基于介电常数的电容式油品传感器设计

发布时间：2017-09-16 05:35

  本文关键词：基于介电常数的电容式油品传感器设计

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【摘要】：润滑油具有润滑、冷却等作用,被广泛应用于车辆等多种大型机械设备中,其质量的好坏直接影响到所作用设备的性能及使用寿命。因此,非常有必要开发一个油品实时监测系统随时了解润滑油的使用状况,以判断其质量是否合格,若不合格应当及时更换。本文分析了目前国内外的油品测量技术,设计了带CAN总线的油品实时监测系统。首先,针对圆筒式电容传感器的设计要求,分析并选择了合适的探头电极材料及绝缘材料,以边缘效应为关键点采用理论分析以及ANSYS磁场仿真两种手段确定了探头的结构尺寸。然后分析比较了几种常用的电容检测电路,最终选择了基于CDC技术的集成芯片AD7745作为电容采集模块的核心部件。硬件电路模块选择增强型51单片机STC12C2052作为控制芯片,设计了基于AD7745的电容采集转换电路和CAN通讯电路。接下来在硬件电路的基础上实现了12C通讯、SPI通讯、CAN通讯以及LabVIEW界面的软件编程。最后制备了电容传感器以及标准油液,搭建了实验平台,对传感器做了标定,并对整个测试系统做了综合实验。结果表明,系统可实现对油液介电常数和温度的实时监测,且介电常数的测量范围为1-6。
【关键词】：润滑油 介电常数 圆筒式电容传感器 边缘效应 LabVIEW
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212;TH117.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题研究的背景和意义8-9
• 1.1.1 润滑油的作用8
• 1.1.2 劣质润滑油的影响8-9
• 1.1.3 润滑油更换意义及标准9
• 1.2 润滑油检测技术及研究现状9-12
• 1.2.1 现有润滑油检测方法10-11
• 1.2.2 国内外油质传感器研究现状11-12
• 1.3 本文研究内容12-14
• 2 基于介电常数法的电容传感器设计原理及分析14-27
• 2.1 介电常数法的理论基础14-17
• 2.1.1 介电常数概述14-15
• 2.1.2 电介质的极化15
• 2.1.3 影响润滑油介电常数的因素15-16
• 2.1.4 电容传感器的特点16
• 2.1.5 电容传感器的设计要点16-17
• 2.2 变介电常数型电容传感器的原理分析17-20
• 2.2.1 圆筒式介电常数型电容传感器原理分析17-19
• 2.2.2 复杂电容器的电容计算方法19-20
• 2.3 电容式传感器的等效电路20-21
• 2.4 电容传感器测量电路介绍及分析21-23
• 2.5 温度对电容的影响23-24
• 2.5.1 温度对传感器几何尺寸的影响23-24
• 2.5.2 温度对介电常数的影响24
• 2.6 测试系统总体方案设计24-26
• 2.7 本章小结26-27
• 3 电容传感器探头结构设计27-37
• 3.1 传感器探头材料的选取27
• 3.1.1 传感器电极材料的选取27
• 3.1.2 传感器绝缘材料的选取27
• 3.2 传感器探头结构尺寸设计27-34
• 3.2.1 边缘效应28-31
• 3.2.2 极板厚度对电容传感器边缘效应影响的仿真分析31-32
• 3.2.3 极板间距对电容传感器边缘效应的影响及仿真32-33
• 3.2.4 外极板上小孔半径对边缘效应的影响33
• 3.2.5 传感器探头尺寸确定33-34
• 3.3 传感器探头的装配34-36
• 3.3.1 装配偏差对传感器输出的影响34-35
• 3.3.2 探头装配方法35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 系统硬件电路分析与设计37-48
• 4.1 硬件电路总体方案设计37
• 4.2 单片机外围电路设计37-38
• 4.3 数据采集电路设计38-41
• 4.3.1 AD7745简介38-39
• 4.3.2 AD7745测量原理39-41
• 4.3.3 AD7745扩容设计41
• 4.4 CAN通讯电路设计41-44
• 4.4.1 CAN控制器的选择42-43
• 4.4.2 CAN收发器的选择43
• 4.4.3 CAN通讯的硬件电路设计43-44
• 4.5 电源电路设计44
• 4.6 电磁兼容性设计44-45
• 4.6.1 去耦技术44-45
• 4.6.2 抑制浪涌45
• 4.7 硬件电路板设计45-46
• 4.8 硬件电路板测试46
• 4.8.1 硬件测试过程46
• 4.8.2 硬件电路板实物图46
• 4.9 本章小结46-48
• 5 系统软件分析与设计48-59
• 5.1 软件总体设计分析48
• 5.2 AD7745与单片机通讯软件设计48-52
• 5.2.1 I~2C通讯软件设计49-51
• 5.2.2 AD7745主要内部寄存器介绍及设置51-52
• 5.3 SPI通讯软件设计52-53
• 5.4 CAN通讯软件设计53-57
• 5.4.1 MCP2515初始化54-55
• 5.4.2 报文发送软件设计55-57
• 5.5 LabVIEW上位机软件设计57-58
• 5.6 本章小结58-59
• 6 传感器测试系统实验及分析59-64
• 6.1 传感器制备59
• 6.2 传感器标定实验59-62
• 6.2.1 标定用具59-60
• 6.2.2 标定实验环境搭建60
• 6.2.3 标定实验结果与分析60-62
• 6.3 综合测试实验与结果分析62-63
• 6.4 本章小结63-64
• 7 总结与展望64-66
• 7.1 论文总结64-65
• 7.2 后期展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-71
• 附录71

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本文编号：861207