防爆型超声粘度仪的原理和结构研究

防爆型超声粘度仪的原理和结构研究

防爆型超声粘度仪的原理和结构研究 2011： 0 引言笔者研制的防爆超声波粘度自动分析仪是按照GB 3836.1标准规定制成Q类防爆电气设备，可用于B级T4组可燃性气体与空气形成爆炸混合物的场所，仪器整体防爆标志为ExdOⅡBT4。该仪器适用于测量4.00—120.00rnm2/s(50℃时)均匀液相油品，其准确性误差、重复性误差、再现性误差、稳定性误差与按GB1884—83规定方法测量数据对比不大于0.2mm2/s，每1600μs检测一次。仪器按规定程序分析油品粘度，测量结果由数码显示，同时备有4—20mA输出供记录用，是一种能连续自动检测石油粘度的在线质量分析仪表。1 测量原理[1]通过对原油、重油、润滑油、柴油及调合油进行大量试验，得出油品的粘度γt，超声波传播距离L，油品温度θ是超声波传播时间t(简称声时)的函数:t=f(L，θ，γt)对于绝大多数单一油品，当把温度θ恒定，声程L选定后，声时t在一定的范围内与粘度γt呈线性关系:t=-kγt+q (1)式中:q为常数项;k为比例系数，k=△t/4γt; γt为粘度。设测量的油品粘度的量程为γt1—γt2，其对应的超声波传播时间用t1与t2表示，由式(1)可得下列关系:(t1－t)/(t1－t2)=(γt－γt1)/( γt1－γt2) (2)令t′=t1－t,τ=t1－t2则式(2)可以改写为t′/τ=(γt－γt1)/( γt1－γt2) (3)式(3)把测量油品的粘度问题，归纳为测量超声波在粘度为γt和γt1两种油品中传播时间的差值，γt1－γt2是人为规定的，其相应的τ值可由实验测定得出。现在如果测出t值根据式(3)就能计算出γt值:γt=γt1+( t′/τ)( γt1－γt2) (4)当油品流进测量室并充满其中时(见图1)，发射换能器按一定发射周期向油品发出超声波脉冲，遇到接收换能器被接收下来，测量电路测出超声波脉冲从发射到接收所需要的时间(声时t)，排除其它因素对声时t的影响后，对声时t进行特定的变换及运算后就可知道油品的粘度值。在本仪器中，超声波脉冲的发射和接收，相应数据的处理及计算都由单片机控制完成。图1 测量室2 测量控制电路测量控制电路由电源、测温,A/D转换、加热器控制、超声发射接收、分频时间测量、单片机系统、键盘显示、D/A转换(4—20mA )、报警等电路组成。其电路框图如图2所示。图2 测量控制电路方框图单片机系统电路由80C31,27C64及2817A等组成EPROM27C64用作系统程序存储器。EPROM2871A用作数据存储器，参数设置如不改变只须设置一次，以后开机不须重新设置。单片机系统电路为本仪器的核心电路，本仪器的各种操作以及数据处理都是由它控制完成。键盘显示电路由82C79,74 HC138,74 HC245及MC1413等组成，其中82079为键盘显示器专用芯片，用作键盘扫描和动态扫描显示;74HC138为3—8选1译码器，用作键盘行线和显示器位选控制;74HC245用作显示器的选驱动用作显示器位选驱动。MC14131作位驱动。开关S1—S4为面板上的设定按键，昆为复位按键。加热器控制电路由单片机P1口来的P1.4端作温度控制，通过驱动电路MC1413和继电器控制加热器的通断，达到控温的目的。P1.5端用作超温时切断加热电源的控制端，通过MC1413与油浴中的温敏继电器(KT1)相互控制加热器电源开关(K1)，达到自动保温的目的。超声发射和接收电路由分频器来的周期为1600PS的发射脉冲经MC1413倒相后，一路再经MC1413倒相送触发器74HC74起动计数定时器8X54，另一端驱动VMOSFU17RF932产生高压脉冲加在发射器G1上，产生发射超声波。同时接收器G2接收的超声脉冲送人放大器LM353放大后，再到比较器LM094同相端，与反相端的基准电压相比较，产生一输出正脉冲，去触发触发器74HC74关闭计数定时器82C54;同时产生一中断信号通知单片机计数完毕，进行处理。分频和时间测量电路由74HC04,74HC74,82C54组成，82054是一块可编程计数定时器电路，内部的3个计数定时器L作方式为:T0工作干频率发生器方式，分频系数为800;T1工作于方波发生器方式，分频系数为10;T2工作于频率发生器方式，分频系数为65535。工作过程如下:由晶振产生的10MHz频率稳定的脉冲，经开关三极管3DK2倒相后送人反相器74HCO4，经反相后74HC04 输出，一路送82C54 CLK2端作计数脉冲，一路送74HC74作分频后送人82054 CLKI端，经10分频变为5OOkHz信号再送于82C54 CLKO端，经T0800分频后为1600μS的发射信号，

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