油液粘度测量方法及装置的制作方法

专利名称：油液粘度测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量液体粘度的方法及用该方法进行测量的装置，尤其涉及一种通过测定小球在流体中的落下速度测量油液运动粘度的方法及装置。
迄今为止用于测量液体粘度的方法有很多种，例如1)利用流体在毛细管管子和孔洞中流动求得流体粘度，用这种原理制成的粘度汁有奥斯瓦尔德(Ostwald)粘度计、乌别洛特(Ubbelohde)粘度计、赛波特(Saybolt)粘度计、雷德伍德(Redwood)粘度计、恩格勒(Engler)粘度计、福特杯(FordCup)粘度计、赞恩(Zahn)粘度计等;2)利用物体在流体中旋转而测出流体粘度，如斯托默(Stormer)粘度计布鲁克菲尔德(Broodfield)粘度计;3)物体在流体中降落时受粘性阻力作用，测定球体下落一定距离所需时间可求得液体的粘度，如落球粘度计;此外还有利用物体在流体中振动测量粘度的振动粘度计、超声波粘度计等等。
而用于测量油液运动粘度最常用的方法是用毛细管进行测量，采用这种方法由于受人为因素的影响，致使测量误差大，测量精度不高，尤其在测量深色油液式被污染油液时更受限制。此外，用玻璃制成的毛细管呈“∪”形，容易断裂，且不便于清洗。在测量未知牌号的油液时，往往需多次试验选出合适的毛细管才能测出合格的粘度数据，因而大大增加了测量的工作量，造成人力、物力很大的浪费。而且仪器体积大，必须有专门实验室，不能在现场直接进行测量。
英国专利文献GB1491865公开了一种利用测定小球在流体中的落下速度测量流体粘度的落球式粘度计，它由粘度计管、装于管内的不锈钢球组成，围绕粘度计管外壁的上部及下部分别装有感应线圈。测量时，粘度计管内充入待测液体当不锈钢球通过上部感应线圈所在位置时感应出第一探测信号，第一显示装置显示出该信号，同时计时装置开始计时，当不锈钢球通过下感应线圈所在位置时感应出第二探测信号，第二显示装置显示出该信号，同时计时停止，从而可求出被测液体的粘度。但是该装置不能直接显示波测液体的粘度值，因此不便于连续测量大批量油样粘度，也不便于对设备工况进行自动监测。
据此，本发明旨在提出一种自动测量粘度的方法，该方法通过球体在被测油液中滚动落下，自动测量球体在油液中的运动速度，然后将该速度转换成相应的粘度，并将所测得的粘度值直接显示出来。
本发明的另一个任务是要提供一种实现上述方法的装置，该装置可将所测出的球体在被测油液中的运动速度经计算转换装置直接转换成粘度显示出来。
实现本发明上述测量方法的步骤是1、将待测油液装入一个倾料(或垂直)容器中，在该容器的外侧设有上下两个探测点，将比重大于待测油液比重的球体放入容器中，在球体的重力及流体的粘性阻力的共同作用下，球体沿倾斜(或垂直)容器从顶端自然向底端滚落或自由下落;
2、当球体经过上探测点时，由第传感器(4)发出第一探测信号，将该信号输入脉冲信号转换电路中产生第一标准脉冲信号，并触发自动计数电路，自动计数电路开始计数;
3、当球体经过下方探测点时，第二传感器(B)发出第二探测信号，将该信号输入脉冲信号转换电路中形成第二标准脉冲信号，并触发自动计数电路使自动计数电路停止计数;
4、将自动计数电路路所记载的两脉冲之间的计数值径速度/粘度转换电路及显示电路转换成油液的运动粘度，并将所测得的粘度值直接显示出来。
实施本发明所述方法的装置包括一个倾斜(或垂直)设置并充有待测油液的容器，装于容器内的球体、球体的比重大于待测油液的比重，两个测量球体滚落至固定位置的传感器、接收由传感器输出的探测信号的脉冲信号转换电路、由脉冲信号转换电路输出的标准脉冲触发的自动计数电路和速度/粘度转换及显示电路。
本发明所述的方法，当上述盛装待测油液的容器垂直设置时，所述的球体形状也可以为非球体。
本发明所述的方法能直接显示粘度值，因而可以连续测量大批量油样粘度，便于对设备的运行工况进行自动监测，而且避免了人为因素对测量值的影响，提高了测量精确度。
下面将结合附图对本发明进行详细描述，其中

图1为本发明的油液粘度测量原理图;
图2为本发明的油液粘度测量装置框图;
图3为用电传感器进行粘度测量的装置电路图;
图4为磁传感器A2的电路原理图，传感器B2的电路部分与传感器A2完全相同;
图5为光传感器的电路原理图;
图6为速度/粘度转换器电路图。
参见图1和图2，在由耐油蚀的材料如玻璃、塑料等制成的容器1中装入待测油样2，上述容器的形状可以为圆柱体、长方体或多棱体，容器1中放入球体3，该球体由耐油蚀的材料如玻璃、钢或其它金属制成，球体的比重大于待测油液的比重，容器倾斜设置，其纵轴与水平线的夹角α的大小可在1°-90°范围内变化，容器上端由端盖4盖住，在倾斜或垂直容器上下部的某一位置处(探测点)分别装有传感器A、B。当球体3经过上探测点时，由第一传感器A输出第一探测信号，此信号被送至脉冲信号转换电路5中，产生第一标准脉冲信号并触发自动计数。当球体3经过下探测点时，第二传感器B发出第二探测信号，将该信号输入到脉冲信号转换电路5中，产生第二标准脉冲信号，并触发自动计数电路6，计数停止。由自动计数电路6记载的第一、第二标准脉冲之间的计数值经速度/粘度转换及显示电路7自动转换成被测油液的运动粘度值，并显示出来。
球体3在充有被测油液2的容器1中的运动速度可用电测量法、磁测量法或光测量法进行测量。
图3示出了用电测量法进行油液粘度测量的电路图。图中31为传感器的电路部分，32为清零电路部分，33为脉冲发生部分，34为脉冲发送控制部分，35为计数、锁存、驱动、显示部分。球体3开始滚落时，计数器为初始零状态。当球体3经过第一传感器A1(线圈)L1)时，振荡电路停振，T2截止，V0为高电位，电子开关导通，计时器开始计时，当球体经第二传感器B1(线圈L2)时，通过双D触发器(CD4013)使计时器停止计时，并显示两次脉冲之间的时间，此时间与油液对球体滚落的阻力成正比，经过换算即可得到被测油液的粘度值。
图4为用磁测量法测定球体3的运动速度时所用的磁传感器A2的电路原理图。将永久磁铁41作为偏磁用环氧树脂粘固在霍尔元件42的背面，磁铁41的N极对着元件42。选择钢球作为球体3放置在容器1中，当钢球滚过传感器A2的上方时，霍尔元件42的磁通密度增加，因此感应出一个峰值为20mv的负向脉冲输出电压，该负脉冲经运算器进行电压放大，推动晶体管再经整形即获得检测信号。用二个相同的磁传感器(A2，B2)代替图3中的电测传感器线路部分31，则可实现用磁测量法测量油液粘度。
在图5所示的日光传感器的电路图中用红外光电传感器来测定球体滚落时间，为了提高发光二极管选用脉冲驱动式，用NE556构成调制脉冲发生器，一半连接成自激多谐振荡器，另一半连接成单稳态触发器，用多谐振荡器的输出作为触发脉冲，因此单稳态触发器周期性地输出正脉冲，产生频率和脉冲宽度可调的调制信号，经三极管功率放大，驱动发光二极管发出脉冲光波，输入光敏三极管后经放大，整形而得到输出波形。由双D触发器滤波，解调后输出开关信号，同时实现抗干扰滤波处理。在光未被遮住时，每一个脉冲光波输送到光敏三极管，接收信号就变化一次，每个同步信号(CP1)上升沿内，D1端信号总维持低电平，一旦光敏三极管没有收到二极管发出的脉冲光波(光被遮住)，接收信号则保持则为高电平，因而在紧接CP1脉冲上升沿Q1端输出高电平，直到球体离开后第一个CP1脉冲上升沿才重新变为低电平，这就是D触发器解调原理。由于利用同步信号作为CP1脉冲，所以只有在发光二极管发光时，红外光电传感器的输出才有可能改变，从而滤除了没有发射光时所收到的干扰光波，实现滤波处理。
图6示出了本发明所用的速度/粘度转换器的电路图。先用粘度值已知的标准油液测定球体的运动速度，将所测得的速度值由小到大按顺序标出它与粘度的对应关系，将这种对应关系分成若干点(点越多、精度越高)，然后编成一张表格，存入电可编只读存贮器(EPROM，E2PROM等)，每测出一个值，就可从存贮器中取出一个对应的粘度值进行显示。
权利要求
1.一种通过测定小球在流体中的落下速度测量油液运动粘度的方法，其步骤是1)将待测油液装入一个倾斜或垂直容器，在该容器的外侧设有上下两个探测点，将比重大于待测油液比重的球体放入容器中，在球体的重力及流体的粘性阻力的共同作用下，球体沿倾斜或垂直容器从顶端自然向底端滚落或自由下落；2)当球体经过上探测点时，由传感器(A)发出第一探测信号，将该信号输入脉冲信号转换电路中产生第一标准脉冲信号，并触发自动计数电路，使其开始计数；3)当球体经过下方探测点时，由传感器(B)发出第二探测信号，将该信号转换电路中产生第二标准脉冲信号，并触发自动计数电路，使其停止计数；4)将自动计数电路所记载的两脉冲之间的计数值经速度/粘度转换电路及显示电路转换成油液的运动粘度，并将所测得的粘度值显示出来。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述盛装待测油液的容器材料为耐油蚀的材料，如玻璃或塑料。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于上述垂直或倾斜设置的盛装待测油液的容器的纵轴与水平线的夹角α的范围为1°-90°。
4.如权利要求1或2中所述的方法，其特征在于上述球体材料为耐油蚀的材料，如钢或玻璃、或其它金属。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于上述球体材料为耐蚀的材料如钢或玻璃或其它金属。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于当上述盛装待测油液的容器垂直设置时，所述的球体形式，也可以为非球体。
7.一种实现如权利要求1所述方法的粘度测量装置，它包括一个倾斜设置并充有待测油液(2)的容器(1)，装于容器(1)内的球体(3)，球体(3)的比重大于待测油液的比重，两个测量球体(3)滚落至某固定位置的传感器(A，B)，其特征在于该装置还包括接收由传感器输出的探测信号的脉冲信号转换电路(5)，被脉冲信号转换电路(5)输出的标准脉触发的自动计数电路(6)和速度/粘度转换及显示电路(7)。
8.如权利要求6所述的粘度测量装置，其特征在于上述盛装待测油液(2)的容器(1)的形状为圆柱体或长方体或多棱体。
9.如权利要求6或7所述的粘度测量装置，其特征在于上述容器(1)由耐油蚀材料如玻璃或塑料制成。
10.如权利要求6或7所述的粘度测量装置，其特征在于上述容器(1)的纵轴与水平线的夹角α的范围为1°-90°。
11.如权利要求8所述的粘度测量装置，其特征在于容器(1)的纵轴与水平线的夹角的范围为1°-90°。
12.如权利要求6或7所述的粘度测量装置，其特征在于球体(3)由耐油蚀的材料如钢或玻璃或其它金属制成。
13.如权利要求8所述的粘度测量装置，其特征在于球体(3)由耐油蚀的材料如钢或玻璃或其它金属制成。
14.如权利要求9所述的粘度测量装置，其特征在于球体(3)由耐油蚀的材料如钢或玻璃或其它金属制成。
15.如权利要求10所述的粘度测量装置，其特征在于球体(3)由耐油蚀的材料如钢或玻璃或其它金属制成。
16.如权利要求6或7所述的粘度测量装置，其特征在于上述传感器(A，B)为电传感或磁传感器或光传感器或超声传感器，当传感器(A，B)为磁传感器时，球体(3)为钢球。
17.如权利要求8所述的粘度测量装置，其特征在于上述传感器(A，B)为电传感器或磁传感器或光传感器或超声传感器，当传感器(A，B)为磁传感器时，球体(3)为钢球。
18.如权利要求9所述的粘度测量装置，其特征在于上述传感器(A，B)为电传感器或磁传感器或光传感器或超声传感器，当传感器(A，B)为磁传感器时球体(3)为钢球。
19.如权利要求10所述的粘度测量装置，其特征在于上述传感器(A，B)为电传感器或磁传感器或光传感器或超声传感器，当传感器(A，B)为磁传感器时，球体(3)为钢球。
全文摘要
本发明公开了一种通过测定小球在流体中落下的速度测量油液运动粘度的方法和装置，当球体经过上、下探测点时，传感器分别发出探测信号，并触发自动计数电路，使其开始计数或停止计数，由自动计数电路计载的两脉冲之间的计数值经速度/粘度转换电路及显示电路转换成油液的运动粘度，并将所测得的粘度值直接显示出来。本发明所述的方法能直接显示粘度值，因而可以连续测量大批量油样粘度，便于对设备运行工况进行自动监测，提高了测量的精确度。
文档编号G01N11/12GK1070479SQ92110159
公开日1993年3月31日 申请日期1992年9月4日 优先权日1992年9月4日
发明者杨志伊, 夏德胜, 姚志昌, 王晓雷, 李浩平, 高贺风, 高宏 申请人:中国矿业大学