CN102103107B - 利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪及其检测方法，该检测仪包含控制模块；与控制模块连接的模数转换模块、电子开关电路；输出端与控制模块连接的比较电路；与电子开关电路连接的转换模块、工作电源和被测电容；连接模数转换模块和比较电路的输入端的基准电压；被测电容连接电子开关电路的还与比较电路的输入端连接，该被测电容一端连接转换模块；转换模块的输出端与模数转换模块连接。本发明检测仪结构简单，检测手段快速；设有高速模数转换电路进行同步采样，被测电容连接电荷放大电路的虚地端，消除了被测电容两端的杂散电容；设有电子开关分别开通关断，消除了电荷注入的影响，软件中修正环境影响，获得高分辨率、高精度。

Description

利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种润滑油检测技术，具体涉及一种利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪及其检测方法。

背景技术

目前，可以请专业机构检测润滑油在使用一定时间后介电常数的变化，但检测周期较长。市场上的同类的检测技术缩减了使用周期，然而比较落后，精度不高，例如，有一种是采用恒定电压通过串联电阻向被测电容充电并通过555定时器进行调制，得到充放电的方波波形，然后再滤波获得一个可进行模拟技术测量的电压信号的办法，测量不精确，只能达到5％的精度，它的缺点有以下几点：

1.不是恒流充电，无法得到线性充电曲线，导致检测结果不精确；

2.被测电容很小，大约十几个pF，故充电很快，充电过程的波形很窄，导致检测结果不精确；

3.在给被测电容充电的过程中，不可避免的向周围的杂散电容也同时充了电，导致所得到的充电波形中含有干扰的部分；

4.计算技术中不考虑温度参数，没有消除温湿度变化的影响，导致误差大。

发明内容

本发明提供一种利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪及其检测方法，检测简便有效，可得到高精度检测结果。

为实现上述目的，本发明提供一种利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪，该检测仪包含控制模块；分别与控制模块电路连接的模数转换模块、电子开关电路；输出端与该控制模块连接的比较电路；分别与该电子开关电路电路连接的转换模块、工作电源和被测电容；连接该模数转换模块和比较电路的输入端的基准电压电路；该被测电容，其连接电子开关电路的一端还与比较电路的另一输入端连接，该被测电容另一端连接转换模块的输入端；该转换模块的输出端与模数转换模块的输入端连接；

上述的转换模块包含电荷放大电路和信号调制电路，该电荷放大电路的输入端与被测电容连接，该电荷放大电路的输出端与信号调制电路的输入端连接，该信号调制电路的输出端连接模数转换模块的输入端；该电荷放大电路包含电荷放大器，以及与电荷放大器并联连接的反馈电容Cf。

上述的检测仪还包含分别与控制模块该电路连接的显示模块和按键控制模块。

上述的被测电容包含被测电容容器，该被测电容容器内设有梳型金属丝，被测润滑油作为电容器介质装在被测电容容器中，与所述的金属丝组成被测电容。

一种用于利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪的检测方法，该检测仪包含控制模块；分别与控制模块电路连接的模数转换模块、电子开关电路；输出端与该控制模块连接的比较电路；分别与该电子开关电路电路连接的转换模块、工作电源和被测电容；连接该模数转换模块和比较电路的输入端的基准电压电路；该被测电容，其连接电子开关电路的一端还与比较电路的另一输入端连接，该被测电容另一端连接转换模块的输入端；该转换模块的输出端与模数转换模块的输入端连接；

上述的转换模块包含电荷放大电路和信号调制电路，该电荷放大电路的输入端与被测电容连接，该电荷放大电路的输出端与信号调制电路的输入端连接，该信号调制电路的输出端连接模数转换模块的输入端；该电荷放大电路包含电荷放大器，以及与电荷放大器并联连接的反馈电容Cf；

上述的被测电容包含被测电容容器；

该方法包含以下步骤：

步骤1、检测前，在被测电容容器中放置适量被测润滑油，调控电子开关电路，对被测电容充分放电；

步骤2、开始检测，调控电子开关电路，使工作电源对被测电容充电；

步骤3、转换模块输出与被测电容的容值成正比的电压量信号；

步骤3.1、电荷放大电路将被测电容的容值信号转化为与之成正比的电压量信号；

步骤3.2、信号调制电路调节电荷放大电路输出的电压量信号。

步骤4、比较电路判断被测电容电压是否大于基准电压电路提供的基准电压，若是，跳转到步骤5，若否，跳转到步骤4.1；

步骤4.1、控制模块控制模数转换模块不工作，并跳转到步骤4；

步骤5、控制模块控制模数转换模块对转换模块输出的电压信号进行模数转换，并将结果输出到控制模块；

步骤6、控制模块根据被测电容的容值与转换模块输出的电压信号的关系，计算被测电容的容值Cx：

Cx＝-(Vo/Vi)*Cf；

其中，Vi为被测电容上的电压，Vo为电荷放大电路输出电压，Cf为反馈电容的容值；

步骤6.1、控制模块(21)将被测电容(22)的容值Cx乘以标准环境与当前检测环境下电容值的偏差率，来修正结果，规避环境影响；

步骤7、比较被测电容中被测润滑油的容值与润滑油的标准容值，判断被测润滑油的品质。

本发明利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪与现有的检测仪相比，其优点在于，本发明检测仪结构简单，检测手段有效快速；

本发明设有高速模数转换电路进行同步采样，高速捕获有效点电压，使得电容检测的分辨达到0.025pF，且精度达到0.1pF，高于0.5％；

本发明中被测电容连接电荷放大电路的虚地端，消除了被测电容两端的杂散电容，提高精度；

本发明设有电子开关分别开通关断，以及模数转换电路进行同步采样，消除了电荷注入的影响，提高了电路信噪比；

本发明的软件中设置有校零操作，修正了环境的影响，提高精度。

附图说明

图1为本发明利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪的电路框图；

图2为本发明利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪的电路图；

图3为本发明利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪的检测方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

请参见图1所示，本发明利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪的电路***2包含控制模块21、分别与控制模块21连接的模数转换模块26、电子开关电路23、显示模块11、按键控制模块12和比较电路28的输出端；其中电子开关电路23还分别与转换模块25、工作电源24和被测电容22连接；被测电容22，其连接开关电路23的一端还与比较电路28的输入端连接，该被测电容22另一端连接转换模块25的输入端；转换模块25的输出端与模数转换模块26的输入端连接，模数转换模块26还连接基准电压电路27，该基准电压电路27还连接比较电路28的另一输入端。其中工作电源24还分别向各功能模块提供稳定电源。

具体电路原理请参见图2，其中检测仪还设有被测电容容器221；被测电容容器221为一圆形槽，其内壁上对插有两组互相不连接的梳型金属丝，并在被测电容容器221中放置润滑油，梳型金属丝与被测润滑油组成电容结构，并作为被测电容22连接在电路***2中。电子开关电路23采用intersil公司的芯片ISL84053，本电路中包含电子开关S1、电子开关S2和电子开关S3；电子开关S1的一端和作为电容传感器激励信号源的3.6V工作电源24的输出端连接，同时3.6V工作电源24也分别向各功能模块提供稳定电源。而电子开关S1的另一端分别和电子开关S2的一端、被测电容22Cx的一端以及比较电路28的输入之一连接，其中电子开关S2的另一端接地，比较电路28采用TI公司的LM311电压比较器，被测电容Cx的另一端和转换模块25的输入端连接，转换模块25包含电荷放大电路251和信号调制电路252，该电荷放大电路251的输入端与被测电容22连接，该电荷放大电路251的输出端与信号调制电路252的输入端连接，该信号调制电路252的输出端连接模数转换模块26的输入端。电荷放大电路251包含TI公司出品的TLV2462电荷放大器和一个反馈电容Cf，，信号调制电路252为一反相放大器，TLV2462电荷放大器的负输入端与被测电容Cx连接，其正输入端接地，其输出端与反相放大器的输入端连接，被测电容Cx还并联连接了反馈电容Cf的一端及电子开关S3的一端，反馈电容Cf的另一端、电子开关S3的另一端和TLV2462电荷放大器的输出端并联。反相放大器的输出端与模数转换模块26的输入端连接，模数转换模块26即为一模数转换器，模数转换器的电压参考端还接入2.5V基准电压27，同时该2.5V基准电压27连接LM311电压比较器的另一个输入。控制模块21采用microchip公司的dsPIC33F710单片机芯片，模数转换器的输出端和LM311电压比较器的输出端分别接入dsPIC33F710单片机，同时单片机也对模数转换器进行控制，dsPIC33F710单片机分别还连接，并控制液晶显示屏、五个按键和电子开关S1、S2和S3。

以下结合图3说明本发明利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪的检测方法：

步骤1检测前，在被测电容容器221中放置适量被测润滑油，使被测润滑油作为电容介质连接入电路***2，并且调控电子开关电路23，闭合电子开关S2和电子开关S3，并断开电子开关S1，使被测电容Cx充分放电，消除电荷注入影响；

步骤2开始检测，调控电子开关电路23，断开电子开关S2和电子开关S3，并闭合电子开关S1，结束电容Cx放电，使工作电源24以几个uA电流向被测电容22进行充电；

步骤3转换模块25输出与被测电容22容值成正比的电压量信号；

步骤3.1按照电荷放大器电荷守恒的工作原理，反馈电容Cf开始反响充电，电荷放大电路251将被测电容22的容值Cx信号转化为与之成正比的电压量信号Vo，

关系式如下：Cx＝-(Vo/Vi)*Cf；

其中Vi为被测电容22上的电压，Cx为被测电容22的容值，Vo为电荷放大器输出电压，Cf为反馈电容的容值；

步骤3.2信号调制电路252整理电荷放大电路251输出的电压量信号Vo，信号调制电路252即为反相放大器，信号调制电路252将电荷放大器输出的负值的电压反转为正值信号，并把该信号传输至模数转换模块26；

步骤4同时，被测电容22电压信号被引入高速电压比较器一输入端，该比较器另一输入端接入2.5V参考电压，比较电路28判断被测电容22电压是否大于基准电压27，若是，跳转到步骤5，若否，跳转到步骤4.1；

步骤4.1控制模块21控制模数转换模块26不工作，并跳转到步骤4重新判断被测电容22电压是否超过基准电压27的2.5V；

步骤5比较电路28的LM311高速电压比较器翻转，其输出至控制模块dsPIC33F710单片机的I/O外部中断脚，触发单片机中断，单片机进入中断服务程序，单片机控制模数转换模块26对转换模块25输出的电压信号进行执行采样率达1M的同步采样模数转换，得到模数转换值ADo并输入单片机，随后单片机通过电子开关电路23，对被测电容22放电，完成一次检验；

步骤6控制模块21利用步骤3中被测电容22容值Cx与转换模块25输出的电压信号Vo的关系式，计算得被测电容22容值。由于被测电容22容值Cx很小，为十几个pF，故反馈电容Cf设置为100pF；单片机得到A/D转换值ADo，而Vi和Vo都可以用A/D转换值代表，故Vo＝ADo；且由于采用12位A/D转换器，其最高值为2的12次方，为4096，所以Vi＝4096；由关系式和以上各取值可以计算出Cx；由于单片机的嵌入式软件中设置了校零操作，可根据标准环境下的校零值对计算得出的Cx进行测量值修正，以此来规避温度湿度变化的影响，最终所得为被测润滑油组成的被测电容22的容值Cx；

其校零操作如下：“校零”为测量电容器“净电容”，即被测电容容器221中不加任何被测油品的值，这个值中包含了当时当地的环境因素，例如温度、湿度、气压等对被测电容量大小的影响。本仪器在使用过程中，事先在标准环境下对仪器进行“校零”操作，获得标准环境下的值；然后在接下来的每次检测之前，在所处的环境下，进行仪器的“校零”操作，此操作可由仪器屏幕提示自动进行，这样可以得到两个校零值，一个是在标准环境条件下的值，一个是在检测时环境条件下的值，可得出两值的偏差率，这两个值的偏差率即可用来对后面的检测结果进行适当修正，将检测结果乘以该偏差率，即可得到被测润滑油在标准环境下的电容值；

步骤7本仪器比较被测电容22中被测润滑油的容值Cx与事先采用标准油样对该型号油品的标准值进行“定标”所得的润滑油标准容值，以此来判断被测润滑油的品质，该润滑油标准容值事先检测并保存在仪器内部。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪，其特征在于，该检测仪包含：

控制模块(21)；

分别与控制模块(21)电路连接的模数转换模块(26)、电子开关电路(23)；

输出端与所述的控制模块(21)连接的比较电路(28)；

分别与所述的电子开关电路(23)电路连接的转换模块(25)、工作电源(24)和被测电容(22)；

连接所述模数转换模块(26)和比较电路(28)的输入端的基准电压电路(27)；

所述的被测电容(22)，其连接电子开关电路(23)的一端还与比较电路(28)的另一输入端连接，该被测电容(22)另一端连接转换模块(25)的输入端；

所述的转换模块(25)的输出端与模数转换模块(26)的输入端连接；

所述的转换模块(25)包含电荷放大电路(251)和信号调制电路(252)，

该电荷放大电路(251)的输入端与被测电容(22)连接，该电荷放大电路(251)的输出端与信号调制电路(252)的输入端连接，该信号调制电路(252)的输出端连接模数转换模块(26)的输入端；所述的电荷放大电路(251)包含电荷放大器，以及与电荷放大器并联的反馈电容(Cf)。

2.如权利要求1所述的利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪，其特征在于，所述的检测仪还包含分别与控制模块(21)电路连接的显示模块(11)和按键控制模块(12)。

3.如权利要求1所述的利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪，其特征在于，所述的被测电容(22)包含被测电容容器(221)，该被测电容容器(221)内设有梳型金属丝，被测润滑油作为电容器介质装在被测电容容器(221)中，与所述的金属丝组成被测电容(22)。

4.一种用于如权利要求1中所述的利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪的检测方法，该检测仪包含：

控制模块(21)；

分别与控制模块(21)电路连接的模数转换模块(26)、电子开关电路(23)；

输出端与所述的控制模块(21)连接的比较电路(28)；

分别与所述的电子开关电路(23)电路连接的转换模块(25)、工作电源(24)和被测电容(22)；

连接所述模数转换模块(26)和比较电路(28)的输入端的基准电压电路(27)；

所述的被测电容(22)，其连接电子开关电路(23)的一端还与比较电路(28)的另一输入端连接，该被测电容(22)另一端连接转换模块(25)的输入端；

所述的转换模块(25)的输出端与模数转换模块(26)的输入端连接；

所述的转换模块(25)包含电荷放大电路(251)和信号调制电路(252)，该电荷放大电路(251)的输入端与被测电容(22)连接，该电荷放大电路(251)的输出端与信号调制电路(252)的输入端连接，该信号调制电路(252)的输出端连接模数转换模块(26)的输入端；所述的电荷放大电路(251)包含电荷放大器，以及与电荷放大器并联的反馈电容(Cf)；

所述的被测电容(22)包含被测电容容器(221)；

其特征在于，该方法包含以下步骤：

步骤1、检测前，在被测电容容器(221)中放置适量被测润滑油，调控电子开关电路(23)，对被测电容(22)充分放电；

步骤2、开始检测，调控电子开关电路(23)，使工作电源(24)对被测电容(22)充电；

步骤3、转换模块(25)输出与被测电容(22)的容值成正比的电压量信号；

步骤4、比较电路(28)判断被测电容(22)电压是否大于基准电压电路(27)提供的基准电压(27)，若是，跳转到步骤5，若否，跳转到步骤4.1；

步骤4.1、控制模块(21)控制模数转换模块(26)不工作，并跳转到步骤4；

步骤5、控制模块(21)控制模数转换模块(26)对转换模块(25)输出的电压信号进行模数转换，并将结果输出到控制模块(21)；

步骤6、控制模块(21)根据被测电容(22)的容值与转换模块(25)输出的电压信号的关系，计算被测电容(22)的容值Cx：

Cx＝-(Vo/Vi)*Cf；

其中，Vi为被测电容(22)上的电压，Vo为电荷放大电路(251)的输出电压，Cf为反馈电容的容值；

步骤7、比较被测电容(22)中被测润滑油的容值与润滑油的标准容值，判断被测润滑油的品质。

5.如权利要求4所述的用于利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪的检测方法，其特征在于，所述的步骤3还包含以下步骤：

步骤3.1、电荷放大电路(251)将被测电容(22)的容值信号转化为与之成正比的电压量信号；

步骤3.2、信号调制电路(252)调节电荷放大电路(251)输出的电压量信号。

6.如权利要求4所述的用于利用电容效应来检测润滑油品质的检测仪的检测方法，其特征在于，所述的步骤6还包含以下步骤：

步骤6.1、控制模块(21)将被测电容(22)的容值Cx乘以标准环境与当前检测环境下电容值的偏差率，来修正结果，规避环境影响。

Images