便携式淬火油检测装置的研制

便携式淬火油检测装置的研制

项阳 1 周宇涛 2 李琳 3

中国航发西安动力控制科技有限公司 陕西省 西安市 710077

摘要：本论文主要记录了我对淬火油检测工作提高检测精度及检测效率的探讨与尝试，并就该项目检测仪器“便携式淬火油检测装置”的研制过程中的设计和制作情况进行记录和分享。

关键词：淬火油检测，快速温度测量，ADC滤波

0引言

淬火油是一种特殊的工艺用油，用做淬火介质，其作用是在零件热处理工序中，对高温零件进行快速降温，也就是淬火。其质量的优劣直接影响热处理的效果。为衡量淬火油的质量，需对其进行一系列的理化计量工作。而其中最为重要的就是衡量淬火油降温效果的冷却特性曲线测试。

该测试直接反映淬火油的工作性能，不但需要在更换新油时进行首次检定，在一槽淬火油的整个使用周期中还需要多次进行该项目的取样测量以跟踪淬火油品质的改变。并根据该项测试结果直接决定整槽淬火油的更换与否。

1淬火油冷却特性曲线检测要求：

图1为某批次淬火油的测试结果报告，报告分为曲线图与数据两部分，其中曲线图部分有两条曲线，曲线A为测温端实时温度，横轴为时间，纵轴为温度。曲线B为根据曲线A的曲率绘制的降温速率曲线横轴为降温速率，纵轴为实时温度。

报告下部为数据表，记录了几个重要的数据点，分别为测试温度点，降温速率最大值，降温速率最大时的温度，300℃时的降温速率，以及测温端温度降到600,400,200三个温度点的时间。

图1

2系统设计：

本项目目的是制成一款现场型淬火油校准装置，能够完成淬火油的冷却特性曲线项目测试。

首先，根据检定需要做模块化设计，根据检规要求，冷却特性曲线测试时间大约需要45S完成，故本项目应能够至少进行45S以上的连续温度测量。

根据测温需求，测温范围为850℃至室温，故温度传感器需选择电偶。考虑测温范围及分度，选择K型热电偶作为传感器，可以满足测温需求。

根据所需的测温精度分辨力及曲线绘制分辨率要求，测温分辨力应小于0.2℃。要在60S范围的全测量过程中绘制出光滑曲线。根据曲线分辨率要求，采样点数每秒钟不少于20点。

为满足现场测试需求，并考虑高温多油等现场不利环境对仪器的影响，应对仪器进行小型化，封闭性设计。

经过综合考虑，该测试系统框图如图2，仪器端由符合检规要求的测温头及电偶组成，电偶电势信号经过放大滤波等信号处理后，通过电压测量，将结果存储在数据存储模块中，当需要时，可以通过蓝牙传输的方式将数据传输给计算机，在计算机端完成数据的汇总和计算工作，并完成测试报告的保存，经由打印机打印原始记录。

图2

以上系统由用于现场测试的测试端仪器和位于计算机中的数据处理软件两部分组成，之间以符合蓝牙协议的无线传输建立双向的数据通路，可构成一个完整的淬火油冷却特性曲线测试系统。

测试过程中，首先采用干井炉将测温端精确加热到所需温度，以850℃为例，采用干井炉可在10分钟内，将测温端加热至所需温度，且控温精度在0.2℃。

之后将测温端按检定规程要求深度侵入被检油品中，进行降温过程，在该过程中，位于测温端中心的电偶将温度情况实时反应为测试端两端的电势差。电势信号经过滤波和放大后由后端ADC模块进行每秒1000次的ADC转换，通过电势值实时获得测温端的温度信息，并存储在专用的数据模块中。经过60秒的连续采集，完成整个测试过程后，即通过无线模块实时将测试结果发送到计算机，也可以先将数据存储在测试端仪器端，在完成所有现场测试后，一并上传至计算机端。

计算机端经过数据处理和计算，将数据化的测试结果转换为图表盒曲线等可视化测试报告，并直接打印出可用的原始记录和

3系统硬件及程序实现：

根据系统设计，我进行了进一步的硬件搭建和测温端软件编写，图3为我设计的测温端电路板，为了做到仪器的小型化和便携化，电路板采用密集设计，将全部功能元件集成在5cm×5cm的范围以内，同时在电路设计时加入了电池供电电路，使得本仪器在使用过程中可以不用连接外围线路，增强现场工作的便利性。

4性能验证：

为了测试系统性能，我们对该仪器进行了一系列测试。主要为两部分，第一部分为验证仪器本身功能实现情况，分别对电源，放大，ADC，无线传输等各个部分进行了单独的模块化测试，以及整体的联机测试。其中，电源模块主要检测其输出能力与输出纹波等性能指标。放大模块主要测试其放大误差和线性化误差。ADC模块主要测试其测量精度与稳定性，无线模块主要测试其误码率和传输距离。

图3

经测试，各部分模块测试结果性能上均达到设计要求。

此后，又使用不同油品，不同测试温度，进行多次校准工作，并将数据结果与已知数据进行比较。图4图为使用一个月以上的淬火油在800℃的冷却特性曲线，

图4

5应用前景：

淬火油在热处理工作中应用广泛，而其中最直观反映其性能变化的测试就是冷却特性曲线测试，其对油品质量监控的意义甚重。此前的检测系统，通常采用USB线连接测试端与计算机端，通过USB线路供电和进行数据传输。这种设计在开展现场测试时十分不便，一方面必须将计算机携带到测试现场。另外在整个测试过程中，测试端都需要与计算机保持脐带电缆连接，使用不便。

而本系统采用电池供电，无线数据传输。而且既可以进行实时数据传输，也可以先将测试结果存储在仪器测试端，在需要时再一并读出，特别适合在不方便使用计算机的现场的使用。

且本测试系统从测试端电路、测试端程序到计算机端整个系统都是由我中心内部人员完成，具有非常好的灵活性与优秀的可维护性，有广泛应用前景。

作者简介：

项阳，1987.7.25，男，汉族，陕西西安人，大学本科。主要研究方向：检验检测技术。

周宇涛，1966.05.18，男，汉族，陕西西安人，大专。主要研究方向：检验检测技术。

李琳，1980.03.25，男，汉族，陕西西安人，大学本科。主要研究方向：软件工程。