸蓄电池舱实际环境，在空间狭小的测试条件下，将蓄电池电压、电解液温度、电解液比重测量集成为一体，合理配置各测试点位置，使得测量仪能够实现单手操作，一步完成蓄电池三项指标测量工作，并将单块蓄电池的测量数据存储在单片机内，测量完毕后将数据传导至电脑如测量主机中。
[0042]以上所述的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.船用多功能手持式蓄电池测量仪，其特征在于:至少包括电压测量模块、红外测温模块及测量室，所述电压测量模块由电压测量横柄、可调节接触式探头、电压测量电路构成，所述可调节接触式探头包括两个、分别可调节地设置在电压测量横柄的两端部，所述测量室固定在电压测量横柄上方，所述电压测量电路设置在测量室内，电压测量电路与两个可调节接触式探头连接、用于获得可调节接触式探头检测的电压信号；所述红外测温模块安装在所述电压测量横柄上。
2.根据权利要求1所述的船用多功能手持式蓄电池测量仪，其特征在于:所述可调节接触式探头通过开设在电压测量横柄两端部的长条形孔与螺栓配合安装在电压测量横柄上。
3.根据权利要求1所述的船用多功能手持式蓄电池测量仪，其特征在于:所述红外测温模块采用Melexis公司的MLX90614红外测温计。
4.根据权利要求1所述的船用多功能手持式蓄电池测量仪，其特征在于:该测量仪还包括比重测量模块，所述比重测量模块由电解液移液器、超声波测量比重电路组成，所述电解液移液器由橡皮吸球及移液管组成，所述橡皮吸球安装在测量室上方，所述移液管的一端与橡皮吸球相通，移液管的另一端依次穿过测量室及电压测量横柄的中心伸入电解液中；所述超声波测量比重电路由发射换能器、接收换能器、超声波发射电路、超声波接收电路及单片机组成，所述发射换能器、接收换能器设置在测量室内的移液管纵向的上下两端，发射换能器通过驱动线与超声波发射电路连接，接收换能器通过信号线与超声波接收电路连接后再接入单片机。
5.根据权利要求4所述的船用多功能手持式蓄电池测量仪，其特征在于:所述超声波发射电路采用IMHz的方波脉冲对发射换能器进行驱动。
6.根据权利要求4所述的船用多功能手持式蓄电池测量仪，其特征在于:所述超声波接收电路由前置放大电路、带通滤波电路、比较整形电路依次串联组成，用于将接收换能器接收的脉冲信号经放大、滤波、整形后发送至单片机内。
7.根据权利要求4所述的船用多功能手持式蓄电池测量仪，其特征在于:所述单片机选用 Silab C8051F340 器件。
【文档编号】G01R19/25GK204008841SQ201420487290
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】胡婉婷, 周雅杰, 汤雷, 万鹏, 漆璐 申请人:中国舰船研究设计中心