Устройство контроля дисперсного состава частиц загрязнения рабочей жидкости гидросистем

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к коррекции нелинейности первичных преобразователей. Устройство содержит первичный преобразователь, соединенный с микропроцессорным блоком, которые заключены в отдельные корпуса, при этом первичный преобразователь состоит из последовательно соединенных интегратора, светодиода, оптически связанного с фотодиодом, подсоединенного к усилителю с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом компаратора, микропроцессорный блок состоит из микроконтроллера, соединенного с индикатором и драйвером последовательного порта, пробоотборную воронку, жестко закрепленную на корпусе первичного преобразователя. Микропроцессорный блок снабжен логарифмическим преобразователем, выход которого соединен со входом микроконтроллера, выход усилителя с фиксированным коэффициентом усиления соединен со входом логарифмического преобразователя, а выход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления соединен со входом микроконтроллера. 2 ил.

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к коррекции нелинейности первичных преобразователей.

Известен фотоэлектрический прибор контроля чистоты жидкости (труды Научно-исследовательского технологического института, г.Саратов, 2001 г.; В.А.Бербер, В.И.Мозяков. Обеспечение чистоты технических и пищевых жидкостей. // Смазочные материалы в промышленности. Материалы II Международной научно-практической конференции (Пермь, 1-4 октября, 2001 г.), стр.62-65), содержащий первичный преобразователь, соединенный с блоком электроники, при этом первичный преобразователь состоит из последовательно соединенных интегратора, светодиода, оптически связанного с фотодиодом, подсоединенного к усилителю с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом компаратора, блок электроники состоит из амплитудного анализатора, имеющего выходы ко входам микроконтроллера, соединенного с дисплеем и драйвером, пробоотборную воронку, соединенную трубкой с прибором. Причем для создания условий протекания вязких жидкостей в воронку с анализируемой пробой подается воздух под давлением.

Недостатком данного устройства являются невысокие точность измерения и неудобство эксплуатации прибора.

Наиболее близким является фотоэлектрический анализатор загрязнения жидкостей (патент 72070, МПК G01N 15/02, опубл. 27.03.2008 г.), содержащий первичный преобразователь, соединенный с блоком электроники, при этом первичный преобразователь состоит из последовательно соединенных интегратора, светодиода, оптически связанного с фотодиодом, подсоединенного к усилителю с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом компаратора, блок электроники состоит из амплитудного анализатора, имеющего выходы к входам микроконтроллера, соединенного с дисплеем и драйвером, пробоотборную воронку и блок электроники, заключенные в отдельные корпуса, проотборная воронка жестко закреплена на корпусе первичного преобразователя, в блоке электроники присутствуют расходомер и интенсиметр, входы которых соединены с выходами амплитудного анализатора, а выходы подсоединены к входам микроконтроллера, корпус первичного преобразователя установлен на стакан, сообщающийся с ним отверстием, в стакане создано разрежение.

В основу полезной модели поставлена задача повысить чувствительность прибора и расширить границы его применимости, за счет более точного определения дисперсного состава частиц загрязнения жидкости и создания технических условий для реализации алгоритма повышения чувствительности прибора.

Данная задача решается за счет того, что в устройстве контроля дисперсного состава частиц загрязнения рабочей жидкости гидросистем, содержащем первичный преобразователь, соединенный с микропроцессорным блоком, которые заключены в отдельные корпуса, при этом первичный преобразователь состоит из последовательно соединенных интегратора, светодиода, оптически связанного с фотодиодом, подсоединенного к усилителю с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом компаратора, микропроцессорный блок состоит из микроконтроллера, соединенного с индикатором и драйвером последовательного порта, пробоотборную воронку, жестко закрепленную на корпусе первичного преобразователя, микропроцессорный блок снабжен логарифмическим преобразователем, выход которого соединен со входом микроконтроллера, выход усилителя с фиксированным коэффициентом усиления соединен со входом логарифмического преобразователя, а выход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления соединен со входом микроконтроллера.

Разработанное устройство позволяет решать задачу определения уровня чистоты рабочей жидкости гидросистем согласно ГОСТ 17216-2001, решаемую прибором-прототипом, и дополнительно задачу определения с высокой точностью дисперсного состава частиц загрязнения жидкости, в том числе и частиц размером менее 5 мкм (эта задача решается при подключении к устройству ЭВМ со специальным программным обеспечением).

На фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 представлен график зависимости шага дискретизации по размеру частиц d от размера частиц d при использовании микроконтроллера с восьмиразрядным АЦП: без применения логарифмического преобразователя (кривая 1) в микропроцессорном блоке, с применением логарифмического преобразователя (кривая 2).

Это устройство состоит из первичного преобразователя 1 и микропроцессорного блока 2, которые заключены в отдельные корпуса. Первичный преобразователь содержит последовательно соединенные интегратор 3, светодиод 4, оптически связанный с фотодиодом 5, подсоединенным к усилителю с регулируемым коэффициентом усиления 6, выход которого соединен с входом усилителя с фиксированным коэффициентом усиления 7, подсоединенного к компаратору 8. Компаратор подключен к электронному ключу 9. Параллельно компаратору 8 и электронному ключу 9 подключен резистор 10. На корпусе первичного преобразователя 1 жестко закреплена пробоотборная воронка 11, на внутренней поверхности которой нанесены риски. Интервал между рисками соответствует объему анализируемой жидкости 50 см³. Корпус первичного преобразователя 1 установлен на приемном стакане 12, в котором создано разрежение. В корпусе первичного преобразователя 1 соосно пробоотборной воронке 11 выполнено отверстие 13, имеющее выход в приемный стакан 12. В состав микропроцессорного блока 2 входит логарифмический преобразователь 14, микроконтроллер с функцией аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 15, индикатор 16 и драйвер последовательного порта 17. Усилитель 6 подключен ко входу АЦП микроконтроллера 15. Усилитель 7 соединен с логарифмическим преобразователем 14, выход которого подключен ко входу АЦП микроконтроллера. Логарифмический преобразователь 14 имеет выходы к микроконтроллеру 15, выход которого соединен с драйвером 17, с выхода которого сигналы передаются на ЭВМ для дальнейшей обработки. Выход микроконтроллера 15 соединен также с индикатором 16.

Устройство контроля дисперсного состава частиц загрязнения рабочей жидкости гидросистем работает по принципу измерения световых потоков, рассеянных частицами загрязнений. Анализируемая жидкость прокачивается по измерительному каналу малого диаметра, с одной стороны которого установлен светодиод 4, а с другой - фотодиод 5. Поскольку направление потока жидкости перпендикулярно оптической оси измерительной системы «излучатель - фотоприемник», то вместе их пересечения образуется измерительный объем. При наличии оптической неоднородности в измерительном объеме (например, механических примесей) происходит рассеяние света во всех направлениях. Измеряя с помощью фотодиода 5 интенсивность рассеянного света, получают информацию о параметрах частиц загрязнений. Определение размера частиц производится по амплитуде электрического импульса, снимаемого с выхода фотодиода 5. Каждому размеру частицы соответствует своя амплитуда сигнала. Электрический сигнал с фотоприемника усиливается усилителем с регулируемым коэффициентом усиления 6, с выхода которого сигнал поступает на микропроцессорный блок для определения классов чистоты жидкости и их индикации для частиц в размерных группах 100-200 мкм и свыше 200 мкм. После дополнительного усиления сигнала в усилителе с фиксированным коэффициентом усиления 7 электрический сигнал поступает также на микропроцессорный блок для определения классов чистоты жидкости и их индикации для частиц в размерных группах 5-10, 10-25, 25-50, 50-100 мкм. Компаратор 8, электронный ключ 9 и интегратор 3 образуют схему восстановления постоянной составляющей (ВПС). ВПС обеспечивает постоянный уровень освещенности в измерительном объеме, независимо от вида контролируемой жидкости и температурной нестабильности светодиода 4 и фотодиода 5. При уменьшении освещенности измерительного объема увеличивается постоянная составляющая сигнала с выхода усилителя 7, которая через схему компаратора 8 и электронного ключа 2 подается на вход интегратора 3, сигнал, с выхода которого увеличивает ток светодиода, увеличивая освещенность. Компаратор 8 и электронный ключ 9 блокируют работу ВПС на время появления импульсов от частиц. Резистор 10 служит нагрузкой выхода усилителя 7 в момент замыкания электронного ключа 9. С выхода усилителя 7 сигнал поступает на логарифмический преобразователь 14, корректирующий нелинейность первичного преобразователя. Микроконтроллер 15 осуществляет оцифровку сигнала, поступающего с логарифмического преобразователя, счет частиц в соответствующих размерных фракциях (функция счетчиков), определение класса чистоты анализируемой жидкости согласно ГОСТ 17216 - 2001 в каждой размерной группе (функция решающих устройств), на основе анализа количества импульсов, накопленных счетчиком, а также функции управления и связи с внешней ЭВМ с помощью драйвера 17. Микроконтроллер 15 осуществляет также определение момента окончания анализа пробы. На индикатор 16 выносятся рассчитанные значения классов чистоты жидкости в каждой размерной группе.

Микроконтроллер осуществляет квантование по уровню напряжения, поступающего с первичного преобразователя, с шагом U, определяемым разрядностью АЦП М. От значения М будет зависеть точность работы алгоритма повышения чувствительности прибора, реализованного на ПЭВМ. Следует отметить, что при постоянном U шаг дискретизации по размеру частиц d не будет постоянным, а будет изменяться в зависимости от значения d из-за нелинейности зависимости U(d). Характер зависимости d(d) для восьмиразрядного АЦП приведен на фигуре 2 (кривая 1). Из анализа этого графика следует, что с уменьшением d шаг дискретизации d возрастает по нелинейному закону, причем наиболее резкое возрастание d происходит при d<20 мкм. Однако для обеспечения заданной точности работы алгоритма повышения чувствительности и решения задачи диагностирования технического состояния агрегатов гидросистем важно, чтобы именно в этом диапазоне размеров частиц (менее 20 мкм) шаг дискретизации d был как можно меньшим. Это обусловлено высокими диагностическими возможностями частиц такого размера и тем, что в данном участке размеров сосредоточено абсолютное большинство частиц загрязнения (более 90%).

Для уменьшения шага дискретизации d в диапазоне малых размеров частиц в состав устройства включен логарифмический преобразователь 14. Характер зависимости d(d) для случая использования логарифмического преобразователя приведен на фигуре 2 (график 2). Из анализа этого графика следует, что с уменьшением d шаг дискретизации d убывает по линейному закону. Причем его значения позволяют проводить анализ дисперсного состава с высокой точностью. Ввиду того, что корректировка значений d для частиц размером более 100 мкм не требуется, то на логарифмический преобразователь поступает сигнал лишь со второго выхода первичного преобразователя.

Анализ параметров сигнала, поступающего с первичного преобразователя, а также требуемой точности определения дисперсного состава частиц загрязнения показал, что микроконтроллер должен иметь восьмиразрядное АЦП и скорость передачи данных на ЭВМ должна быть не менее 800 кБит/сек.

Для передачи данных на внешнюю ЭВМ и реализации дистанционного управления используется последовательный интерфейс стандарта USB 1.1 (используется драйвер последовательного интерфейса 17).

Устройство контроля дисперсного состава частиц загрязнения рабочей жидкости гидросистем, содержащее первичный преобразователь, соединенный с микропроцессорным блоком, заключенные в отдельные корпуса, при этом первичный преобразователь состоит из последовательно соединенных интегратора, светодиода, оптически связанного с фотодиодом, подсоединенного к усилителю с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом компаратора, микропроцессорный блок состоит из микроконтроллера, соединенного с индикатором и драйвером последовательного порта, пробоотборную воронку, жестко закрепленную на корпусе первичного преобразователя, отличающееся тем, что микропроцессорный блок снабжен логарифмическим преобразователем, выход которого соединен со входом микроконтроллера, выход усилителя с фиксированным коэффициентом усиления соединен со входом логарифмического преобразователя, а выход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления соединен со входом микроконтроллера.