便攜式機動車機油性能檢測裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及一種便攜式機動車機油性能檢測裝置及方法。本發明中專用參數變送器對在線液體粘度傳感器、在線機油介電常數傳感器以及溫度傳感器進行數據采集，并將所得的測量值通過串口通訊RS485傳送給單片機模塊進行數據處理，單片機模塊通過接收按鍵模塊信號，在LCD液晶模塊上顯示測得值。同時單片機模塊通過上位機通訊模塊，將檢測到的數據與所建立的機油性能數據庫中數據進行比較，得到一個反饋信號。若比對數據超出閾值則發出“換油”的警告信號，反之不產生“換油”信號。本發明將溫度、粘度與介電常數測定的技術相結合，用于機油性能的快速在線檢測，將機油的內部信息數字化，獲取性能信息，實現綜合評價機油性能。
【專利說明】便攜式機動車機油性能檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機動車機油測試【技術領域】，涉及一種便攜式機動車機油性能檢測裝置和方法。
【背景技術】
[0002]機油，即發動機潤滑油，能對發動機起到冷卻、潤滑、清潔、防腐蝕、密封等作用。在發動機工作過程中，機油不僅要受到高壓、高溫、振動等作用，而且還會受到氧化物、水分、添加劑、塵埃、金屬粒子碳煙、以及燃油等污染，因此，機油的使用性能將發生變化，降低其原有的效果，從而影響發動機的使用壽命和工作效率，所以需要定期檢查機油的受污染程度。
[0003]機動車機油污染度測試是機油使用與維護的重要工作內容，傳統機油性能的判斷方法主要有三類方法:一是化學分析法，即定期對車用機油進行取樣化驗，對機油的理化參數進行化學分析，主要依據我國頒布的《汽油機油換油指標》(GB/T 8028-2010)、《柴油機油換油指標》(GB/T 7607-2002)等標準，規定當機油的粘度、水分、閃點、酸值、鐵含量等理化參數中的某一項超過限值時，需要更換機油。化學分析法雖然檢測準確，但需要專門的化學分析儀器，操作復雜，時間長，效率低。二是觀察法，即當發動機累計工作達到一定值時，比如5000km，或者依據廠家推薦的機油換油周期進行更換。觀察法雖然簡單，并具有一定的科學性，但不夠準確，易導致過早或過晚換油。三是電化學分析法，也就是介電常數分析法，即將機油作為一種電介質，介電常數反映成電容值。目前有各種類型測潤滑油介電常數的儀器，如國產的RZJ型系列油質儀，以及確定車用發動機油換油周期的新方法-ASSYST系統，但是由于國家沒有這方面的明確規定和標準，造成市場混亂，廠家推薦的參考值雖然有一定的理論依據，但是在實際應用中只能作為參考，不完全可靠。
[0004]綜上，現存的檢測與評價方法都存在一定的局限性，不能科學合理有效的檢測出機油的性能。因此亟需研究機油性能的檢測機理，提高我國機動車機油的檢測技術，這將在一定程度上促進機油的合理利用，特別是對于保護日益緊張的石油資源、節能減排起到積極的作用。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于改善上述機油檢測所存在的缺陷，提出一種以粘度、介電常數以及溫度三個參數進行綜合在線檢測機油性能的裝置和方法。
[0006]機油的粘度、介電常數以及溫度三個參數都是影響機油品質的重要因素，其中機油粘度太高將導致太高的油壓累積并妨礙充分的油流向發動機關鍵區域供應新鮮潤滑油，并且導致加速磨損；機油粘度太低將導致載荷表面的不良液壓潤滑。其中介電常數越高則表明此時機油的抗氧化性能越差，介電常數與機油含水率、鐵磨粒含量、總酸度有相同的變化趨勢，因而機油中水分含量、鐵磨粒含量以及總酸值含量增值越大。而溫度的不同，很大的影響了機油粘度以及介電常數值的變化，在油溫很高時，油中的抗氧化劑有耗盡的趨勢，并且由于氧化，油變得更粘和酸性，在油溫很低時，燃料、水和積碳有積聚在油中的趨勢，減少其粘度并增大了摩擦。
[0007]本發明中的檢測裝置包括在線液體粘度傳感器、在線機油介電常數傳感器、溫度傳感器、專用參數變送器、單片機模塊、IXD液晶顯示模塊、按鍵模塊以及上位機通訊模塊。
[0008]專用參數變送器對在線液體粘度傳感器、在線機油介電常數傳感器以及溫度傳感器進行數據采集，并將所得的測量值通過串口通訊RS485傳送給單片機模塊進行數據處理，單片機模塊通過接收按鍵模塊信號，在LCD液晶模塊上顯示測得值。同時單片機模塊通過上位機通訊模塊，將檢測到的數據與所建立的機油性能數據庫中數據進行比較，得到一個反饋信號。若比對數據超出閾值則發出“換油”的警告信號，反之不產生“換油”信號。
[0009]利用上述裝置進行機油檢測的方法:確定檢測時某種機油溫度，基于溫度確定機油的粘度和介電常數，將測得的值與數據庫中同一溫度下機油粘度與介電常數閾值比較，確定是否需要更換機油。
[0010]進一步說，在進行檢測之前，建立機油性能粘度數據庫以及介電常數數據庫，即確定檢測不同溫度下某種機油的粘度與介電常數的閾值，建立機油性能粘度數據庫以及介電常數數據庫，確立此種機油溫度分別與粘度以及介電常數的耦合關系
與現有技術相比，本發明有以下的優點:
1、本發明將溫度、粘度與介電常數測定的技術相結合，用于機油性能的快速在線檢測，將機油的內部信息數字化，獲取性能信息，實現綜合評價機油性能；并且與傳統人工觀測和單一性能檢測相比，具有檢測速度快、檢測成本低等特點。
[0011]2、本發明研制的便攜式檢測裝置，有開發精度高，用戶操作方便并且便于隨身攜帶等優點。
[0012]3、本發明探索溫度與機油粘度以及介電常數閾值的耦合關系，建立機油粘度數據庫和介電常數數據庫，通過將測量數據與數據庫中數據進行比較，得到是否需要換油的信號。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]根據詳細描述和附圖，本發明將被更充分地理解，其中:
圖1是便攜式機動車機油性能檢測裝置功能框圖；
圖2是用于圖1便攜式機動車機油性能裝置功能圖解框圖；
圖3是液晶顯不模塊電路圖；
圖4是MAX485通訊模塊電路圖；
圖5是便攜式機動車機油性能裝置軟件設計檢測的程序流程圖；
圖6是對于粘度傳感器標定圖；
圖7是對于介電常數傳感器的標定圖。
【具體實施方式】
[0014]根據下文提供詳細的描述，本發明的其他應用領域將變得顯而易見。應了解，盡管詳細描述和具體示例指示本發明的優選實施例，但詳細描述和具體實施例僅僅為了說明的目的而非用來限制本發明的范圍。[0015]現在參考圖1，示范性地示出本發明便攜式機動車機油性能的裝置功能框圖1。裝置功能框圖1包括控制顯示裝置以及傳感器裝置，其中控制顯示裝置包括LCD液晶顯示屏8，兩個按鍵5，PIC單片機主控板4，專用參數變送器10，粘度以及溫度傳感器信號接口 2，介電常數傳感器信號接口 3，電源接口 7，電源開關6，與上位機串口通訊接口 9 ;其中傳感器裝置包括溫度傳感器11，粘度傳感器12，介電常數傳感器13。
[0016]現在參考圖2，示出了用于圖1便攜式機動車機油性能裝置功能圖解框圖20，控制顯示裝置中的專用參數變送器10對傳感器裝置中溫度傳感器11，粘度傳感器12以及介電常數傳感器13進行數據采集，并將采集到的測量數據通過串口通訊RS485傳送給PIC單片機模塊4進行數據處理。單片機模塊4通過接收按鍵5的信號，在IXD液晶屏8上顯示相應的測得值，同時單片機模塊4通過RS232上位機通訊模塊22與上位機16連接，將測得數據與機油性能數據庫中數據進行比較，若比對數據超出閾值則發出“換油”的警告信號，反之不產生換油信號。
[0017]所述的溫度傳感器11，選用PT100溫度傳感器，是一種以鉬做成的電阻式溫度傳感器，屬于正電阻系數，其電阻和溫度變化的關系如下:R=Ro(l+a T)。傳感器將溫度變量轉換為可傳送的標準化輸出信號。
[0018]所述的粘度傳感器12選用FWS-4型，傳感器采用新型超聲振動方法，在一個較寬的連續與實時測量范圍內保證了極好的精度與可重復性，是機油檢測的極好解決方案。當被測液體與探頭敏感器件接觸時，通過測量壓電超聲敏感器件的參數變化來感知液體粘度的變化。
[0019]所述的介電常數傳感器13選用FWD-1型，可以在線準確測定機油的污染程度，包括氧化程度、含水量和其他機械化學雜質污染度，當被測液體與探頭敏感器件接觸時通過測得介電常數值這一變化量，即可分析潤滑油品質的變質程度。
[0020]所述的專用參數變送器10，是具有485通訊的綜合信號采集模塊。可以采集溫度傳感器11輸出的電阻信號，粘度傳感器12輸出的脈沖信號以及介電常數傳感器13輸出的電壓信號，并將采集到的數據通過485傳輸給PIC單片機模塊4。
[0021]所述的PIC單片機模塊4采用PIC18F97J60芯片作為中央處理器，所述的IXD液晶顯示模塊8采用YJD1602B型，所述的按鍵模塊5選用QN12-A3型，選用型號不局限于此。
[0022]現在參考圖3，示出了 IXD液晶顯示模塊電路圖，顯示模塊包括第一電阻R1，第二電阻R2，第三電阻R3，第四電阻R4和IXD液晶顯示芯片U12。
[0023]IXD液晶顯示芯片U12的14腳和單片機的93腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的13腳和單片機的94腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的12腳和單片機的95腳相連；IXD液晶顯不芯片U12的11腳和單片機的96腳相連；IXD液晶顯不芯片U12的10腳和單片機的97腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的9腳和單片機的98腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的8腳和單片機的3腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的7腳和單片機的4腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的6腳和單片機的99腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的5腳和單片機的100腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的4腳和單片機的I腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的3腳和第一電阻Rl的一端相連，第一電阻Rl的另一端接地GND ;IXD液晶顯示芯片U12的2腳與+5V相連；IXD液晶顯示芯片U12的I腳與GND相連；IXD液晶顯示芯片U12的15腳三極管的c極相連，三極管的e極與第三電阻R3的一端相連，第三電阻R3的另一端接+5V ;三極管的b極與第二電阻R2的一端相連，第二電阻R2的另一端與單片機2腳相連；三極管的b極與第四電阻R4的一端相連，第四電阻R4的另一端接+5V ;IXD液晶顯示芯片U12的16腳接地GND ;LCD液晶顯示芯片U12型號是YJD1602B-1。
[0024]現在參考圖4，示出了 MAX485通訊模塊電路圖，通訊模塊包括第一芯片U13和接口J2。
[0025]第一芯片U13的I腳與單片機RX腳相連;第一芯片U13的4腳與單片機TX腳相連；第一芯片U13的2腳和3腳一起接到單片機DX腳；第一芯片U13的8腳接+5V電壓；第一芯片U13的5腳接地GND ;第一芯片U13的6腳和7腳分別和接口 J2的I腳和2腳相連；第一芯片U13型號為MAX485。
[0026]現在參考圖5，示出了軟件檢測的主程序的流程圖，軟件編程主要分為三個模塊進行分析測試，分別為機油粘度測試，機油介電常數測試，機油溫度測試。首先在主板上電后，首先Pic單片機進行系統初始化，持續大約IOOms后斷開啟動電阻(啟動電阻接繼電器常閉端，初始狀態時啟動電阻接入主電路)，完成主回路大電容的充電。然后開機顯示“ZJLM機油測試”，串口初始化以及實時時鐘初始化。接著進入主循環，由不同的按鍵值以及標志位確定單片機的執行不同指令，從而在LCD上顯示所對應的測得值。 [0027]現在參考圖6，示出了粘度傳感器輸出-實測粘度值的圖。開始實際測量之前，首先要對傳感器進行標定，對于粘度傳感器的標定溫度為25V,以及已知在空氣中的溫度補償系數Kt和FairTO，需要標定粘度傳感器靈敏度a、b、C，由公式I
FairT= KtT+ FairTo(I)
可以得出溫度補償FairT，通過3次測量根據公式2 F=a_b*ln( η+c)(2)
可以計算得a、b、c的值，結合傳感器輸出值F由公式3 n=e (a-F+Kt (T-Tl) )/b-c(3)
便可得溫度T下該機油的粘度值。圖4中左下方線為原始數據圖，右上方線為標定后的數據圖。
[0028]現在參考圖7，示出了介電常數傳感器輸出-含水率的圖。對于介電常數傳感器的標定溫度為T0，傳感器輸出和機油含水率的關系符合以下線性關系方程4。線性相關系數R的平方達到了 0.99。
[0029]Vt=Vot+K* (h-ho)(4)
其中，Vt是在溫度TO時，傳感器在待測油液中的輸出電壓；
Vot是新油(含水ho%)中在溫度TO的輸出；
h是被測油液的含水率％ ；
K是傳感器靈敏度系數。
[0030]通過介電常數傳感器在同一溫度下同型號不同含水率的油樣中的讀數，即可獲得Vot和K的值，完成標定。圖4中上方線為原始數據圖，下方線為標定后的數據圖。
[0031]根據不同溫度下某種機油(報廢機油)粘度的變化曲線，所取的報廢機油，依據國標《汽油機油換油指標》(GB/T 8028-2010)，運動粘度變化率>25%，當機油粘度變化率恰為25%此時的機油為所需的報廢機油，此時機油的粘度也就是報廢機油的閾值,可以通過公式5計算得到。[0032]η 二 (V2 -V1)/ V1 木100%( 5)
其中，η是運動粘度變化率％;
V1:新油運動粘度實測值mm2/s ； v2:使用中油運動粘度實測值mm2/s。
[0033]同樣的道理，由于介電常數和機油的水含量、鐵磨粒含量、總酸值和介電常數具有相同變化趨勢，在某個溫度下，當機油某個理化指標超出國家標準時，此時測得機油的介電常數值即為介電常數在某一個溫度下的閾值，這里不再給出介電常數閾值與溫度的曲線圖。
[0034]從而建立機油性能粘度數據庫以及介電常數數據庫，并且確立此種機油粘度以及介電常數與溫度的耦合關系，也即確定了任意溫度下機油粘度的閾值以及介電常數的閾值。
[0035]用便攜式機動車機油性能檢測的裝置確定檢測時某種機油溫度，并基于溫度確定機油的粘度和介電常數，將測得的值與所建立機油性能數據庫中同一溫度下機油粘度與介電常數閾值比較，確定是否需要更換機油。
[0036]現在本領域技術人員能從前述描述懂得，本發明的廣泛教導能以各種形式實現。因而，盡管本發明被結合其特定實施例描述，但本發明的真實范圍不應該受此限制，因為對于本領域技術人員來說，依 據對附圖、說明書和所附權利要求的研究，其他變型將變得顯而易見。
【權利要求】
1.便攜式機動車機油性能檢測裝置，包括在線液體粘度傳感器、在線機油介電常數傳感器、溫度傳感器、專用參數變送器、單片機模塊、IXD液晶顯示模塊、按鍵模塊以及上位機通訊模塊，其特征在于: 專用參數變送器對在線液體粘度傳感器、在線機油介電常數傳感器以及溫度傳感器進行數據采集，并將所得的測量值通過串口通訊RS485傳送給單片機模塊進行數據處理，單片機模塊通過接收按鍵模塊信號，在LCD液晶模塊上顯示測得值；同時單片機模塊通過上位機通訊模塊，將檢測到的數據與所建立的機油性能數據庫中數據進行比較，得到一個反饋信號；若比對數據超出閾值則發出“換油”的警告信號，反之不產生“換油”信號； 所述的溫度傳感器選用PTlOO溫度傳感器，是一種以鉬做成的電阻式溫度傳感器，屬于正電阻系數； 所述的粘度傳感器選用FWS-4型，通過測量壓電超聲敏感器件的參數變化來感知液體粘度的變化； 所述的介電常數傳感器選用FWD-1型； 所述的專用參數變送器 是具有RS485通訊的綜合信號采集模塊，采集溫度傳感器輸出的電阻信號，粘度傳感器輸出的脈沖信號以及介電常數傳感器輸出的電壓信號，并將采集到的數據通過串口通訊485傳輸給單片機模塊； 所述的單片機模塊采用PIC18F97J60芯片作為中央處理器； 所述的IXD液晶顯示模塊采用YJD1602B型； 所述的按鍵模塊選用QN12-A3型。
2.根據權利要求1所述的便攜式機動車機油性能檢測裝置，其特征在于:所述的LCD液晶顯示模塊包括第一電阻Rl，第二電阻R2，第三電阻R3，第四電阻R4和IXD液晶顯示芯片 U12 ； IXD液晶顯示芯片U12的14腳和單片機的93腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的13腳和單片機的94腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的12腳和單片機的95腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的11腳和單片機的96腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的10腳和單片機的97腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的9腳和單片機的98腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的8腳和單片機的3腳相連；IXD液晶顯不芯片U12的7腳和單片機的4腳相連；IXD液晶顯不芯片U12的6腳和單片機的99腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的5腳和單片機的100腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的4腳和單片機的I腳相連；IXD液晶顯示芯片U12的3腳和第一電阻Rl的一端相連，第一電阻Rl的另一端接地GND ;IXD液晶顯示芯片U12的2腳與+5V相連；IXD液晶顯示芯片U12的I腳與GND相連；IXD液晶顯示芯片U12的15腳與三極管的c極相連，三極管的e極與第三電阻R3的一端相連，第三電阻R3的另一端接+5V ;三極管的b極與第二電阻R2的一端相連，第二電阻R2的另一端與單片機2腳相連；三極管的b極與第四電阻R4的一端相連，第四電阻R4的另一端接+5V ;IXD液晶顯示芯片U12的16腳接地GND ;LCD液晶顯示芯片U12型號是YJD1602B-1。
3.根據權利要求1所述的便攜式機動車機油性能檢測裝置，其特征在于:所述的串口通訊RS485包括第一芯片U13和接口 J2 ； 第一芯片U13的I腳與單片機RX腳相連；第一芯片U13的4腳與單片機TX腳相連；第一芯片U13的2腳和3腳一起接到單片機DX腳；第一芯片U13的8腳接+5V電壓；第一芯片U13的5腳接地GND ;第一芯片U13的6腳和7腳分別和接口 J2的I腳和2腳相連；第一芯片U13型號為MAX485。
4.便攜式機動車機油性能檢測方法，使用權利要求1所述的裝置，其特征在于:確定檢測時某種機油溫度，基于溫度確定機油的粘度和介電常數，將測得的值與數據庫中同一溫度下機油粘度與介電常數閾值比較，確定是否需要更換機油。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于:在進行檢測之前，建立機油性能粘度數據庫以及介電常數數據庫，即確定檢測不同溫度下某種機油的粘度與介電常數的閾值，建立機油性能粘度數據庫以及介電常數數據庫，確立此種機油溫度分別與粘度以及介電常數的耦合 關系。
【文檔編號】G01N33/30GK103983758SQ201410244322
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月4日 優先權日:2014年6月4日
【發明者】嚴瑾, 林峰, 葉振洲, 邵建文 申請人:浙江省計量科學研究院