防爆型超声粘度仪的原理和结构研究

　　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Ⅱ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4.00~120.00mm2/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,γ_t)

　　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 =-kγ_t+ q (1)

　　式中:q为常数项;k为比例系数,k=Δt/Δγt;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:

　　令t′=t1-t,τ=t1-t2　则式(2)可以改写为

　　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:

　　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。

　　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。

　　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, 74HC138, 74HC245及MC1413等组成,其中82C79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,S5为复位按键。