CN101382534B - 检测油变质程度和油位的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的方法是用于检测油的状况，包括油量为最低限量值时的油位，油在无水分时的正常变质及其具有的剩余使用量，和油在有水分时的非正常变质。本发明的第一实施方案应用了一参照和检测电容器来获得测量的经温度补偿的被测油的电学性质，从而导出被测油的测量的和预计的油的剩余使用量。这样上述的油位、油的正常或非正常变质可以根据相应的测量的油的剩余使用量是大于、或类似、或小于预计的剩余使用量来判断。本发明的第二实施方案，仅使用检测电容器来获得测量的油的电学性质。对以上两个方案的优化是应用至少两个检测电容器来检测油系统里的油的非均匀变质和油位的全程变化。
Description
技术领域
本发明涉及用于机械的油的领域，例如用在内燃机中的润滑油和输电变压器中的绝缘油。本发明特别是有关于即时检测油位的方法，以及检测油在含水时和不含水时变质程度的方法。
背景技术
现时用于检测油位和油变质的检测器和方法是众所周知的。以下20个专利和专利申请是与本发明有关的最接近的参考。
1、美国专利第4,517,547号在1985年5月14日授予加理(Gary)等人题为“检测水在燃料油中的传感器电路和方法”(此后为“加理的专利”)；
2、美国专利第4,646,070号在1987年2月24日授予雅苏哈喇(Yasuhara)等人题为“油变质检测器方法和装置”(此后为“雅苏哈喇的专利”)；
3、美国专利第4,764,258号在1988年8月16日授予考夫曼(Kauffman)题为“为评估烃油的剩余的可使用寿命的方法”(此后为“考夫曼的专利”)；
4、美国专利第5,540,086号在1996年7月30日授予派克(Park)等人题为“油变质传感器”(此后为“派克的第一个专利”)；
5、美国专利第5,929,754号在1999年7月27日授予派克等人题为“高灵敏检测油变质和油位的电容性传感器”(此后为“派克的第二个专利”)；
6、美国专利第6,297,733号在2001年10月2日授予派克等人题为“稳定、可靠的检测油变质和油位的电容性传感器”(此后为“派克的第三个专利”)；
7、美国专利第5,377,531号在1995年1月3日授予谷门(Gomn)题为“便携式的换油分析仪”(此后为“谷门的专利”)；
8、美国专利第4,733,556号在1988年3月29日授予梅赤勒(Meitzler)等人题为“检测在内燃机中的润滑油状况的方法和装置”(此后为“梅赤勒的专利”)；
9、美国专利第6,278,282号在2001年8月21日授予玛闸莱克(Marszalek)题为“确定油质量的方法和系统”(此后为“玛闸莱克的专利”)；
10、美国专利第6,590,402号在2003年7月8日授予王(Wang)等人题为“检测发动机润滑油状况的传感器”(此后为“王的第一个专利”)；
11、美国专利第6,535,001号在2003年3月18日授予王题为“检测油状况的方法和设备”(此后为“王的第二个专利”)；
12、美国专利第6,577,112号在2003年6月10日等授予鲁伏越去(Lvovich)等人题为“监视高电阻值流体的质量或状况的方法和装置”(此后为“鲁伏越去的专利”)；
13、美国专利第7,143,867号在2006年12月5日授予乔普拉(Chopra)为“电子式油位检测和替换系统”(此后为“乔普拉的专利”)；
14、美国专利申请第2006/0232267号由西蕾蕾(Halalay)等人所申请在2006年10月19日公开的题为“确定在使用中的润滑油的质量”(此后为“西蕾蕾的专利申请”)；
15、美国专利第6,718,819号在2004年4月13日授予斯库师(Schoess)题为“油质量传感器的系统、方法和装置”(此后为“斯库师的专利”)；
16、美国专利第6,278,281号在2001年8月21日授予鲍尔(Bauer)等人题为“流体状况监示器”(此后为“鲍尔的专利”)；
17、美国专利第6,014,894号在2000年1月18日授予赫伦(Herron)题为“马达传感器系统”(此后为“赫伦的专利”)；
18、美国专利第6,917,865号在2005年7月12日授予阿瑞雅(Arai)等人题为“确定机器润滑油变质的系统和方法和发动机控制单位”(此后为“阿瑞雅的专利”)；
19、美国专利申请第2006/0114007号由周(Cho)所申请在2006年6月1日公开的题为“用于扫描发动机油状态的装置，方法和测量传感器”(此后为“周的专利申请”)；和
20、中国专利第03140986.5号在2007年10月3日授予孙(Sun)题为“检测油变质的方法”(此后为“孙的中国专利”)。
加理的专利展示了一种测量燃油中含水的方法和其应用的传感器电子线路。该发明运用一参照电容器和一可变电容器并联连接，并用一交流振荡器交替地为这两个电容器充电和放电。该充放电是在两个电位：第一电位和第二电位之间进行。电流通过参照电容器的绝对辐度值反比于可变电容器的电容量，这样通过检测电流辐度值的大小，来反映可变电容值的变化。如果这可变电容器是安装在车辆的燃油箱里，燃油中的水分会增大该电容器的电容值。相应的流经参照电容器电流的数值会减小。这样通过检测参照电容器的电流数值，就可以用来判断燃油中的水分含量。
雅苏哈喇的专利提供了一种测量油变质程度的检测器和方法。该方法是通过检测油的介电常数来判断用在内燃机中的润滑油变质的程度。这种检测器凭借着一个浸在油中的具有平行电极的传感电容器和一个有固定电容值的电容器相串联而引成一个电压分压电路。在该电压分压电路上加上有一个固定频率的交流电流信号，从而在传感电容器上的电压值就正比于油的介电常数，这样可通过分析该介电常数的变化来判断油变质的程度。该发明使用的交流频率在50千赫到500千赫之间。
考夫曼的专利公布了一种检测润滑油的剩余的可使用寿命的方法。该方法适用于至少含有一种以上添加剂的有机润滑油。在制备测试样品时，先用一种溶剂与油样相混合。在某些情况下，电介质可作为溶剂。然后样品被放置在一电极池中，用伏安法来测量。在测量过程中逐渐增大在样品上所加的电压至某一数值时，引起样品的电氧化反应，相应有氧化电流产生，该电流数值与添加剂的含量成正比。检测和记录这种氧化电流的峰值，可以用来反映润滑油剩余的可使用的寿命。
派克的第一个专利展示了一种油变质程度的检测器，该检测器包括有由两平行板组成的一油变质程度电容器和含有一固定值的参照电容器的总参照电容器。这样由于有处置在平板间的被测油，油变质电容器和总参照电容器具有相应的电容量。该电容量的大小就是对油变质的一定量指示。另外，该油变质程度检测器并具有固定在检测器基板上的热电敏电阻，其可用来补偿油变质指示数值受温度波动的影响。该检测器又含有一电子线路，该线路利用相应的油变质电容器和总参照电容器的电容量来产生对油变质的定量描述。
派克的第二个专利公开了一个组合的电容性的检测油变质和油位的传感器，该传感器包括了一导电的圆柱形的外壳结构。在该结构中有一作为接地电极的导电的屏闭元件，和又有一用作为测量电极的导电的中心元件。该传感器同时又包括了电子元件。其用于产生对安置在两电极间的油变质的指示信号，还产生对沿圆柱形传感器长度方向变动的油位的信号。该传感器对油位的监视是从检测由油介电常数决定的电容量C，和由油位决定的电容量CL的比值来达到的。
派克的第三个专利所公开的传感器的主要结构同在派克第二个专利中的传感器的结构相类似。另外，在派克第三个专利中的传感器所应用的电子线路中，有至少一个是用来消除在两电极间的电流。因该电流可能会导致杂质堆积在组成电容器的两电极上，而堆积的杂质对传感器的输出信号可能会产生干扰。该专利并公开了该组合的油变质和油位传感器的电容器量正比于ε*L。其中ε是油的介电常数，L是中心电极的有效长度。这样油位影响到中心电极的长度也就影响到传感器的电容量。
谷门的专利公开了一台便携式、在实验室里使用的测试油的换油分析仪，其包括了一油黏度分析仪和污染分析仪。油污染分析仪根据光学原理：即增加油污染程度的样品降低了透过它的光的强度而工作。该换油分析仪对油质量的判定取决于其的黏度和污染测试的结果。
梅赤勒的专利公开了一检测油变质的系统。其由一浸在待测油中的检测电容器和一浸在新油中的参考电容器所组成，而且该两电容器的结构完全相同。在应用时，在两电容器上加上相同的交流频率。测量相对参照电容器的、在含有被测油的检测电容器上的响应的频率差。然后根据响应的频率的改变是正比于与油的老化有关的黏度的改变来判断油的变质。
玛闸莱克的专利公开了一检测润滑油质量的方法。该方法包括了一有两个电极的传感器。在应用时，先在浸在一使用油中的传感器的电极上加以有第一幅值的电压，测试由该幅值电压产生的相位差。然后将电压幅度加大到第二幅值，再测量相应的相位差。这样该方法就能根据相位差的大小来决定油的质量。
王的第一个专利公开了一检测机油是否混有抗冷疑剂的方法。该方法应用了在浸在使用油中的一传感器上加上一系列不同的电压后，测量由该电流传感器输出的相应的系列性电压。再与一参照电压相比较后，决定每一输出电压的差值。最终根据相比较的电压差值后，可决定油中是否存有冷抗凝剂。
王的第二个专利公开了一检测油状态的装置。其包括了由相间电极组成的、并在电极间隔间填充了一机器的润滑油的一润滑油传感器。该电极并同一计算机相连。这样根据由传感器输出的第一、第二和第三信号的趋向，该装置能被用来决定润滑油是否有相应的第一、第二和第三阶段的油的变质。
鲁伏越去的专利公开了一监测高电阻流体的装置和方法。该方法包括应用至少有二个电压值的一交流信号，其中至少一个交流电压被加有一不为零的直流电压的电位，来测量流体的电学响应包括电阻抗及其实部和虚部的分量，从而决定该流体的质量。
乔普拉的专利公开了对油位和油替换系统的发明。该发明应用了浮在油上的一浮体的高度可反映油位高度的原理。这样浮体垂直高度的改变会引起一活塞打开和关闭与一储油器相连通的通道的运动。从而就可以自动地进行油的替换。根据同样的原理，应用另一个浮体随油位的变化，就可以打开相应的一低油位或高油位的电子开关。这样该方法可达到用电子的方法来测量油位的目的。
西蕾蕾的专利叙述了测量一使用油的电阻率随时间变化而变化的方法，并叙述了该电阻率的变化是与油的粘度的变化相一致。这样该方法就可以被用来测量油的变质以及相应的油的剩余的有用量。
斯库师的专利公开了一决定内燃机润滑油状态的包括有一传感器的装置。该传感器有在一不导电高分子薄膜上的众多的由两个相间电极组成的电极组。并用一能输出具有波动型电压的电阻抗线路来连接该传感器的输入电极，而且用加在该电极上的输入电压作为一公共的电压。这样可得到经由在传感器的输出电极上存在的输出电流而转化为的一相应的电压值。根据该电压值的大小，该装置能决定油的状况。并在电压值跌入到一预定的量程时，显示出一表示有问题的信号来对使用者作出预警。
赫伦的专利公开了用来检测在内燃机一密封的润滑油箱内有否水存在的传感器系统。其由众多的导电的和不导电的片状圆环相间排列而组成。该系统并被按装在内燃机密封的油箱内的传动轴上。每一导电的圆环与一在远端的警示电子线路相联接。另外，在圆环上还有众多的围绕该转动轴圆周分布的并沿圆环经向排列的传感器的导电元件部分。这样，如果水分进入了正在运转的内燃机之中，油水混合物就会充填到一个或多个在两个相邻的传感器导电元件之间的间隙当中，这样就连通了警示电子线路的回路，并能给发动机的操作者发出一水在发动机的油中的警示信号。
阿瑞雅的专利公开了一判断引擎润滑油变质的系统，包括有一检测内燃机转速的曲轴角速度传感器。其应用一电子部件来计算用以指示机油变质的累积的机器运转圈数。该系统又包括有一检测油位的油位传感器。其由一安置在高位置和低位置的电子开关所组成。基本上该高位开关用来监测达到预计的较高限度的油位，该低位开关用来监测达到预计的较低限度的油位。根据以上原理，该发明的油位传感器能用来显示实际的油位。
周的专利申请是有关于用来检测一车辆发动机机油的装置、方法和检测传感器。该发明申请中包括了一主要用于检测油变质的黏度传感器和监视油位的油位传感器。该油位传感器具有一管状的并施加了电流的输入电极，和另一管状的与输入电极有同心轴的油位电极。油位电极并与输入电极的内表面相间隔，所以其可以接收从输入电极传输来的电流。这样油位可以根据由测量得到的处于油位电极和输入电极之间油的电容量和介电常数来计算得到。
孙的专利公开了检测油变质的方法。其包括了应用有一检测和参照电容器的第一实施方案。这样由于温度的波动造成的检测电容器电学性质的波动可以由参照电容器的同样的电学性质的波动来补偿。从而获得检测电容器的经温度补偿的电学性质，其代表了一被测油的变质程度。按照同样的方法，该方案可以得到被检测油的包括其在未使用过时和使用尽时的电学性质。然后根据测量的经温度补偿的被测油的电学性质，可以计算得到油的剩余使用率，从而可以得到其剩余的可使用量。除此之外，该专利还公开了多种用来描述油中存水的方法。
由上述可知，现实存在着一个迫切的要求。该要求希望能有一测量油状况的方法。该油的状况包括了油量降低到最低限量值时的油位，和油在有水和无水时的变质程度，从而来显著地改善油的使用和保护使用油的机械。
发明内容
本发明的方法是用于检测在使用的油的状况，包括油的变质、油位和油的剩余使用量。这些油的状况对于维护以至于保护如象内燃机和输电变压器之类的使用油的机械是至关重要的。油的变质可由以下因数而引起：比如油的氧化裂解、油中添加物的裂解、水分的渗入、裂解产物的再聚合和在燃烧过程中产生的碳粒。同时在油的变质过程中，油量通常是被消耗的。所以其对应的油位会降低。本发明利用了浸在被测的、在使用的油中的一检测电容器，其并被安装在与预计的油量为最低限量值时的油位相一致的高度。这样，油的变质或者油量为最低限量值时的油位可以从测量检测电容器电学性质中的一种来判定。
在使用的油的变质过程中，当其油量的减少还不显著、故该检测电容器还是全部浸在该油中时，该电容器的电学性质受油的介电常数随油的变质的增加而增加的影响，或者因水在该油中的存在而导致油的介电常数剧烈的增加所影响。在另一种情形时，当油量减少到最低限量时，其造成的一个低的油位已不足于使该检测电容器完全浸在该油中，即其是部分地被空气所填充。在这种情形时，该电容器的电学性质主要受到空气的介电常数所左右。这是因为空气的介电常数是显著地小于油的介电常数的缘故。
本发明的第一实施方案除了使用检测电容器之外又使用了一参照电容器。该参照电容器是完全浸没在参照油中。参照油包括了无水分的未使用过的油、或者无水分的使用尽了的油、和或者无水分的部分使用尽了的油。另外该参照油同被测油有相类似或相同的热学性质，并被安置在与被测油相同的温度环境中。同时因参照电容器和检测电容器具有特定的结构参数，所以当他们被浸入在相同的油中，在油温有改变时、检测和参照电容器会有相同的电学性质的改变。
在第一实施方案中，从检测和参照电容器中获得的电学性质是相结合起来的，因而消除了由油温度变化所引起的在检测电容器上的电学性质的波动。这样本发明的第一实施方案可以从第一次测量来获得检测电容器的第一次测量的经温度补偿的电学性质，其代表了被测油、即在使用的油的在不含有水分时、第一次测量的经温度补偿的电学性质。在这种方式下，还可以得到被测油不含有水分时的预计的经温度补偿的电学性质曲线，其反映了被测油的正常变质即在无水分状况时变质的全过程。
使用经测量获得的被测油的第一次温度补偿的电学性质，本发明可获得第一次测量的油的剩余使用量，同时还可以得到第一次预计的油的剩余使用量。在第一种情形下，根据该油的第一实际使用量，本发明方法紧接着实施了第二次测量，从而得到了该油的第二次测量的经温度补偿的电学性质和相应的第二次测量的剩余使用量。在第二种情形下，在第二次测量中根据该油的第二实际使用量来得到该检测电容器的第二次测量的经温度补偿的电学性质，其代表了该油的第二次测量的经温度补偿的电学性质，并得到相应的该油的第二次测量的剩余使用率和剩余使用量，从预计的电学性质的曲线并根据该第二实际使用量来决定该油的第二次预计的电学性质，并得到相应的该油的第二次预计的剩余使用率和剩余使用量。比较被测油的第二次测量的和第一次或第二次预计的剩余使用量的大小，当测量的和预计的剩余使用量相一致时，可以确定油的正常变质。即在使用的油在无水状态下的变质。此时，第二次测量的油的剩余使用量可以被确认为油的实际剩余使用量。油的剩余使用量的应用有利于机械的使用者对机械的维护包括制定更换油的时间表。
如果第二次测量的油的的剩余使用量明显小于第一次或第二次预计的剩余使用量时，可以确定在使用的油的非正常变质、即油由于水的存在而引起的变质。这个结论是基于水的介电常数显著地大于油的介电常数的事实，因而当检测电容器充填了油和水的混合物后所具有温度补偿的电学性质不同于该电容器充填了在使用的油后所具有的温度补偿的电学性质、即预计的电学性质。这种不同造成了一种假象、即测量的在使用油的剩余使用量是小于预计的油的剩余使用量。
如果第二次测量的油的的剩余使用量明显大于第一次或第二次预计的剩余使用量时，则可以断定被测油的油位已降低到油量为最低限量值时的油位。在这种情形时，因为低的油位的缘故，按装在最低限量值时的油位位置上的检测电容器是部分地充填了空气。因为空气的介电常数是显著地小于油的介电常数，这就造成了测量的和预计的电学性质的不同。这种不同进而导致了过大的测量的油的剩余使用量的假象。
获得上述的不正常的油的状况的信息，机械使用者可以采取合适的应对措施来保护机械使其不至于损坏。
除了应用第二次测量的油的剩余使用量之外，本发明的第一实施方案还可以从比较第二次测量的和第一次或第二次预计的经温度补偿的电学性质来判断在油中是否有水分。
本发明还可以在比较第二次测量的和第一次或第二次预计的被测油的经温度补偿的电学性质时，发现他们的不同，而这种不同如显示了低于由预计的电学性质所决定的变质程度时，可判断在使用的油的油位已降低到油量为最低限量值时的油位。
本发明还公开了第一实施方案的多种变型，包括了使用至少两个检测传感电容器。该至少两个电容器可以被安装在一机械油系统的不同部位。这样机械的使用者可以断定在油系统中是否有油变质的不均匀分布。这种信息特别有利于对大型号的内燃机的维护，比如装备在火车头上的内燃机，因为水分有可能聚集在该内燃机油系统的特定部位。
另外如果至少两个检测电容器按垂直方向安装的话，机械的使用者可以监视当油量逐渐消耗而导致油位逐渐降低时，油系统的全油位的变化。对应于这种油位的变化，至少两个检测电容器中的每一个电容器会有序地从一个充满了在使用的油的电容器转变成一个充满了空气的电容器。这样对油位的即时监视可以通过检测这至少两个检测电容器中的每一个电容器的有序的电学性质的变化而达到。
本发明还公开了第二实施方案，即仅使用一检测电容器。根据众多的温度补偿的方法，本发明可以得到该电容器的测量的以及预计的经温度补偿的电学性质随使用而变化的曲线。然后第二实施方案能进一步推导出第二次测量的和第一次或第二次预计的在使用的油的剩余使用量。利用同样的在第一实施方案中实行的比较该两种使用量的大小，本发明的第二实施方案能判断在使用的油的状况，包括在油变质过程中油量减少到最低限量值时的油位，油的非正常变质和油的正常变质及其对应的油的实际剩余使用量。除此之外，第二方案也可应用至少两个检测电容器来监视机械的油系统是否有油变质的不均匀分布，或者监视油位在全油位范围内的改变。
这样这是本发明的一个目的，从使用一参照电容器来得到一检测电容器的测量的经温度补偿的电学性质。通过这样的组合，由温度波动引起的在检测电容器上的电学性质的变化可用在参照电容器上的相同的电学性质的变化来补偿。
本发明的又一目的是定量地叙述一在使用的油的变质程度。本发明利用已知使用量的无水的未使用过的油、或者无水的部份使用过的油、或者无水的使用尽了的油来建立一预计的经温度补偿的油的电学性质的曲线，然后通过比较在使用的油经第二次测量的和在该预计曲线上所对应的第一次或第二次预计的电学性质的大小来定量确定在使用的油的变质程度。
本发明的进一步的目的是在使用的油的经温度补偿的电学性质与该油的使用量存在线性关系时，建立一测量的在使用的油的剩余使用率RM＝[EPT(M)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]，来定量描述该油的剩余使用量为RMΔUF＝RM*(US-UN)，和建立相应的具有相似形式的该油的预计的剩余使用率和剩余使用量。
本发明的另一目的是在使用的油的经温度补偿的电学性质与该油的使用量存在非线性关系时，建立一测量的在使用的油的实际剩余使用量为ΔUM＝(US-Ui)，从而来定量地描述该油的变质，和建立与其相对应的具有相同形式的该油的预计的实际剩余使用量。
本发明的还有的目的是通过比较第二次测量的在使用的油的剩余使用量是否小于、或类似、或者大于第一次或第二次预计的该油的剩余使用量，来判定该在使用的油的状况：包括相对应的该油的非正常变质、油的正常变质及确定的实际剩余使用量、和油系统的油位已降到临界油量时的油位。
本发明的另外的目的是利用安装在油系统不同部位上的至少两个检测电容器来判断包括是否有水分聚集在油系统的特定部位所造成的在使用的油在该油系统中的非均匀变质的分布。
本发明的其他目的是利用安装在油系统的不同高度上的至少两个检测电容器，其中的第一个检测电容器的安装高度略低于当油系统中的在使用的油被全部替换后的油位，而第二个检测电容器的安装高度对准了油量为最低限量值时的油位，这样本发明可以监视该油系统的全油量的油位降低的详细情况。
附图说明
以下的附图仅是为了说明列举的实例而不是对本发明的限制。
图1为一在使用的油的变质程度随使用时间变化的曲线示意图。
图2为在使用的油的电阻抗随油的使用量Ut增加而减少的变化的曲线示意图。图2是对图1显示的油变质的一具体描述。
图3为显示测量的在使用的油的电阻抗ZM曲线和经温度补偿后的电阻抗ZT曲线随使用时间变化的关系示意图。
图4为预计的经温度补偿后的电阻抗ZP曲线(虚线)和实际测量的经温度补偿的电阻抗ZT曲线(实线)相一致的示意图。
图5为用电压分压器测量油传感器的检测电容器的电阻抗的电路示意图。
图6为用恒压源测量油传感器的检测电容器的电流的电路示意图。
图7为用恒流源测量油传感器的检测电容器的电压的电路示意图。
图8为在变质过程中在使用的油的电阻抗Z、电压V和电流I与使用时间变化的关系示意图。
图9为本发明的第一实施方案的一装置示意图。在该方案中应用了双传感器的结构，包括了一检测传感器和一参照传感器和他们的相应的用于检测的电容器和用于参照的电容器。应用该装置可以建立在使用的油的测量的经温度补偿的电学性质。
图10为从一检测传感器的检测电容器和参照传感器的参照电容器获得的未经温度补偿的电学性质随油的使用时间变化的曲线示意图。
图11为一测量的经温度补偿的检测电容器的电学性质随油的使用时间变化的曲线示意图。该曲线是结合了在图10中曲线的结果。
图12为从该检测传感器的检测电容器和从另一种参照传感器的参照电容器获得的未经温度补偿的电学性质随油的使用的时间变化的曲线示意图。
图13为在使用的油的正常变质过程中，测量的和预计的经温度补偿的该油的电学性质随独立变量油的使用时间变化的曲线示意图。
图14显示了在图13中同样的测量的和预计的经温度补偿的在使用的油的电学性质随该油的使用时间变化的曲线，然而图14的独立变量包括了该油的使用时间或者使用里程数。
图15显示了在图14中同样的测量的和预计的经温度补偿的在使用的油的电学性质随该油的使用时间变化的曲线。然而不同的是在图15中第二次测量的电学性质在该油的第一使用量Ui时有突然的变化，其说明了该在使用的油的额外程度的变质。
图16的曲线示意图是放大了在图15中第二次测量的电学性质在该油的第一使用量Ui时突然变化的部分，而且图16的独立变量为使用时间t。
图17显示了在使用时间区间ti到tj里测量的经温度补偿的在使用的油的电学性质曲线的斜率大于预计的电学性质曲线所有的斜率。
图18为一测量的在使用的油的经温度补偿电学性质曲线。其部分数值超过了预计曲线的预定的极限值，而且该现象在早于一预定发生的时刻而发生。
图19为测量的在一冷的内燃机中的在使用的油的经温度补偿的电学性质的异常曲线示意图。该曲线描述了在发动内燃机时出现的最初的电学性质的异常，其代表了在使用的油的过分的变质。
图20为本发明的第二实施方案的用来测量在使用的油的变质程度以及油位的装置示意图，第二实施方案仅应用了检测传感器来检查该油的变质和油位。
图21显示了在图14中同样曲线，然而不同的是图21中测量的电学性质曲线从油的第一使用量Ui时开始不同于预计的曲线，并显示了小于预计的在使用的油的变质程度。
图22的曲线示意图是扩大了在图21中根据第一种损失润滑油情况的从油的使用量Ui到Uq间测量的和预计的在使用的油的电学性质的曲线。
图23是改进本发明第一实施方案所应用的传感器的示意图。其包括有安装在机械油系统中不同位置上的至少两个检测传感器。
图24是另一改进本发明第一实施方案所应用的传感器的示意图。其包括有安装在机械油系统中不同高度上的至少两个检测传感器。
具体实施方式
虽然现在结合了绘图来叙述本发明的实施方案，但是必须明确的是这些实施方案仅作为本发明实例的代表而已。而且仅占能代表应用本发明原理的众多方案中的少数。与本发明有关的众多的变型和修正，对于一个在本领域内有技能的人来说是显而易见的。所以他们都被认为是包含在本发明的精神、目的和规划之中，包括并被附加的权利要求书所规定。
润滑油的状况对维护以至于保护一用油的机械来说是至关重要的。油的状况包括在有水存在时的非正常变质，或者无水存在时的正常变质及其具有的包括有用于确定换油日期的油的剩余使用量，以及在一机械油系统中的油位降低到油量为最低限量值时的一油位。本发明志在应用一具有检测电容器的检测传感器来检测这些油的状况，从而能对机械的使用者为防止机械的损坏而提供相应的指示。本发明的方法在以下两个部分给于叙述。
I、检测油变质程度的方法
在机械装置、如内燃机里，润滑油是用来减少运动部件间的摩擦。然而随着使用时间的增长，润滑油产生了变质因而不能有效地防止由摩擦而引起的机械的损坏。润滑油的使用寿命受以下因素影响：比如油的热氧化裂解、油中添加剂的耗尽、水分对油的污染、油或者添加剂裂解产物所产生的聚合物、以及燃料油在运行的机械内的燃烧过程中产生的碳化颗料。
在上述的因素中，和其余因素影响油的化学、物理和电学性质比较，水污染的作用是不同的。所以，油的变质可以分为在没有水存在时的正常变质，和在有水存在时的非正常的变质。
图1显示了随使用时间t变化的在使用的油的变质程度的曲线D。当一润滑油是新的或在未被使用时，其不具有变质的程度，故显示为曲线上的一点DN。随着油的使用和使用时间的增长，污染物产生和增加，因而开始了油的变质和油变质的加剧。最终油变质到一定程度、即显示在图1曲线上的另一点DS时，那时的润滑油则被认为是全部用完了其可使用的寿命，因而必须被更换。
同样被用在输电变压器中，油也会裂解。主要原因是由于温度、氧气、水分、高电压作用下产生的部分放电和电火花使油裂解产生污染物而导致油的变质。
众所周知、油存在着介电常数，该介电常数随油的污染及油的变质程度增加而增加。利用这一性质，油的变质程度可以通过测量与介电常数有关的油的电学性质来判断。这种测量可以通过安置在油中的一传感器，比如含有可检测电容的电容性传感器来完成。然后利用测量到的传感器的电学性质来表达油的电学性质。当油污染程度增加、即油变质程度增加时，就导致油的介电常数ε增加进而引起了传感器电容CP的增加。
当用一交流电压V加在电容性传感器的极板上，从公式Z＝R+j(-1/ωC)可知，电容C的增加导致了油的电阻抗Z的减小。电阻抗的减小会引起通过电容极板间电流的增加。以上的电学技术知识是众所周知的，如同在美国专利号4,646,070中叙述的那样。
图2描述了在油的正常变质中，电阻抗随油的使用时间的增加而减少。对于新的或未使用过的油来说电阻抗ZN高，反之、对使用寿命耗尽的油来说电阻抗ZS低。又因为润滑油是不导电的，所以电阻抗的一个组成部分、电容性阻抗j(-1/ωC)或者XC是决定电阻抗的主要因素。故使用者可以周期性地测试油的电阻抗以判定油的质量。这种测量可从连续性的到非经常性的。图2曲线中的黑点表示由这种周期性的测量而得到的在使用的油的电阻抗。
然而油的介电常数是随温度的变化而变化，这样就影响到电容器的电容和电阻抗的变化。所以必须设法在测量中消除这种温度效应，通常可以通过对电阻抗的补偿来达到。具体来讲，一种方法是可以通过测量油的温度，然后使用与温度有关的矫正因素，把测量的电阻抗ZM转换成实际的或经温度补偿的电阻抗ZT。另一种方法是，这种对温度补偿的测量总是可以在预定的温度上进行。图3中的曲线表示了测量的电阻抗ZM曲线和经过温度补偿的电阻抗ZT曲线相对与相同使用时间的关系。该使用时间是一个独立变量，其是油的使用的一种特定的形式。
图4显示了预计的经温度补偿的电阻抗ZP曲线和与其相比较的实际测量的经温度补偿的电阻抗ZT曲线。预计的电阻抗曲线是被预料的，其作为时间的函数平滑地衷减。这样预计的曲线代表了在油的正常变质下电阻抗随使用时间的变化情况。该曲线可以先通过实际测量，然后由经验公式来导出。在图4中可以看到了实际的经温度补偿的曲线与预计的相吻合，这是又一油的正常变质的表示。然而如同下文所述，某些因素可以导致预计的电阻抗不同于实际的电阻抗。
油的变质程度，如同图2到4所示，可以通过对电阻抗的测量来表示。这种电阻抗的测量在电学原理上可以使用分压器来达到，分压器可以由一含有被测油的传感电容器和一已知电阻抗元件串联组成。在测量时把一交流电压加到分压器上，注有油的电容器的电阻抗正比于在电容器上的电压和在已知的电阻抗元件上电压的比值。该电阻抗代表了在使用的油的电阻抗。
油的变质程度过程也可以用该电容器的电流或电压随油的使用时间的关系来表达。在用电流法测量时，用一恒压源作用在传感电容器上，流经电容器的电流反比于电阻抗。用电压法测量时，用一恒流源作用在传感电容器上，在电容器上的电压正比于电阻抗。在具体运用以上所述的测量电阻抗、电压和电流方法时，可以参考在电学上的有关技术细节。然而不管用何种方法去测量，该测量的物理量必须是经温度补偿的。
图5到7揭示了上述的测量的油变质程度的方法。具有电容的传感电容器C可以由两个以上的金属导电体平行所组成，在金属导电体之间必须设计有足够的间隙，以保证油的自由循环流动。图5是一用于电阻抗测量的电压分压器的示意图。用一固定电压值的交流电压VA作用在传感电容器C和与其连接的一已知电阻抗元件Zref上，电容器C的电阻抗代表了油的变质程度。在一种实例中，电阻可以用作为已知电阻抗元件。
图6显示了利用恒压源V0的电流法进行测量的示意图，通过电容器的电流代表油的变质程度。
图7显示了利用了恒流源I0的电压法进行测量的示意图，作用在电容器上的电压代表油的变质程度。
图8中的曲线表示了与检测传感器的检测电容有关的电阻抗Z、电流I、和电压V与油的变质随使用时间变化而变化的关系。从中可以看到用于油检测的传感电容器的电阻抗和电压随油使用时间的增长、即随油变质程度的加剧而平滑减小，而电流却随之而增加。
电学原理表明，电容器的电阻抗可由其虚部的组分、电容性阻抗Xc＝j(-1/ωC)和其实部的组分、电阻R所组成。应用众所周知的电学技术对这两种参数中的一个参数的测量都能提供分析油变质程度的依据，这种测量可以使用测量装置30(图9)包括交流电阻抗仪来达到。比如用Agilent4294型号仪器可以取得电阻抗、电抗、电阻、电容和相位的信息。相位也可以用电阻和电抗计算而得到。
图9到19揭示了本发明的第一实施方案检测油的状态的方法。油的状态包括油的油位、油在含水时的变质程度和在不含水时的变质程度及油的剩余使用量。在这方案中使用一参照传感器来补偿由温度变化所引起的经检测传感器测出的油的电学性质的波动。本方法包括：
(a)提供一不含有水分的在使用的油22，其被放置在包括有油槽的一机械的油系统中，例如内燃机的曲轴箱34或输电变压器的一个容器中。
(b)提供一不含有水分的参照油24。该油是密封在一容器内，这容器是被放置于同在使用的油22有相同温度的区域。
在第一实施方案中，参照油24具有同在使用的油即被测油22相同的热物理性质、即由温度变化引起的参照油电学性质的变化同被测油的变化相同。如在图10中的参照油24和在使用的被测油22是同一制造商生产的同一型号的产品。另外参照油可以是未经使用的油、或者是使用尽了的油、或者是部分地使用尽了的油。
(c)提供一检测传感器26，其包括了一个第一电容器C1作为检测电容器。在第一实施方案中，检测传感器26带有多孔的外罩。该外罩允许在使用的油充分的循环流动和保护在其中的检测电容器C1，所以该外罩在图9中用虚线表示。
(d)提供一参照传感器28，其包括了一第二电容器C2作为参照电容器。参照传感器28被密封在一容器中，参照电容器C2浸没在参照油24里。
在第一方案中该两电容器的结构有相关的关系。即第一和第二电容器浸在相同的油中，当温度改变时，他们有同样程度的电学性质的改变。同时检测传感器26和参照传感器28也能设计成一体化。
(e)将检测传感器26安置在油系统中，使得检测电容器C1完全浸没在被测的在使用的油22中。
(f)用一测量装置30在第一次测量中来测量下列任何的一种电学性质，从检测传感器中的第一电容器C1得到的电学性质为EPC1，从参照传感器中的第二电容器C2得到的为EPC2，测量的电学性质包括：第一电容器C1的电阻抗和第二电容器C2的电阻抗，通过第一电容器C1的电流和第二电容器C2的电流，在第一电容器C1上的电压和第二电容器C2上的电压。
(g)结合检测传感器的第一电容器的电学性质EPC1和参照传感器的第二电容器的电学性质EPC2，从而得到第一电容器的第一次测量的经温度补偿的电学性质，其代表了在使用的油的第一次测量的经温度补偿的电学性质EPT，i(M)。该电学性质EPT，i(M)代表了被测的在使用的油22的变质。
在以上的表述中，字母EP用于代表在使用的油的电学性质，其中下注的字母T表明温度补偿，下注的字母i表示该电学性质相对于该油的第一使用量，字母M意味着电学性质是通过测量获得的。
由图9所示，检测传感器的第一电容器的电学性质EPC1和参照传感器的第二电容器的电学性质EPC2经测量装置30所结合，这样得到在第一电容器上的第一次测量的经温度补偿的电学性质。其可由显示器32在用户的选择下作出结果通告。
图10和11说明本发明可以通过用参照电容器C2来补偿检测电容器C1的电学性质EPC1随温度变化的波动。图10中上部的曲线由参照传感器所得到，下部的曲线从检测传感器所得到。在这第一方案中，参照油是未使用的油或是新油，其和被测的在使用的油22有一样的品牌和类型。
如图所述，在时间间隔Δt1中，参照电容器的电学性质EPC2具有一确定的数值EPC2(N)。该数值对应了其在正常温度下的电学性质。然而在时间间隔Δt2中由于油温的变化参照电容器的电学性质EPC2升高。同样在时间间隔Δt3中该数值回复到正常。在时间间隔Δt4中该数值EPC2再次由于温度变化而升高。
另外，参照油是单独密封的，所以它不受因机器的运行所造成的环境变化所影响。因而在它的整个使用期间，它不会变质。这种特性可由在图中未改变的电学性质EPC2(N)来说明。其中EPC2(N)是第二电容器充填了新油之后的正常电学性质的数值。
这种电学性质EPC2的特征是用作为一基准来校正或补偿第一电容器充填了被测油22后的电学性质EPC1受温度变化所造成的波动。另外，第一电容器的电学性质是受到随使用而增加的油的变质所影响。这样，被测的在使用的油从一新油或者未使用的油变成当它被完全使用过后的一使用尽了的油。所以，第一电容器的最初的电学性质的数值是同第二电容器的数值EPC2(N)相同。
值得指出的是，受温度变化的影响，电学性质EPC1和电学性质EPC2的改变是相同的。因为该两电容器处在同一个温度环境里，他们各自所充填的油具有同样或相似的热学性质。另外这两电容器是根据特定的结构参数而制造成的。这样，根据以下列出的一方程式[1]，来结合电学性质EPC1和EPC2，可以得到一种第一电容器的测量的经温度补偿的电学性质EPT(M)，其代表了在使用的油的变质。
值得再次指出的是，图11中绘出的电学性质曲线代表了电阻抗或者电压随使用时间的改变。若是用电流来表达，其曲线如同图8中所示的一样。
至于如何结合这两电容器的电学性质，一种优选的方案是用因温度的变化所引起的电容器C1的变化的电学性质EPC1减去电容器C2的相同的变化的电学性质EPC2。如同以下的公式所表示：
EPT(M)＝EPC1-EPC2+EPC2(N) [1]
其中EPC2N表示参照电容器C2在正常温度情况下得到的电学性质的数值。使用该数值可使经温度补偿的电学性质与油的使用关系的曲线处于电学性质的正值域。图中Y数轴代表了一被测的在使用的油包括其是新油、部分使用了的和使用尽了的油时的经温度补偿的电学性质。X数轴代表了在油的变质过程中，每一经过的使用时间。
当然用另外的方法来结合电学性质EPC1和EPC2也是可以的，比如是(EPC1-EPC2)，只要是该方法利用参照传感器的电学性质来消除温度波动对检测传感器的电学性质的影响。另外如果应用(EPC2-EPC1)的结合方法，可以得到如在图1中所示的油变质程度的曲线。
再者参照图9到图11和本文前述的步骤f中，可应用的电学性质包括电阻抗的个别组成、即电阻R和电抗XC，以取代用电阻抗Z来描述油变质程度的过程。对于电阻抗的个别组成的测量所需的仪器和方法是众所周知的，也可以使用在本文中所提到的测试技术和方法。
这里必须指出的是，“未使用的油”是指新的，即指从生产厂出品、未经任何使用、不含有任何污染物的油。“部分地使用过了的油”是指已经使用一段时间的油，其中已存积了一定量的污染物。
另外在图11所示的经结合第一电容器C1和第二电容器C2的电学性质之后得到的温度补偿的电学性质EPT(M)曲线中，使用了该油的使用时间t来作为独立变量。但是除了使用时间以外，也可以使用其他的使用变量。例如汽车被驾驶的里程数，可以作为独立变量来描述经温度补偿的电学性质变化的关系。
图12描述了另一种运用温度补偿的方法。在该方案中，一使用尽了的油而不是新的或未使用过的油用来作为参照油24。即检测电容器C1是浸入正在被检测的在使用的油22中，但参照电容器C2是浸入该使用尽了的油24中，其电学性质具有正常的数值EPC2(N’)。该使用尽了的油24是指该油积存了大量的污染物，因而完全丧失其可使用的润滑性能。这种使用尽了的油24具有同被测油22相同的热学性质。这样在时间间隙Δt2和Δt4中，由于油的温度的变化引起了电容器C1和C2电学性质EPC1和EPC2相同的变化。
图11显示了经结合传感电容器C1和参照电容器C2电学性质之后，得到的经温度补偿的电学性质随使用时间的关系。这里必须指出的是在本发明中，除了使用尽了的油外、部份使用尽了的、或者是前述的未使用过的油都可以用作参照油。
图11显示了在第一电容器上的经温度补偿的电学性质的曲线。该曲线是结合了在第一电容器C1和第二电容器C2的在每一测量点上测量的电学性质、即对在使用的油是从一新油到一使用尽了的油的整个使用量所对应的电学性质变化的结果。
如果电容器C1和C2测量的电学性质如同前述的方法而结合的话，所得到的在检测电容器C1上的经温度补偿的电学性质的曲线则同在图11中的曲线所相同。通过以下的论述，可以理解到图11列举的电学性质EPT(M)可以用来分析在不同情况下油的变质或者油位的变化。
此外、按照以上揭示的步骤a到g，可以得到对于被测的在使用的油22的预期的经温度补偿的一电学性质EPT(P)的曲线。其反映了不含水分的被检测的在使用的油从其为一新油到变成一使用尽了的油的正常变质的全过程。其中字母P意味着电学性质EP是根据了相应的油的使用量经预计来得到的。该曲线包括了被测的在使用的油是新油或者是未使用过的油时的电学性质EPT，N，和其变成使用尽了的油时的电学性质EPT，S。在该两者之间，有诸多的不同的、部分使用过了的油的电学性质EPT，PS。该电学性质EPT，PS反映了不含水分的被测油、即在使用的油在变质过程中相对于不同使用量的不同的变质。
预计的被测油的电学性质曲线可以由多种如前所述的方法来获得。以下是经实验模拟在使用的油22变质全过程，从而得到一预计的电学性质EPT(P)曲线的方法。当被测的在使用的油是新油或未被使用时，其当然不含有水分。该油按照上述的步骤a到g被检测，从而得到电学性质EPT，N。
接着该不含水分的新油被有目的地在经过一预先决定的实验时间(如使用时间UPS)的实验之后变质到一定的程度。必须确定的是，实验的情况必须相同于、或者非常接近该被测油实际使用的情况。这样不含水分的新油变成了一部分使用过的油，具有根据实验时间决定的已知的变质程度。然后其再按照上述的步骤a到g被检测，这样得到一相应的电学性质EPT，PS。其中下注的字母PS表示部分的变质。
然后这具有已知变质程度的部分使用过的油再次按照相同的预先决定的实验时间经实验而进一步变质。必须明确的是，在油的整个变质的实验过程中实验的条件必须保持一致。这进一步变质了的油再按测试步骤a到g被检测，而来得到与前述变质程度相比有更大变质程度的油的电学性质EPT，PS，。
按照上述的方法，完成油的彻底变质和测量。这样该在使用的油就变成使用尽了的油，于是也就得到了完整的预计的经温度补偿的电学性质的曲线。其反映了在使用的油22在不含水分时的正常变质。
此外、参照油也可用来得到如此预计的电学性质的曲线。因为如前所述，参照油是不含水分的，并具有同在使用的油22相同的型号和商标。
这样，本发明的第一实施方案继续包括有下述的权利要求步骤：
(h)根据步骤a到g建立对在使用的油的预计的经温度补偿的电学性质的曲线，其反映了该油的正常变质，该预计的曲线包含有一电学性质EPT，N，其是该油未被使用并不含水分时的经检测得到的电学性质，和另一电学性质EPT，S，其是该油在被使用尽了并且不含水分时经检测得到的电学性质。
现由图13和14来详细叙述在图4中简略叙述过的油的正常变质。在图13和14中，测量的电学性质的曲线是与预计的曲线相一致的。但是为了与以下即将叙述的油的非正常变质相比较，该两图中只显示了油的部分的测量得到的曲线。
图13中，由虚线代表的预计的曲线包括了在使用的油是新油，部分使用过的油和使用尽了的油的电学性质。由实线所代表的经测量得到的部分曲线叙述了被测的在使用的油当其从新油起经被使用一段时间后到时刻ti时已部分变质。在使用的油对应在该使用时刻ti的测量的电学性质是EPT，i(M)。该性质EPT，i(M)是相对于该油的第一使用量包括第一使用时间ti、经第一次测量得到的该油的第一个测量的性质，其被用作为一个例子来说明本发明如何应用测量的和预计的性质而判断油的状况。相应地、在预计的曲线中的该时刻，有一对应的预计的电学性质EPT，i(P)，其用作为本案例的第一次预计的性质EPT(P)。由图可知，该测量的和预计的电学性质EPT，i(M)和EPT，i(P)相同。
图14叙述了与图13中相同的经测量和预计得到的电学性质的曲线。但是不同于图13用使用时间作为独立变量，图14用了油的实际使用量U作为变量，在以下叙述中可以被简略为“使用量”。这样新油和使用尽了的油的各自的电学性质EPT，N和EPT，S分别对应与各自的使用量UN和US。使用量US代表了在使用的油在其整个使用期间从一新油变化为使用尽了的油所使用过的使用里程数或使用时间数。
必须清楚的是因为测量的和预期的电学性质的一致性，从预期和测量得到的对应于是新油和使用尽了的油的电学性质都可分别以相同的EPT，N和EPT，S来表示。相应地、一在使用的油的全部可使用量可表示为ΔUF＝(US-UN)，其对应的电学性质的变化为ΔEPT＝(EPT，N-EPT，S)。另外图14也叙述了，第一次测量的经温度补偿的电学性质EPT，i(M)在相同的第一使用量Ui时，与第一次预计的性质EPT，i(P)相一致。其代表了油的正常变质。
得到了上述的结论，本发明的第一实施方案继续包含有以下的权利要求步骤：
建立该油的使用量U的全量程为ΔUF＝(US-UN)，其相对应的电学性质的改变为ΔEPT＝(EPT，N-EPT，S)，其中字母U代表了该油的实际使用量，UN是该油为一新油时的实际使用量，US是该油为一使用尽了的油时的实际使用量，和Ui是该油的第一使用量，其对应了该电学性质EPT，i(M)。
(i)对该在使用的油在其具有第一次测量得到的电学性质EPT，i(M)时定义该油的第一次测量的剩余使用率RM，i为：RM，i＝[EPT，i(M)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]，其中RM，i是归一化的，其数值是从对该油是新油时为1到对该油是使用尽了的油时为零。
(j)再定义该在使用的油从第一次测量得到的第一次测量的剩余使用量为RM，iΔUF＝RM，i*(US-UN)。
相应地、定义该在使用的油在具有第一次测量的性质EPT，i(M)时的第一次测量的变质率为DM，i＝[EPT，N-EPT，i(M)]/[EPT，N-EPT，S]。该变质率是归一化的，从对该油是新油时为零到对该油是使用尽了的油时为1。
另外可知，根据从预计的电学性质曲线上的一预计的电学性质EPT(P)，同样可以建立一具有相同形式的预计的归一化的油的剩余使用率RP。
在图13和14中，根据第一使用时间ti或第一使用量Ui有相应的第一次预计的电学性质是EPT，i(P)，这样有第一次预计的归一化的剩余使用率为RP，i＝[EPT，i(P)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]。进而有相应的第一次预计的剩余使用量为RP，iΔUF和第一次预计的归一化的油的变质率为DP，i＝[EPT，N-EPT，i(P)]/[EPT，N-EPT，S]。DP，i可被略称为“第一次预计的变质率DP，i”。
根据图14的叙述，第一次测量的剩余使用率RM，i与第一次预计的剩余使用率RP，i在相同的第一使用量Ui是相一致的。这样第一次测量的剩余使用量RM，iΔUF也与第一次预计的剩余使用量RP，iΔUF相同。在这种状况下，可以判定在使用的油的正常变质，并且可以确定第一次测量的剩余使用量代表了在使用的油的实际剩余使用量。
这样，紧接着上述的步骤(j)，本发明方法继续有如下的步骤：
(k)从预计的电学性质曲线，并根据该在使用的油的第一使用量Ui来决定第一次预计的电学性质EPT，i(P)，其相比于从第一次测量得到的第一次测量的电学性质EPT，i(M)，再建立该油的第一次预计的归一化的剩余使用率为RP，i＝[EPT，i(P)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]，和第一次预计的剩余使用量为RP，iΔUF。
同时也可以得到结论：如果第一次测量的油的剩余使用量是类同于第一次预计的剩余使用量，则判定在使用的油不含水的正常变质和确定第一次测量的剩余使用量代表了在使用的油的实际剩余使量。
在应用上述的结论时，第一次测量的和第一次预计的油的剩余使用量的相似性可以容易地从决定一预定的阀值来定义。
必须明确的是，上述的归一化的第一次预计的和测量的剩余使用率RＰ，i和RM，i是根据电学性质的改变ΔEPT和使用量的量程ΔUF之间存在线性关系的假设而推导出来的，所以测量的油的第一次的剩余使用量RM，iΔUF是对实际剩余使用量(或称为剩余的实际使用量)的一个非常接近的近似值。
还必须明确的是、如果在电学性质的改变ΔEPT和使用量量程ΔUF之间不存在线性关系时，也可导出一归一化的油的剩余使用率R’。
然而、不管在使用的油的测量的和预计的经温度补偿的电学性质EPT(M)和EPT(P)的曲线是何种形状，实际剩余使用量总是可以正确的表达为ΔUM＝US-Ui。由图14可知，Ui是在使用的油所使用过的里程数为i或使用过的时间数为i时油的第一使用量，其同时相对应于在油的正常变质时的第一次测量的和预计的电学性质EPT，i(M)和EPT，i(P)。这样第一次预计的实际剩余使用量为ΔUP＝(US-Up)，其相等于第一次测量的实际剩余使用量ΔUM＝(US-UM)，因为第一次测量的使用量UM和预计的使用量UP等于油的第一使用量Ui。这也就验证了油的正常变质和确认了油的实际剩余使用量。
接着再由图14可知，直到第一使用量Ui时预计的和测量的电学性质相一致，这代表了在使用的油的变质是在预计的方式下发展。然而由以下的讨论，可知在第一使用量Ui时即将发生的情况造成了测量的电学性质EPT(M)数值不同于预计性质EPT(P)的数值。
图15叙述了检测油在含水分时的不正常变质。其中油中存在水分的现象是在到了使用量Ui时才发生的。如图所述，和第一次预计的代表油不含水分正常变质的电学性质EPT，i(P)相比，测量的性质有从第一次测量得到的第一次测量的电学性质EPT，i(M)到从第二次测量得到的第二次测量的电学性质EPT，i，w(M)的一个实然变化。然后从使用量是第一使用量Ui时开始，测量的电学性质曲线是一致地、平行地与预计的曲线相分离。
为了详尽地叙述上述现象，图16放大了在图15中电学性质在独立变量的第一使用量Ui起突然变化的那一部分电学性质的曲线。不过在图16中用使用的时间作为独立变量。图16所叙述的情况可用来判断在油中存有水分。例如在一内燃机的部件中，由于内燃机的冷却水密封圈突然地少量的部分损坏而导致少量冷却水突然进入到润滑油箱中，这就引起了图16中相应的突然改变的测量的电学性质。也许可以推测由其他的原因造成上述电学性质改变的事实，但水的进入是造成这种突然改变的最可能的原因。因为水的介电常数是显著地、大约在3到4倍的程度，大于油的介电常数。
当油中存有水分时，会减少检测电容器的电阻抗，或者在该电容器上的电压，以及相应的增加了的通过该电容器的电流。这样，油中突然存有水分的事实造成了检测电容器的电学性质的突然变化。与由预计的电学性质所代表的油的变质相比，从该突然变化时起的第二次测量得到的第二次测量的电学性质显示了过分的油的变质程度。
再由图16所示，在时间区间Δti中的第一使用时刻ti时，从第一次测量得到的第一次测量的电学性质EPT，i(M)如电阻抗或电压突然地降到从第二次测量得到的第二次测量的电学性质EPT，i，w(M)，其中下注的字母w代表存在水分。图16还显示，在该时间区间里，测量的电学性质曲线继续地沿着曲线的初始的斜率，或者说沿着在第一使用时刻ti之前存在的最初性质改变的形式而降低。这是因为在油中存在水量的动态平衡的缘故、即过量的水分被蒸发而造成在使用的油中持续存在恒量的少量水分。
与图16所叙述的在较短的时间区间Δti里水存在的现象相比较，图15特别叙述了相比于预计的电学性质，油中含水如何造成了测量的经温度补偿的电学性质的改变，以及相应的油的剩余使用量的改变。
由图15所示，自第一使用量Ui时起，测量的混有恒量水分的油的电学性质EPT(M)同预计的不含水分的油的电学性质EPT(P)一样呈现了相同的随使用量的改变而改变的态势。这样，根据预计的电学性质的曲线，第二次测量的含水的油的电学性质EPT，i，w(M)的数值相等于在使用量为Uj时的预计的不含水的电学性质EPT，j(P)。
明显地、预计的电学性质EPT，j(P)的数值小于第一次预计的电学性质EPT，i(P)的数值。这就意味着混有水的油的电学性质实际上等于一比应该有的使用量Ui要多的使用量Uj时的不含水的油的性质。或者是说相比于由第一次预计的电学性质EPT，i(P)所预计的油的变质程度，混有水的油的性质显示了有更多的变质。这样在油的第一使用量是Ui时，对混有水的油的第二次测量的剩余使用率是等于在油的使用量是Uj时预计的油的使用率RP，j＝[EPT，j(P)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]。之外，该预计的使用率进一步决定了油的第二次测量的剩余使用量为RP，jΔUF。
可以看到，预计的剩余使用率RP，j是小于在第一使用量是Ui时的第一次预计的剩余使用率RP，i。同样预计的油的剩余使用量RP，jΔUF是小于第一次预计的RP，iΔUF。然尔、油的剩余使用量RP，iΔUF是用来预计不含水的油的正常变质程度。这样就可以肯定在油有水存在的不正常变质时，有在一个通常的结论、测量的油的剩余使用量RMΔUF小于在相同使用量时的预计的油的剩余使用量RPΔUF下的一个具体的结论：第二次测量的油的剩余使用量小于在相同第一使用量时的第一次预计的油的剩余使用量。必须指出的是，以上的讨论给出的一个通常的结论，其可适用于来判断，只要检测电容器全部浸没在油水混合物中时，在任何情况下油中含有水分的情形。
这样，本发明在前述的步骤k后，有以下的步骤来论断由于水在油中而引起的在使用的油的不正常变质：
(l)在第二次测量中根据油的第一实际使用量、重复上述的步骤f到g来得到第一电容器的第二次测量的经温度补偿的电学性质，其代表了在使用的油的第二次测量的经温度补偿的电学性质，并可得到相应的该油的第二次测量的剩余使用率和剩余使用量。
(m)如果在使用的油的第二次测量的剩余使用量是类同于第一次预计的剩余使用量RP，iΔUF，则判定该油不含水的正常变质和确定第二次测量的剩余使用量代表了该油的实际剩余使用量。可以理解到在步骤m中的结论是根据先前所述的、如果第一次测量的在使用的油的剩余使用量RM，iΔUF是类同于第一次预计的剩余使用量RM，iΔUF时则判定该油无水的正常变质而来，因为在使用的油不含有水时根据油的第一实际使用量从任何一次测量得到的测量的该油的剩余使用量或者电学性质一定类似于第一次预计的剩余使用量或者电学性质。
在应用上述的结论时，第二次测量的和第一次预计的油的剩余使用量的相似性可以容易地从决定一预定的阀值来定义。
(n)如果在使用的油的第二次测量的剩余使用量是小于第一次预计的油的剩余使用量RP，iΔUF，则判定该油含有水分的不正常变质。
除了上述的利用油的剩余使用量来判断油中是否存在水分之外，本发明还可以用油的实际剩余使用量来达到相同的结论。
由图15所知、由于水的存在，在第一使用量Ui时经第二次测量得到的电学性质EPT，i，w(M)是相对于在使用量是Uj时预计的剩余使用量。这样，对含水的油来说，经第二次测量得到的实际剩余使用量是ΔUM＝(US-UM)＝(US-Uj)。其中使用量UM是相对于第二次测量的电学性质EPT，i，w(M)，所以UM＝Uj。然而第一次预计的电学性质EPT，i(P)代表了在使用量Ui时的油的正常变质，所以不含水的油的第一次预计的实际剩余使用量是ΔUP＝(US-UP)＝(US-Ui)。明显地测量的实际剩余使用量ΔUM是小于用于判断的预计的实际剩余使用量ΔUP。这样也有在一个通常的结论、如果测量的实际剩余使用量小于预计的实际剩余使用量时则有油中存水的非正常变质下的一个具体的结论：如果第二次测量的实际剩余使用量小于第一次预计的实际剩余使用量时，则油有在使用的油中存水的非正常变质；反之、从相对于第一次使用量Ui的第一次或者第二次测量中，如果测量的和第一次预计的实际剩余量和存在着一致性时就可以判断存在着不含水的在使用的油的正常变质。必须明确的是，以上利用的油的实际剩余使用量来分析得到的结论特别适用于在使用的油的电学性质和其的使用量不存在线性关系的情形。
本发明还可以利用第二次测量得到的电学性质来判断在使用的油中含有水分：
观察到在使用的油22含有水分，如符合下述之一的情况：
第二次测量的经温度补偿的电学性质展现了突然的改变，这种改变显示了相比于由预计的电学性质曲线所预定的第一次预计的油的变质程度有额外程度的变质；
第二次测量的经温度补偿的电学性质的数值不同于在该第一使用量时的由预计的电学性质曲线所预定的第一次预计的电学性质的数值，这种数值的不同显示了比由第一次预计的电学性质所判定的油的变质程度有额外程度的变质。
图17显示了本发明的又一种应用预计的电学性质EPT来检测油中存有水分时的非正常变质。由图所示，在时间间隔Δt＝(tj-ti)里，相对于同样的第二使用的时刻tj，发生了的现象导致了测量的和预计的曲线不一致。其包括了在时刻tj时第二次测量的电学性质EPT，j(M)是小于第二次预计的性质EPT，j(P)。这与在第一使用时刻ti时的相同的第一次测量的和预计的电学性质的结论相矛盾。在这种情形下，油中存水是可以通过比较不同的测量的电学性质变化的速率与预计的电学性质变化的速率来判断。确切地说，测量的油的电学性质曲线呈现了一朝着油变质的方向的较快的速率。速率当然可由ΔEPT/Δt来表示。这样与预计的电学性质所判定的油的变质程度相比，从测量的电学性质所得到的较快的速率的事实就显示了油的过度的变质。
可以推断、一可能的理由是水量在油中随时间的增加而增加造成了上述的现象。其可发生在比如水密封圈有足够大的破损，而导致大量的水进入到油系统中。这就破坏了如图16中描述的水量在油中的动态平衡。
除了在图16和17中所描述的情形外，图18叙述了另一种水可能在油中存在的情形。由图所示，在最初的时刻测量或预计的曲线都显示有相同的数值，但是第二次测量的电学性质EPT，j(M)在第二使用时刻tj时超过了一在预计的电学性质曲线上的、在时刻te时的预先规定的电学性质的极值EPT(PE)。图中的曲线还显示了在时刻tj是早于预定的油的使用时刻te的情形下，第二次测量的电学性质超过了该规定的极限值。当然，对于鉴别早于发生的现象除了用使用时间数外也可以用使用里程数来表达。这种早于发生的事实也是一种对油中存水的指示。
这样，根据在图16，17和18中的叙述，本发明的方法还包括应用以下的任何一种的权利要求步骤来判定在使用的油含有水分：
第一次和第二次测量的电学性质相对于在使用的油的第一和第二使用量所显示的该油变质的速率不同于由第一次和第二次预计的电学性质所预期的该油变质的速率，而该不同显示了比由预计的电学性质所判定的该油的变质程度有额外程度的变质；
在使用的油的第二次测量的经温度补偿的电学性质超过了由预计的电学性质曲线所规定的一极值，并且这种超过预计极值的现象在早于由预计的电学性质曲线所预定发生的时刻而发生。
图19中的曲线显示了在第一使用时刻ti时，第一次测量的经温度补偿的电学性质存在着一最初的异常EPT，i，a(M)。然后在第二使用时刻tj时回到了第二次预计的数值EPT，j(P)。这种现象可以出现在当润滑油中存在着少量的冷凝水时，发动了一冷的内燃机后的最初的几分钟内。当未发动或刚发动内燃机时，由于水的存在、油的电阻抗或电压会低于预计的数值。当内燃机运转了几分钟之后，机械温度升高而冷凝水从油中蒸发，这样就使得第二次测量的经温度补偿的电学性质EPT，j(M)回复到第二次预计的正常值EPT，j(P)。
根据上述的情况，本发明又有一检测在使用的油中含水的方法，包括步骤：
在前述的步骤a中提供放置在一冷的内燃机曲轴箱里的在使用的油，发动该内燃机，如果第一次测量的该在使用的油的电学性质在步骤g中最初呈现异常，其代表了比由预计的油的变质程度有额外程度的变质，确定该油含有水分。
在图16，17，18和19中的叙述公开了根据电阻抗和电压的测量得到的、用来判断油的非正常变质的曲线。然而如果用测量电流来判断相关的油的非正常变质曲线的话，可以根据图8中的基础曲线来推导。
以上公开的本发明方法的第一实施方案应用了双传感器的结构，包括有一浸在被测的、在使用的油中的用于检测传感器的检测电容器和一浸在参照油中的用于参照的参照电容器来得到被测油的经温度补偿的电学性质。应用双传感器的结构，本发明的方法可以得到被测油的测量的剩余使用量RMΔUF或者ΔUM。应用该剩余使用量，本发明可以进一步区分在使用的油在存有水分和不存有水分时的变质。
图23叙述了对上述的第一实施方案的改进，包括应用了至少两个检测传感器。他们可以被安装在润滑油系统中不同的特定部位。比如象在火车头或轮船的柴油内燃机具有分开的曲轴箱34，油槽38和连接他们的输油管36中。这样改进的第一实施方案能监控在油系统中是否有油变质程度不均匀的分布，特别可以检测水分是否聚集在油系统中的某些特定部位。在该改进的方案中，如图23所示，至少两个传感器中的每一个检测传感器可以与一单独的参照传感器相结合，或者至少两个检测传感器可以与同一个参照传感器相结合。这两种选择都可以得到对应于检测传感器所装置的特定部位的、至少两个在使用的油即被测油的第二次测量的和第一次预计的剩余使用量。这样，用该至少两个被测油的第二次测量的剩余使用量与第一次预计的剩余使用量相比，可以断定：
(1)如果在使用的油的至少两个第二次测量的剩余使用量与第一次预计的剩余使用量类同，判定在油系统中油变质的均匀分布，和(2)如果至少两个第二次测量的在使用的油的剩余使用量与第一次预计的剩余使用量相比而不同，判定在油系统中油变质的非均匀分布。
必须指出的是，对于上述情形(2)中的不同，可进一步分析是否是由于第一次预计的剩余使用量和在全部的至少两个第二次测量的剩余使用量的不同，或者是由于第一次预计的剩余使用量和某一个第二次测量的剩余使用量的不同。这样按照本发明的精神和目的，揭示在整个油系统中的不均匀变质是显而易见的。因此本文省略了对该揭示的详细叙述。
现由图20所示本发明检测油变质方法的第二实施方案的装置示意图。该装置仅使用一检测传感器26，并通过测量该传感器的检测电容器C1的电学性质来代表在使用的油即被测油22的电学性质。该油的电学性质是经温度补偿的，可根据前述的方法，或者任何期愿的方法，比如测量油的温度后，应用补偿因子来对测量的电学性质补偿。因此，该第二实施方案包括了以下的权利要求步骤：
(a)提供一不含有水分的在使用的油22，该油被安置在包括有油槽的一机械的油系统的储油器中，例如内燃机的曲轴箱34或输电变压器的一个容器中；
(b)提供一检测传感器26，其包括有一个用于检测的电容器C；
(c)把传感器26安置在该油系统中，该电容器C1是浸没在该在使用的油中；
(d)用一测量装置在第一次测量中来测量该电容器的第一次测量的经温度补偿的电学性质，该性质是下述的任何一种：该电容器C1的电阻抗，通过该电容器C1的电流，在该电容器C1上的电压，其代表了该在使用的油的第一次测量的经温度补偿的电学性质EPT，i(M)；
此外，除遵循上述的步骤得到在步骤d中的测量的经温度补偿的电学性质外，第二实施方案还包括步骤：
(e)建立反映该在使用的油正常变质的一预计的经温度补偿的电学性质EPT(P)的曲线，其反映了该油的正常变质，该曲线包含有一电学性质EPT，N，其是该在使用的油未被使用并不含水分时的经检测得到的电学性质，和另一电学性质EPT，S，其是该在使用的油在被使用尽了并不含水分时的经检测得到的电学性质；
建立该油的使用量U的全量程为ΔUF＝(US-UN)，其相对应的电学性质的改变为ΔEPT＝(EPT，N-EPT，S)，其中字母U代表了该油的实际使用量，UN是该油为一新油时的实际使用量，US是该油为一使用尽了的油时的实际使用量，和Ui是该油的第一使用量，其对应了该电学性质EPT，i(M)。
一旦建立了预计的电学性质EPT(P)的曲线，本发明的第二实施方案可以应用在第一实施方案中的所有的权利要求，包括与预计的剩余使用量比较测量得到的两种形式的油的第二次测量的剩余使用量和实际剩余使用量的大小而判断油的变质是否在有水或无水存在时所发生。进一步肯定在油不含水时的第二次测量的剩余使用量是等于油的实际剩余使用量，以及可确定的油的变质率D。
另外第二实施方案也可以综合在图16，17，18和19中所叙述的油的不正常变质的种种表现形式。然尔、为了缩短本发明方法的篇幅，所有的曾经在第一实施方案中详细阐述过的策略不会在第二实施方案中再重复叙述。
必须再次指出的时，根据本发明的精神和目的，第二实施方案也可应用包括电阻和电容性阻抗的电学性质。再有、第二实施方案也可应用在图23中所述的为第一方案所用的至少两个检测传感器来对机械的全油系统监测，包括是否有不均匀的油变质的分布。
II、检测油位的方法
众所周知、在机械比如内燃机的运行过程中，润滑油会因使用而被消耗。这就造成被放置在油系统中的油量会减少以及油位的降低。当油量减少到少于通常由机械制造商规定的最低限量值时，机械的运动部件就不能得到有效的保护。因此非常有必要提供一方法，其能即时检测到在使用的油的油量已降低到最低限量值时的油位。
由图9所述，当检测传感器26是安装在内燃机曲轴油箱的竖直箱壁上时，其第一电容器即用于检测的电容器是浸没在使用的油即被测油22中，并与油量最低限量值时油位的位置44相一致。这样当油位降低到油量最低限量值时的油位时，检测用的电容器就不是完全浸没在被测油中。该时、电容器的较下部分被在使用的油所充填，而其较上部分被空气所充填。这样与该电容器完全浸没在被测油中时相比，部分电容器被油所充填的情形会造成该电容器经温度补偿的电学性质的改变。于是这种物理状况就给本发明提供了从检测安置在相应油位位置上的至少两个检测传感器的相应的不正常的电学性质来判断油位，包括了油量在最低限量值时的油位的可能性。
以下的叙述，如图9所示，首先讨论应用单一的检测传感器来检测油量最低限量值时的油位的方法。该方法依然遵循了上述的比较检测的和预计的油的剩余使用量的策略。
众所周知，由两平行平板构成的一电容器具有电容为CP＝εS/d。其中ε是电介质的介电常数，S是平板的有效面积，d是两平板间的距离。
首先来比较同一电容器在两种不同情形之下的电容：(1)如果该电容器是充填了有介电常数ε1的第一电介质时的电容CP1和(2)如果是充填了介电常数为ε2的第二电介质时的电容CP2。可以肯定，电容CP1和CP2的差值与介电常数ε1和ε2的差值成正比。
根据上述的同一电容器充填了不同电介质造成不同电容的结论，和空气的介电常数εa是极端地小于(大约是2-3倍)油介质包括矿物油和含硅油的介电常数εo的事实(这样的信息可随意到处获得，比如到Clpperconhol的.com的网站中获得)。所以充填了空气的同一电容器的电容CP2是小于充填了油的该电容器的电容CP1。同样，可以肯定充填了空气的该电容器的电阻抗Z2大于充填了油时的电阻抗Z1。另外，如果使用了恒流源来测量的话，电压V2是大于电压V1，和如果用恒压源来测量的话，流过的电流I2是小于流过的电流I1。
现在来比较在另外两种情况下同一电容器的电容CP的大小：(1)在第一种情况时该电容器的一部分是充填了油和其余的部分是充填了空气，和(2)在第二种情况时该电容器是全部地充填了油的情况。
在第一种情况时，该电容器的电容CP1是总合了一空气电容器的电容CP1(a)＝εaSa/d和一油电容器的电容CP1(o)＝εoSo/d。其中Sa是被空气充填的部分的平板的有效面积，So是被油充填的部分的平板的有效面积。当然S是与(So+Sa)相等。
如果把该电容器在情况(1)时的电容CP1和在情况(2)时的电容CP2比的话，可以得到比值CP1/CP2＝[εaSa/d+εoSo/d]/εoS/d。该比值可简单化为[εaSa+εoSo]/εoSo通过数学转化，该比值等于：1-[εo-εa]Sa/So可知其比值小于整数1。
这样以上的分析证明了，该电容器是部分充填了空气和其余部分充填了油时的电容CP1是小于该电容器全部充填了油时的电容CP2。
根据这一结论，可以推导到，该电容器在第一种情况时的电阻抗Z1是大于第二种情况时的电阻抗Z2。同样的如果使用恒流源来测量的话，电压V1是大于电压V2，和如果用恒压源来测量的话，I1是小于I2。这样可知，相比于该电容器全部充填了油时的所表现的油的变质程度，当该电容器部分充填了空气和其余部分充填了油时会给出一较少的油变质程度的假象。
现在参考以上的结论并结合图21和22的表示，可以看出油量减少到最低限量值时，该检测电容器如何改变本发明所依据的、测量的经温度补偿的油的电学性质和油的剩余使用量。图21描述了部分的测量的电学性质EPT(M)的曲线和预计的电学性质EPT(P)的曲线，其包括了对应于在使用的油的使用量UN和US的各自的电学性质值EPT，N和EPT，S。可知该预计的曲线与图14所叙述的曲线相同。
如图21所述，直到使用量是第一使用量Ui时，第一次测量的电学性质EPT，i(M)是与第一次预计的EPT，i(P)相一致。然而从Ui开始，测量的电学性质不同于预计的性质。这是因为在该时油量已减少到最低限量值、即在使用的油的油位是降低到该最低限量值时的油位，其与在图9中所述的位置44的高度相同。在这样情形下，检测传感器的检测电容器C1的较上部是充填了空气。
必须指出，有种种的情况导致了检测电容器不是全部浸在油中。但他们总是可以归纳为两种情形。第一种情形是油量的逐渐减少，如象过分的使用机械造成的过量地消耗润滑油。第二种情形是在一段时间内，油大量地减少，如象在曲轴箱漏油时发生的那样。图21中叙述的测量的电学性质EPT，q(M2)和EPT，i(M2)是相对应上述的第一和第二种情况。
在图21中所叙述的第一种逐渐减少油量的情形时，第二次测量的电学性质EPT，q(M2)表现了逐渐地与预计的电学性质曲线相分离。例如该检测电容器的电阻抗或电压是比预计的逐渐增大。与此不同的在第二种情形迅速减少油量时，第二次测量的电学性质EPT，i(M2)在短时间内呈现了突然的改变。相对应的、该检测电容器因损失了大量的充填的在使用的油而使得测量的电学性质极大地朝减少油的变质程度的方向改变。例如测量的电阻抗和电压呈现了突然的惊人的增加。然而必须指出的是，第一种情况代表了最有可能发生的情形、即油的油位是逐渐地降低到油量最低限量值时的油位。所以图22特别从阐述该种情形来达到判断与其对应的油位的结论，也包括油量达到最低限量值的结论。该结论也适用于解释第二种情况。
图22放大了曲线从第一次测量的电学性质EPT，i(M)在第一使用量Ui时开始的测量的电学性质偏离了预计的电学性质的部分。即油的使用经历了一段的从第一使用量Ui到第二使用量Uq的使用区间，从第二次测量得到的第二次测量的电学性质EPT，q(M2)在第二使用量为Uq时显示了的一数值大于第二次预计的电学性质EPT，q(P)的数值。必须明确地是，预计的电学性质EPT，q(P)代表了在第二使用量Uq时的油的正常变质和油量的正常消耗。然而由图22所示，第二次测量的电学性质EPT，q(M2)等于在油的使用量是Uk时的预计的电学性质EPT，k(P)的大小。显然使用量Uk的出现早于使用量Uq的出现。
对应与上述的情况，第二次测量的电学性质EPT，q(M2)有一剩余使用率，其等于在使用量是Uk时的预计的电学性质EPT，k(P)所决定的剩余使用率Rk＝[EPT，k(P)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]。这样可知，根据测量的电学性质EPT，q(M2)而得到的剩余使用量是等于预计的剩余使用量RkΔUF。
明显地、该预计的剩余使用率Rk是大于第二次预计的剩余使用率Rq＝[EPT，q(P)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]，同时该预计的剩余使用量RkΔUF也是大于第二次预计的剩余使用量RqΔUF。然而RqΔUF对应于油系统中有充足数量的无水分的油和检测电容器是完全浸没在该油中的状况，其显示了在油正常变质时的油量的正常消耗。
这样根据一个广泛性的结论、如果在相对于相同的油的使用量时测量的油的剩余使用量RMΔUF是大于预计的剩余使用量RpΔUF则决定在使用的油的油位是降低到油量为最低限量值时的油位，可对第一种情形给出一个具体的结论：如果在相对于油的第二使用量时，在使用的油的第二次测量的剩余使用量是大于第二次预计的剩余使用量，则决定该油的油位是降低到油量为最低限度值时的油位。当然使用量可以是油的使用时间数或者使用里程数。
必须指出，以上给出了一个适合所有情形的广泛性的结论。该结论也包括了上述的具有不充足油量时的第二种情况。
然而必须再次指出的是本发明方法还可另外地得到上述中的有关于第一种情形的相同的结论。由图21和22所述，第二使用量Uq对应了第二次预计的电学性质EPT，q(P)。这样第二次预计的实际剩余使用量为ΔUP，q＝(US-Uq)，但是测量的电学性质EPT，q(M2)的数值等于对应于使用量Uk的预计的电学性质EPT，k(P)。这样第二次测量的实际剩余使用量ΔUM＝(US-UM)是相等于预计的实际剩余使用量ΔUP，k＝ΔUk＝(US-Uk)。明显地、第二次测量的实际剩余使用量ΔUP，k是大于第二次预计的实际剩余使用量ΔUP，q，这样可推导出如果第二次测量的油的实际剩余使用量是大于第二次预计的实际剩余使用量，则判定油位降低到油量为最低限量值时的油位的同样结论。所以不管测量得到的经温度补偿的电学性质曲线是否与油的使用有线性关系，本发明的方案都能推断在油量减少的过程中，其对应的油位是否已降低到油量为最低限量值时的油位。
由图21和22还可知，除了应用油的剩余使用量外，同样可以应用测量的油的经温度补偿的电学性质来预计油位是否降低到最低限量值时的油位。在由第一种情形所造成的事例中，第二次测量的电学性EPT，q(M2)不同于第二次预计的电学性质EPT，q(P)。而他们的差异显示了，相比于由第二次预计的电学性质所判断的该油的较大程度的变质，由第二次测量的经温度补偿的电学性质表示了该油的较少程度的变质。这样本发明可以继续从一个广泛性的结论、如果测量的经温度补偿的电学性质大于预计的电学性质那么可以断定油系统中的油位已降低到油量为最低限量值时的油位，来对第一种情形给出以下具体的结论：如果在使用的油的第二次测量的电学性大于第二次预计的电学性质，则决定该油的油位已降低到油量为最低限量值时的油位。
在由图21所示的油大量地减少的第二种情形中，第二次测量的经温度补偿的电学性质EPT，i(M2)等于相对于实际使用量Ux时的预计的电学性质EPT，x(P)。这样根据第二次测量的电学性质EPT，i(M2)所得到的第二次测量的剩余使用量等于RP，xΔUF，明显地大于由第一次预计的电学性质EPT，i(P)所预期的第一次预计的剩余使用量RP，iΔUF。此外，相对于第二次测量的性质EPT，i(M2)的第二次测量的实际剩余使用量ΔUM是等于(US-Ux)。其也是明显地大于由第一次预计的电学性质EPT，i(P)所预期的第一次预期的实际剩余使用量(US-Ui)。
从以上的分析并根据上述的两个广泛性的结论，可以作出下述的、有关于在第二种情况下在使用的油的油位已经降低到油的最低限量值时的油位的多种判断的必要条件：(1)如果在使用的油的第二次测量的剩余使用量是大于第一次预计的该油的剩余使用量；(2)如果在使用的油的第二次测量的实际剩余使用量是大于第一次预计的该油的实际剩余使用量；(3)如果在使用的油的第二次测量的经温度补偿的电学性质不同于第一次预计的电学性质，该差异显示了相比于由第一次预计的电学性质所判断的该油的较大程度的变质，而由第二次测量的经温度补偿的电学性质表示了该油的较小程度的变质。
在图21和22中的电学性质曲线代表了电阻抗和电压的曲线。如果测量的电学性质是电流，其曲线如同图8所示。同样电学性质也可以是电阻抗中的电阻和电容性阻抗。
图24显示了对上述测量油位实施方案的改进，即应用至少两个检测传感器。他们是沿竖直方向被安置在例如曲轴箱箱壁上用来显示曲轴箱34中的全油量的油位变化。例如，在这实施方案中，至少两个检测传感器中的的第一个检测传感器的检测电容器C1是被安置成与位置40等高。该位置是略低于当曲轴箱注入了额定全容量油时所具有的油位。至少两个检测传感器中的第二个传感器的检测电容器C1是安置在与油量为最低限量值时的油位42等高。这样至少两个检测传感器中的各自的传感器会对油位从全油量的油位降低到最低限量值时的油位的变化过程提供各自的信息。从而机械使用者可以采取措当的措施来保护机械使其免于损坏。
另外、在至少两个传感器中的第三个检测传感器也可以安装在一比最低限量值时的油位更低的位置。在该上述的实施方案中，至少两个传感器中的每一个传感器可以结合一单独的参照传感器。或如图24所示，至少两个传感器中的每个传感器可以结合同一个的参照传感器28。或者至少两个传感器的几个可结合一参照传感器来获得相应的每一个检测传感器上的经温度补偿的电学性质。
必须指出的是，以上叙述的用来判断油量为最低限量值时的油位的实施方案也可用在如图20所述的本发明只使用一检测传感器的第二实施方案中。其时，该检测传感器的电容器是安置在与油量为最低限量值时的油位等高的位置44上。另外，本发明的第二实施方案可在采用如图24显示的、即以上叙述的第一实施方案使用的至少两个以上的检测传感器后，也能监测全油量的油位的变化。不过本文不再重复对这样应用的详细解释。
在油的状况中还存在一种非常小概率的状况，即同时发生大量的水分突然进入到油系统中和油储存器如油槽产生显著的漏油。本发明在本文中不准备对该状态加以讨论。然而可以明确的是按照本发明的精神和目的，该小概率的状况依然是可以被鉴别的。
本发明在本文的论述当然不是企图来限制本发明于某一特定的形式、或安排、或任何特殊的实施方案、或任何特殊的应用。因为他们均可在遵循上述的本发明的精神和目的下被修改成多种的特例和结构关系。而以上所显示的和叙述的装置或方法，仅是企图来说明和公开一种可操作的实施方案，而不是企图展现本发明可能被实施或者操作的所有的各种形式和改型。
Claims (26)
1.一种检测油位和油变质程度的方法，包括以下步骤：
(a)提供一不含有水分的在使用的油，其被放置在一机械的油系统中；
(b)提供一不含有水分的参照油，该油是密封在一容器内，该容器是被放置于同该在使用油的有相同温度的区域；
(c)提供一检测传感器，其包含了一第一电容器作为检测电容器；
(d)提供一参照传感器，其包含了一第二电容器作为参照电容器，该参照电容器浸没在该参照油中；
(e)将该检测传感器安置在该油系统中，使得该第一电容器即检测电容器浸没在该在使用的油中；
(f)用一测量装置在第一次测量中来测量下列任何一种的第一和第二电容器的电学性质，测量的电学性质包括：第一电容器C1的电阻抗和第二电容器C2的电阻抗，通过第一电容器C1的电流和第二电容器C2的电流，在第一电容器C1上的电压和第二电容器C2上的电压；
(g)结合该第一电容器和第二电容器的电学性质，从而得到第一电容器的第一次测量的经温度补偿的电学性质，其代表了该在使用的油的第一次测量的经温度补偿的电学性质EPT，i(M)；
(h)根据步骤a到g建立对该在使用的油的预计的经温度补偿的电学性质EPT(P)的曲线，其反映了该油的正常变质，该预计的曲线包含有一电学性质EPT，N，其是该油未被使用并不含水分时的经检测得到的电学性质，和另一电学性质EPT，S，其是该油在被使用尽了并且不含水分时经检测得到的电学性质；
建立该油的使用量U的全量程为ΔUF＝(US-UN)，其相对应的电学性质的改变为ΔEPT＝(EPT，N-EPT，S)，其中字母U代表了该油的实际使用量，UN是该油为一新油时的实际使用量，US是该油为一使用尽了的油时的实际使用量，和Ui是该油的第一使用量，其对应了该电学性质EPT，i(M)；
(i)对该在使用的油当其具有第一次测量得到的电学性质EPT，i(M)时定义该油的第一次测量的剩余使用率RM，i为：RM，i＝[EPT，i(M)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]，其中RM，i是归一化的，其数值是从对该油是新油时为1到对该油是使用尽了的油时为零；
(j)再定义该在使用的油从第一次测量得到的第一次测量的剩余使用量为RM，iΔUF＝RM，i*(US-UN)；
(k)从预计的电学性质曲线，并根据该在使用的油的第一使用量Ui来决定第一次预计的电学性质EPT，i(P)，其相比于从第一次测量得到的第一次测量的电学性质EPT，i(M)，再建立该油的第一次预计的归一化的剩余使用率为RP，i＝[EPT，i(P)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]，和第一次预计的剩余使用量为RP，iΔUF；
(l)在第二次测量中根据该在使用的油的第一实际使用量、重复上述的步骤f到g来得到该第一电容器的第二次测量得到的经温度补偿的电学性质，其代表了该油的第二次测量的经温度补偿的电学性质，并可得到相应的该油的第二次测量的剩余使用率和剩余使用量；
(m)如果该在使用的油的第二次测量的剩余使用量是类同于第一次预计的剩余使用量RP，iΔUF，则判定该油不含水的正常变质和确定第二次测量的剩余使用量代表了该油的实际剩余使用量；
(n)如果该在使用的油的第二次测量的剩余使用量是小于第一次预计的剩余使用量RP，iΔUF，则判定该油含有水分的不正常变质；和
(o)如果该在使用的油的第二次测量的剩余使用量是大于第一次预计的剩余使用量RP，iΔUF，则判定该油的油位是降低到油量为最低限量值时的油位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b中，该参照油具有同该在使用的油相同的热物理性质，另外该参照油是未经使用的油、或者是使用尽了的油、或者是部分地使用尽了的油。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤d中，第一和第二电容器的结构有相关的关系、即第一和第二电容器浸没在相同的油中，当温度改变时第一和第二电容器有同样程度的电学性质的改变。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤f中，所述的第一电容器和第二电容器的电学性质包括电阻和电容性阻抗。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤h中，所述的使用量是该在使用的油的使用时间数或者使用里程数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括：如果该第二次测量的经温度补偿的电学性质存在以下任何一种情况，则确定该在使用的油含有水分：
该第二次测量的经温度补偿的电学性质展现了突然的改变，这种改变显示了比由预计的电学性质曲线所预定的第一次预计的油的变质程度有额外程度的变质；和
该第二次测量的经温度补偿的电学性质的数值不同于在该第一使用量时的由预计的电学性质曲线所预定的第一次预计的电学性质的数值，这种数值的不同显示了比由第一次预计的电学性质所判定该油的变质程度有额外程度的变质。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a中，提供放置在一冷的内燃机曲轴箱里的在使用的油，发动该内燃机，如果第一次测量的该在使用的油的电学性质在步骤g中最初呈现异常，其代表了比由预计的油的变质程度有额外程度的变质，确定该油含有水分。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括：
(p)定义该在使用的油的对应于第二次测量的电学性质的第二次测量的实际剩余使用量；
(q)定义该在使用的油的对应于第一次预计的电学性质的第一次预计的实际剩余使用量；
(r)如果该油的第二次测量的实际使用量是类同于第一次预计的实际使用量，则判定该油不含水的正常变质和确定该测量的实际剩余使用量；
(s)如果该油的第二次测量的实际剩余使用量是小于第一次预计的实际剩余使用量，则判定该油含有水分的不正常变质；和
(t)如果该油的第二次测量的实际剩余使用量是大于第一次预计的实际剩余使用量，则判定该油的油位是降低到油量为最低限量值时的油位。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤i中，还包括定义量：该在使用的油的第一次测量的变质率DM，i为DM，i＝[EPT，N-EPT，i(M)]/[EPT，N-EPT，S]，其数值是从对该油是新油时为零到对该油是使用尽了的油时为1。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤e中，还包括该检测传感器的第一电容器被安置的位置与该油的油量为最低限量值时的油位等高。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括：该在使用的油的第二次测量的经温度补偿的电学性质不同于第一次预计的电学性质，该差异显示了相比于由第一次预计的电学性质所判断的该油的较大程度的变质而由第二次测量的经温度补偿的电学性质表示了该油的较小程度的变质，则判定该油的油位是降低到油量为最低限量值时的油位。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中，还包括至少两个检测传感器，其含有对应的检测电容器，该至少两个检测传感器被安装在该油系统的不同部位的油中，和被用来监控在该油系统中是否有油变质程度不均匀的分布。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：还包括：该至少两个检测传感器中的第一个检测传感器的检测电容器被安置的位置是略低于当该油系统注入了额定全油量时所具有的油位和该至少两个检测传感器中的第二个检测传感器的检测电容器是安置在与油量为最低限量值时的油位等高时来显示该油系统的全油量的油位变化。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括：
(u)在第二次测量中根据该在使用的油的第二实际使用量来得到该第一电容器的第二次测量得到的经温度补偿的电学性质，其代表了该在使用的油的第二次测量的经温度补偿的电学性质，并得到相应的该油的第二次测量的剩余使用率和剩余使用量，从预计的经温度补偿的电学性质的曲线并根据该相同的第二实际使用量来决定该在使用的油的第二次预计的电学性质，并得到相应的该油的第二次预计的剩余使用率和剩余使用量；
(v)如果该油的第二次测量的剩余使用量是大于第二次预计的剩余使用量，则决定该油的油位是降低到油量为最低限量值时的油位；
(w)如果该油的第二次测量的电学性质大于第二次预计的电学性质，则决定该油的油位是降低到油量为最低限量值时的油位；
(x)如果第一次和第二次测量的电学性质相对于该油的第一和第二使用量所显示的该油变质的速率不同于由第一次和第二次预计的电学性质所预期的该油变质的速率，而该不同显示了比由预计的电学性质所判定的该油的变质程度有额外程度的变质，则判定该油含有水分；和
(y)如果该油的第二次测量的经温度补偿的电学性质超过了由预计的电学性质曲线所规定的一极值，并且这种超过预计极值的现象在早于由预计的电学性质曲线所预定发生的时刻而发生，则判定该油含有水分。
15.一种检测油位和油变质程度的方法，包括以下步骤：
(a)提供一不含有水分的在使用的油，该油被安置在一机械的油系统中；
(b)提供一检测传感器，其包括有一个用于检测的电容器C1；
(c)把该传感器安置在该油系统中，使得该电容器C1浸没在该在使用的油中；
(d)用一测量装置在第一次测量中来测量该电容器的第一次测量的经温度补偿的电学性质，该性质是下述的任何一种：电容器C1的电阻抗，通过电容器C1的电流，在电容器C1上的电压，其代表了该在使用的油的第一次测量的经温度补偿的电学性质EPT，i(M)；
(e)建立反映该在使用的油正常变质的一预计的经温度补偿的电学性质EPT(P)的曲线，其反映了该油的正常变质，该曲线包含有一电学性质EPT，N，其是该油未被使用并不含水分时的经检测得到的电学性质，和另一电学性质EPT，S，其是该在使用的油在被使用尽了并且不含水分时的经检测得到的电学性质；
建立该油的使用量U的全量程为ΔUF＝(US-UN)，其相对应的电学性质的改变为ΔEPT＝(EPT，N-EPT，S)，其中字母U代表了该油的实际使用量，UN是该油为一新油时的实际使用量，US是该油为一使用尽了的油时的实际使用量，和Ui是该油的第一使用量，其对应了该电学性质EPT，i(M)；
(f)对该在使用的油当其具有第一次测量得到的电学性质EPT，i(M)时定义该油的第一次测量的剩余使用率RM，i为：RM，i＝[EPT，i(M)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]，其中RM，i是归一化的，其数值是从对该油是新油时为1到对该油是使用尽了的油时为零；
(g)再定义该在使用的油从第一次测量得到的第一次测量的剩余使用量为RM，iΔUF＝RM，i*(US-UN)；
(h)从预计的电学性质曲线，并根据该在使用的油的第一使用量Ui来决定第一次预计的电学性质EPT，i(P)，其相比于从第一次测量得到的第一次测量的电学性质EPT，i(M)，再建立该油的第一次预计的归一化的剩余使用率为RP，i＝[EPT，i(P)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]，和第一次预计的剩余使用量为RP，iΔUF；
(i)在第二次测量中根据油的第一实际使用量、重复上述的步骤d来得到该电容器的从第二次测量得到的经温度补偿的电学性质，其代表了在使用的油的第二次测量的经温度补偿的电学性质，并可得到相应的该油的第二次测量的剩余使用率和剩余使用量；
(j)如果该在使用的油的第二次测量的剩余使用量是类同于第一次预计的剩余使用量RP，iΔUF，则判定该油不含水的正常变质和确定第二次测量的剩余使用量代表了该油的实际剩余使用量；
(k)如果该在使用的油的第二次测量的剩余使用量是小于第一次预计的剩余使用量RP，iΔUF，则判定该油含有水分的不正常变质；和
(l)如果该在使用的油的第二次测量的剩余使用量是大于第一次预计的剩余使用量RP，iΔUF，则判定该油的油位是降低到油量为最低限量值时的油位。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤d中，所述的电容器的电学性质包括电阻和电容性阻抗。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤e中，所述的使用量是该在使用的油的使用时间数或者使用里程数。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：还包括：如果该第二次测量的经温度补偿的电学性质存在以下任何一种情况，则确定该在使用的油含有水分：
该第二次测量的经温度补偿的电学性质展现了突然的改变，这种改变显示了比由预计的电学性质曲线所预定的第一次预计的油的变质程度有额外程度的变质；和
该第二次测量的经温度补偿的电学性质的数值不同于在该第一使用量时的由预计的电学性质曲线所预定的第一次预计的电学性质的数值，这种数值的不同显示了比由第一次预计的电学性质所判定该油的变质程度有额外程度的变质。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤a中，提供放置在一冷的内燃机曲轴箱里的在使用的油，发动该内燃机，如果第一次测量的该在使用的油的电学性质在步骤d中最初呈现异常，其代表了比由预计的油的变质程度有额外程度的变质，确定在该使用油中含有水分。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：还包括：
(m)定义该在使用的油的对应于第二次测量的电学性质的第二次测量的实际剩余使用量；
(n)定义该在使用的油的对应于第一次预计的电学性质的第一次预计的实际剩余使用量；
(o)如果该油的第二次测量的实际剩余使用量是类同于第一次预计的实际剩余使用量，则判定该油不含水的正常变质和确定该测量的实际剩余使用量；
(p)如果该油的第二次测量的实际剩余使用量是小于第一次预计的实际剩余使用量，则判定该油含有水分的不正常变质；和
(q)如果该油的第二次测量的实际剩余使用量是大于第一次预计的实际剩余使用量，则判定该油的油位是降低到油量为最低限量值时的油位。
21.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤f中，还包括定义量：该在使用的油的第一次测量的变质率DM，i为DM，i＝[EPT，N-EPT，i(M)]/[EPT，N-EPT，S]，其数值是从对该油是新油时为零到对该油是使用尽了的油时为1。
22.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤c中，该检测传感器的电容器被安置的位置与该油的油量为最低限量值时的油位等高。
23.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：还包括：该在使用的油的第二次测量的经温度补偿的电学性质不同于第一次预计的电学性质，该差异显示了相比于由第一次预计的电学性质所判断的该油的较大程度的变质而由第二次测量的经温度补偿的电学性质表示了该油的较小程度的变质，则判定该油的油位是降低到油量为最低限量值时的油位。
24.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤b中，还包括至少两个检测传感器，其含有对应的检测电容器，该至少两个检测传感器被安装在该油系统的不同部位的油中，和被用来监控在该油系统中是否有油变质程度不均匀的分布。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：还包括：该至少两个检测传感器中的第一个检测传感器的检测电容器被安置的位置是略低于当该油系统注入了额定全油量时所具有的油位和该至少两个检测传感器中的第二个检测传感器的检测电容器是安置在与油量为最低限量值时的油位等高时来显示该油系统的全油量的油位变化。
26.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：还包括：
(r)在第二次测量中根据该在使用的油的第二实际使用量来得到该电容器的第二次测量得到的经温度补偿的电学性质，其代表了该在使用的油的第二次测量的经温度补偿的电学性质，并可得到相应的该油的第二次测量的剩余使用率和剩余使用量，从预计的经温度补偿的电学性质的曲线并根据该相同的第二实际使用量来决定该在使用的油的第二次预计的电学性质，并可得到相应的该油的第二次预计的剩余使用率和剩余使用量；
(s)如果该油的第二次测量的剩余使用量是大于第二次预计的剩余使用量，则决定该油的油位是降低到油量为最低限量值时的油位；
(t)如果该油的第二次测量的电学性不同于第二次预计的电学性质，该差异显示了相比于由第二次预计的电学性质所判断的该油的较大程度的变质，由第二次测量的电学性质表示了该油的较少程度的变质，则决定该油的油位是降低到油量为最低限量值时的油位；
(u)如果第一次和第二次测量的电学性质相对于该油的第一和第二使用量所显示的该油变质的速率不同于由第一次和第二次预计的电学性质所预期的该油变质的速率，而该不同显示了比由预计的电学性质所判定的该油的变质程度有额外程度的变质，则判定该油含有水分；和
(v)如果该油的第二次测量的经温度补偿的电学性质超过了由预计的电学性质曲线所规定的一极值，并且这种超过预计极值的现象在早于由预计的电学性质曲线所预定发生的时刻而发生，则判定该油含有水分。
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