摘 要：“發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油質(zhì)量性能探測(cè)儀”主要采用了紅外吸光度的參數(shù)以及電容參數(shù)對(duì)比方式進(jìn)行檢測(cè)。用報(bào)星級(jí)的方式提示用戶什么時(shí)候該更換機(jī)油。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；傳感器；機(jī)油

目前在汽車制造行業(yè)中，顯示汽車行駛中各種技術(shù)指標(biāo)的傳感器都有了相當(dāng)快的發(fā)展，但是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油性能狀態(tài)的監(jiān)視在國內(nèi)外還是一片空白。而發(fā)動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)行中，機(jī)油的物理性能、清潔程度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行以及壽命是非常重要的。

目前，人們鑒別機(jī)油質(zhì)量的方法主要有肉眼觀察法和儀器檢測(cè)法這兩種，下面請(qǐng)看一下表格。通過以上的表格大家都已經(jīng)清楚地看到它們的優(yōu)缺點(diǎn)，而我們的作品可以基本克服這些缺點(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、可靠性好，誤差也比較小。

據(jù)調(diào)查，目前已經(jīng)有一項(xiàng)關(guān)于機(jī)油檢測(cè)的專利已獲得授權(quán)，即“袖珍式紅外線機(jī)油檢測(cè)儀”。但它是采取單一指標(biāo)（紅外吸光度參數(shù)）來判斷，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)這樣做是有很大的局限性和不可靠性的。

一、設(shè)計(jì)方案

本研究的第一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。由于機(jī)油變質(zhì)時(shí)，氧化產(chǎn)物、熱降解產(chǎn)物以及油中極化分子都會(huì)不斷增多。同時(shí)，由于摩擦和磨損，磨損下來的金屬粒子和其他導(dǎo)電性強(qiáng)的化合物都會(huì)增多。這兩種現(xiàn)象會(huì)明顯導(dǎo)致油的介電常數(shù)發(fā)生變化，所以電容就是一個(gè)很好的測(cè)試量，在不同的油質(zhì)中它會(huì)有所差別。因此，在采用了紅外吸光度的參數(shù)外，我們還增加了電容參數(shù)，通過兩路參數(shù)的比較，得出正確的判斷，提高了檢測(cè)結(jié)果的可靠性。另外，用報(bào)星級(jí)的方式提示用戶什么時(shí)候該更換機(jī)油，這樣能使機(jī)油得到充分利用不至于浪費(fèi)，同時(shí)也可以保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)從。

對(duì)于電容探頭的設(shè)計(jì)，這是我們的第二個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，我們最終設(shè)計(jì)出了梳狀型探頭，這是它的圖片。此探頭的好處是可以通過改變各個(gè)平行間距或是增加接觸面積來改變測(cè)得的電容值，實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)所測(cè)得值也相對(duì)穩(wěn)定可靠的，而相比圓筒狀探頭，梳狀型探頭也更容易清洗，測(cè)量值更準(zhǔn)確。

另外，我們?cè)谔筋^的導(dǎo)線上套上了屏蔽線，它可以顯著地減小電容性耦合和電感性耦合，也可以很好地防止干擾電容、寄生電容在微電容量變化信號(hào)采樣時(shí)的竄入，使結(jié)果具有較高的精度和可靠性。

發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼內(nèi)的機(jī)油，由于各種原因，會(huì)逐漸氧化，顏色變黑，性能會(huì)降低。鑒于此用紅外探頭測(cè)試在不同油中轉(zhuǎn)換的電壓的值，可以得到相關(guān)油質(zhì)結(jié)論。根據(jù)油膜檢測(cè)法，由幻燈片上的吸光度和油膜厚度公式可以得出吸光度與雜質(zhì)濃度和雜質(zhì)粒度是呈線性關(guān)系的。

最初我們?cè)O(shè)計(jì)的紅外對(duì)管中接收和發(fā)射管是同方向的即平行結(jié)構(gòu)，后來發(fā)現(xiàn)反射回來的值大多數(shù)時(shí)候是油箱底或是郵箱壁反射回來的值，這樣不能有效的測(cè)出數(shù)據(jù)，因此針對(duì)原來的組裝進(jìn)行了改變，將接收和發(fā)射管設(shè)計(jì)成對(duì)管式，這樣反射回來的則是準(zhǔn)確的測(cè)量值。

組合探頭：A+B，大大提高了可靠性，使用也更加方便，并且這樣一個(gè)探頭設(shè)計(jì)也是比較精巧的。

電路部分的電容測(cè)量這一塊是我們的第三個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。最初我們通過自己搭好目前已有的各種測(cè)電容的電路來測(cè)，這是其中一個(gè)板子。后來發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)問題：第一個(gè)是無法測(cè)到那么低的電容值，因?yàn)槲覀兺ㄟ^標(biāo)準(zhǔn)儀表測(cè)得機(jī)油的電容值只有幾十皮法，一般電路根本沒法測(cè)。第二個(gè)問題就是分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。后來轉(zhuǎn)向使用集成芯片，多次選擇之后采用了AD7746。它適合小尺寸和低功耗應(yīng)用，靈敏度也很高。而且本身增益誤差的出廠校準(zhǔn)值小于4pF，更新率為10 Hz～9 Hz，分辨率達(dá)到24 Bit，正好適合機(jī)油微電容量變化的測(cè)量。

通過以上的測(cè)試結(jié)果和分析可以得出，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的好壞是可以用數(shù)據(jù)和相應(yīng)的曲線圖這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行辨別的，且得到的值相對(duì)穩(wěn)定。另外，此次實(shí)驗(yàn)是用低擋次的油品做的測(cè)試和分析，但對(duì)中高檔次的油品也在軟件上做了設(shè)計(jì)?？梢栽跍y(cè)試前選擇不同的品牌的機(jī)油，對(duì)不同檔次的新機(jī)油分別用5星、4星、3星來表示。這樣也使得儀器更加的人性化。

本作品在很大程度上填補(bǔ)了機(jī)油檢測(cè)的缺陷，與前面說的測(cè)機(jī)油的方法比還是相當(dāng)具有優(yōu)勢(shì)的，考慮到廣大的汽車市場(chǎng)，我們可以想到它應(yīng)該是有很好的經(jīng)濟(jì)效益的。

二、總結(jié)

對(duì)于目前我們這個(gè)作品，它已經(jīng)能夠達(dá)到機(jī)油質(zhì)量性能檢測(cè)的目的。我們也考慮到，事實(shí)上它還有更好的應(yīng)用前景，那就是實(shí)現(xiàn)車載，因此下一步的研究就是綜合汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部及周圍環(huán)境，比如說溫度啊噪聲啊等等，可以去設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)車載的儀表。仔細(xì)考慮了之后，我們有了使用MSP430系列單片機(jī)型號(hào)為F1232作為核心處理器的構(gòu)想，它屬于低功耗器件，提供的I/O口也剛好適合我們的設(shè)計(jì)需要（不多不少）并且體積也可以做得更小，從而能夠放入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)車載。對(duì)于最易發(fā)生的寄生電容等問題，在這一設(shè)計(jì)階段可很好的解決，那就是將AD7746長(zhǎng)期放在與探頭檢測(cè)最近的現(xiàn)場(chǎng)，一接收到數(shù)據(jù)馬上轉(zhuǎn)化成電壓量，那么寄生電容的問題便可最小化，使測(cè)量精度進(jìn)一步提高。

參考文獻(xiàn)

[1]周鑫.在用車發(fā)動(dòng)機(jī)油快速檢測(cè)質(zhì)量的研究[J].汽車工藝與材料，2005.

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作者簡(jiǎn)介

斯衡（1984—），男，漢族，浙江省杭州人，碩士，杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，主要從事信息技術(shù)的教學(xué)研究工作.