CN101636654B - 油总酸值测量装置与寿命估算装置及利用该装置进行的油总酸值与油传感器测量方法 - Google Patents

油总酸值测量装置与寿命估算装置及利用该装置进行的油总酸值与油传感器测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种油总酸值测量装置、基于油总酸值测量结果的寿命估算装置及油总酸值与油传感器测量方法。本发明包括：总酸值表储存单元，可以储存总酸值表，该总酸值表把电导变化量映射到相应的油总酸值及物性量测值；电导测量用传感器单元，在包括润滑油与绝缘油的上述油中测量电导；以及总酸值计算单元，在上述总酸值表检索出相应于上述所测电导的总酸值及物性量测值后输出上述油总酸值或上述物性量测值或上述总酸值及物性量测值信息；上述电导测量用传感器单元包括：基板，具有所定面积；电导传感膜，为了测量上述油的电导而在上述基板上部面把碳纳米管丝网印刷后加以烧结成板状；以及上部电极，利用真空沉积方法进行图案化，从上述传感膜上部面或上述传感膜上部面朝基板上部面延伸并连接外部电源。本发明使用高灵敏度的电导测量用传感器提高准确度，可以适用于润滑油与绝缘油，减小总酸值测量设备的尺寸并实现结构单纯化，可以通过总酸值测量准确地判断油的寿命，让使用该油的设备继续处于最佳状态，从而提高其便利性。

Description

油总酸值测量装置与寿命估算装置及利用该装置进行的油总酸值与油传感器测量方法
技术领域
本发明涉及一种总酸值的测量，尤其是一种油总酸值测量装置、通过油总酸值测量的寿命估算装置及油总酸值测量方法。
油在发挥其功能时，其特性通常会在一段时间后降低。上述现象称为劣化现象，劣化的最大原因则是氧化。润滑油经过氧化后受到机械腐蚀与摩擦增加等影响而降低润滑功能，绝缘油则破坏其电气绝缘性并且使热量分散受到阻碍而显著地降低绝缘功能。衡量上述氧化程度的基准值称为总酸值(Total acidnumber)。可以通过总酸值了解油的功能状态。油的氧化在一定时间内是缓慢进行的，然后会突然加速，尤其是受到光与热的刺激而促进反应。
油的主要成分通常是从矿油提炼出来的碳化氢，油受到热与光的影响而开始进行化学反应，而且通常会引起相同的氧化反应。
背景技术
Stefan Korcek等人在1986年的Ind.Eng.Chem.Prod.Res.Dev.，Vol.25，No.4中详细地说明了内燃机引擎油的氧化机制，提到了由于该反应中所结合的氧气而继续生成过氧化物。1994年S.S.Wang在Sensors and Actuators B，I7，pp179-185论文中提到了引擎油与TAN的相关关系及寿命适用性。
关于碳纳米管方面，2000年Philip G.在SCIENCE的VOL 287 10中对于碳纳米管可以作为氧气传感器物质使用的可能性作了报告。2003年J.Wang在Journal of the American Chemical Society.125.pp2408中为了测量过氧化氢而使用了碳纳米管电极。这是因为碳纳米管对氧气的反应性非常良好而出现的现象。碳纳米管的外观是石墨(graphite)卷圆的sp2结合管状，单位面积的表面积非常大，因此对于气体分子或离子的吸附能力很强。碳纳米管在电气性能上具有金属或半导体的特性，电导将随着气体分子或离子的吸附情况而变化。
而且，碳纳米管可以利用较小的尺寸发挥出较大的离子吸附及储存能力，单位面积的表面积较大，因此其灵敏度高，响应速度快，物理上的耐久性也非常优秀。
图1与图2是基于碳纳米管的现有电导测量用传感器单元的结构图。如图所示，测量用传感器单元包括：电极(32)，引入电源；电导传感膜(31)，由碳纳米管制成，涂覆在电极(32)与基板(33)上部，可以检测出油的电化学变化；以及基板(33)，可以承载电导传感膜(31)与电极(32)。在上述的下部电极(32)结构中进行非透明的丝印过程时，会因为非透明性而难以对齐(align)，从而在厚度控制问题及平坦度上出现问题。
具有上述结构的电导测量用传感器单元的制造方法如下。
首先，执行粘结剂与α-松油醇混合后加热融解的步骤，即按照一定比率混合Ethyl Cellulose与α-松油醇后加热融解的步骤。
然后，把玻璃粉与α-松油醇混合后加热融解成的物质与碳纳米管再混和后维持一定粘度。
然后，在上述基板上利用E-beam evaporator或Sputtering method之类的真空沉积方法或者利用丝网印刷方法对下部电极进行图案化(patterning)。
最后，在下部电极经过图案化的上述基板上把碳纳米管加以丝网印刷后进行烧结。
图3是利用现有技术制作的传感器所测量的油的劣化特性图，图4与图5显示了现有油传感器测量方法中因为受到温度影响而引起的变化值与因为更换油而引起的传感器输出值的样式变化。
如图3所示，现有结构的下部电极量测的电阻量测值样式随着运行距离的不同而出现很大的差异。
经过了上述制造步骤的基于碳纳米管的电导测量用传感器单元，由于测量油的劣化程度时原始传感器的初始量测值不同，因此针对各传感器的初始值与最终量测值之间的比率值也会得到不同的量测值。所以此时为了根据油的种类及所制成的传感器种类而测量出更加准确且可以判断劣化程度的数据值，需要具备非常广泛的测定数据。
一般来说，基于CNT传感膜的传感器在制作时的初始值为0.5～20kΩ左右。然而实际在油中测量的电导或电阻却会根据油的状态而出现变化，初始值较小的传感器出现较小的变化值，初始值较大的传感器则出现较大的变化值。
尤其是，现有技术的传感方法通常是针对油状态的变化值进行分析(使用所测定的绝对值)后和基准数据进行比较，如果产品的传感器初始值不同，基准数据库奖需要针对所生产的传感器而准备非常庞大的数据，如此庞大的数据库将耗费非常多的时间与努力。
由于上述问题，现有技术的基于CNT传感膜的油传感器使用了现有气体传感器的传感方法并通过传感器的量测值倾斜度形式识别油的状态变化的传感方法。然而此时基于CNT传感膜的油传感器受到温度的较大影响，因此通过倾斜度形式的识别方法本身内部蕴含着很大的误差。基于CNT传感膜的油传感器在使用一次后更换新油时无法重新回到油的初始值状态，因此第一次测量数据与第二次测量数据互不相同，量测值的倾斜度形式也会不同，进而引起很大的误差。
此外，现有总酸值测量方法中的测量设备比较复杂而尺寸较大，无法轻易地制作，还对噪音出现比较敏感的反应而导致输出错误。
现有技术在测量总酸值及其它油特性时需要在停止动作的状态下进行，也就是说需要在停止运转或变压器停止运转的状态下使用测量用传感器进行测量，因此很难进行实时测量。
发明内容
发明需要解决的技术课题
本发明的第一个目的是提供一种油总酸值测量装置，使用高灵敏度的电导测量用传感器提高准确度，可以适用于润滑油与绝缘油，减小总酸值测量设备的尺寸并实现结构单纯化。
本发明的第二个目的是提供一种基于油总酸值测量结果的寿命估算装置，可以利用上述油总酸值测量装置准地判断油的寿命，可以让使用该油的设备继续处于最佳状态，从而提高其便利性。
本发明的第三个目的是提供一种上述油总酸值测量装置，测量时不必停止动作，可以在车辆运转或机械运转的状态下实时测定油的电导。
本发明的第四个目的是，在电导测量用传感器单元结构的基板上部面形成传感膜后层积上部电极，从而可轻易地对齐并调整厚度。
本发明的第五个目的是提供一种基于CNT传感膜的油传感器的测量方法，所测定的油状态以相对于初始值的比率进行测量(Sout/Sint)，从而得到误差较小而准确的量测值。
解决课题的技术方案
为了实现上述目的，本发明油总酸值测量装置包括：总酸值表储存单元，可以储存总酸值表，该总酸值表把电导变化量映射到相应的油总酸值及物性量测值；电导测量用传感器单元，在包括润滑油与绝缘油的上述油中测量电导；以及总酸值计算单元，在上述总酸值表检索出相应于上述所测电导的总酸值及物性量测值后输出上述油总酸值或上述物性量测值或上述总酸值及物性量测值信息；上述电导测量用传感器单元包括：基板，具有所定面积；电导传感膜，为了测量上述油的电导而在上述基板上部面把碳纳米管丝网印刷后加以烧结成板状；以及上部电极，利用真空沉积方法进行图案化，从上述传感膜上部面或上述传感膜上部面朝基板上部面延伸并连接外部电源。
还包括温度传感器，可以测量上述油温，以促使油传感器在40℃到120℃进行动作的方式设定温度范围。
为了测量上述油的电导而在上述基板上部面把碳纳米管丝网印刷后加以烧结成板状的电导传感膜内部形成了多个孔。
上述基板在玻璃基板、硅基板及氧化铝烧结基板中任选一个使用，上述电源则是直流电源。
润滑油的上述物性是粘度与总碱值，绝缘油的上述物性是绝缘耐力、含水率及体积抵抗率。
上述碳纳米管进行丝网印刷时，上述电导传感膜的厚度为1μm到990μm。
本发明还提供一种可以进行实时测量的基于油总酸值测量结果的寿命估算装置，包括总酸值表储存单元，可以储存总酸值表，该总酸值表把电导变化量与油使用时间映射到相应的油总酸值与物性量测值；电导测量用传感器单元，在包括润滑油与绝缘油的油中测量电导；总酸值计算单元，在上述总酸值表检索出相应于上述所测电导的总酸值及物性量测值后输出上述油总酸值或上述物性量测值、或上述总酸值及物性量测值信息；以及预估寿命计算单元，在上述总酸值表中检索相应于上述总酸值信息的油使用时间，利用检索出来的上述使用时间生成上述油的预估寿命信息；上述电导测量用传感器单元包括：基板，具有所定面积；电导传感膜，为了测量上述油的电导而在上述基板上部面把碳纳米管丝网印刷后加以烧结成板状；以及上部电极，利用真空沉积方法进行图案化，从上述传感膜上部面或上述传感膜上部面朝基板上部面延伸并连接外部电源。
上述电导传感膜的内部形成了多个孔。
另外还包括视觉信息显示单元，在文字或图像中至少使用一种方式以视觉方式表示上述预估寿命信息。
另外还包括临界值判断单元，当上述预估寿命信息未达到事先储存的油寿命临界值时就生成换油请求信息；以及告警声输出单元，生成上述换油请求信息后通过音频方式输出换油提示信息。
本发明油总酸值测量方法，包括下列步骤：构建储存总酸值表的总酸值表储存单元，该总酸值表把电导变化量映射到相应的油总酸值及物性量测值；利用在基板上部面把碳纳米管丝网印刷后烧结成板状电导传感膜、及通过真空沉积方法进行图案化并且从上述传感膜上部面或上述传感膜上部面朝基板上部面延伸并连接外部电源的上部电极来测量油的电导；以及在上述总酸值表检索出相应于上述所测电导的总酸值及物性量测值后输出上述油总酸值或上述物性量测值或上述总酸值及量测值信息。
上述电导传感膜的内部形成了多个孔。
上述真空沉积方法使用E-beam evaporator或Sputtering method。
一种包括CNT(碳纳米管)传感膜的油传感器的测量方法，包括下列步骤：为了测量油的状态而把传感器处于空气中时的初始值(Sint)加以储存；把数据库构建到总酸值表中，该数据库根据上述传感器的传感值(Sout/Sint)把把总酸值加以映射；把油的状态变化量测值(Sout)转换成传感值(Sout/Sint)；以及和以上述传感值(Sout/Sint)为基准制成的上述数据库进行比较。
发明效果
如前所述，本发明油总酸值测量装置使用高灵敏度的电导测量用传感器提高准确度，可以适用于润滑油与绝缘油，减小总酸值测量设备的尺寸并实现结构单纯化，可以通过总酸值测量准确地判断油的寿命，让使用该油的设备继续处于最佳状态，从而提高其便利性。
本发明基于CNT传感膜的油传感器的测量方法，所测定的油状态以相对于初始值的比率进行测量(Sout/Sint)，从而得到误差较小而准确的量测值。
本发明的传感器单元在电导测量用传感器单元结构的基板上部面形成传感膜后层积上部电极，从而可轻易地对齐并调整厚度。
附图说明
图1与图2是利用现有技术制作的传感器单元的立体图及剖面图。
图3是利用现有技术制作的传感器所测量的油的劣化特性图。
图4与图5是现有的油传感器测量方法中受到温度影响而造成的变化值及油更换时所造成的传感器输出值变化图。
图6与图7是本发明电导测量用传感器单元的一实施例的俯视图及剖面图。
图8与图9是本发明电导测量用传感器单元的第一实施例的结构剖面图。
图10是利用本发明电导测量用传感器单元的第一实施例所制成的传感器进行测量时的油的劣化特性图。
图11与图12是本发明电导测量用传感器单元的第二实施例的结构俯视图及剖面图。
图13是本发明电导测量用传感器单元的第三实施例的结构俯视图。
图14是本发明一实施例的油总酸值测量装置的方块图。
图15与图16是图14所示总酸值表生成过程的一实施例，显示了电导与总酸值随着运行距离而出现的变化图。
图17是本发明其它实施例的基于油总酸值测量结果的寿命估算装置的方块图。
图18是本发明油总酸值测量方法的流程图。
图19是本发明另一实施例的油总酸值测量方法的流程图。
图20是本发明另一实施例的基于油总酸值测量结果的寿命计算方法的流程图。
图21是本发明的具有不同初始值的传感器所测量的油传感值(Sout/Sint)比较图。
具体实施方式
本发明提供一种总酸值变化测量装置及其测量方法，本发明使用碳纳米管制作高灵敏度的传感器元件，利用所制成的元件从油的状态中检测出电气性的电导信号，根据和事先测量的总酸值(TAN)之间的相关关系而计算油的总酸值。
本发明涉及一种基于碳纳米管的油(润滑油及绝缘油)的总酸值(Total acidnumber)变化与油的物性测量方法及其装置，尤其是一种通过碳纳米管的电导变化而输出润滑油与绝缘油的氧化程度，与最初所测量的电导进行比较后把电导变化量换算成总酸值，进而测量出油的氧化程度的方法及装置。本发明还提供测量油总酸值的算法、测量油的电导的碳纳米管传感器及其制作过程、把比较后的电导加以输出的控制及输出回路。
下面参考附图详细地描述本发明的较佳实施例。
图6与图7是电导测量用传感器单元的第一实施例。如图所示，电导测量用传感器单元包括：电极(320)，可以引入电源；电导传感膜(310)，由碳纳米管制成，连续涂覆在电极(320)与基板(330)的上部，可以检测出油的电化学变化；以及基板(330)，可以承载电导传感膜(310)与电极(320)。
上述电导传感膜(310)的作用是测量油的电导，为了提高传感器传感膜与油的接触面积而采取了传感膜没有多余空间的连续型板状结构。也就是说，电导传感膜(310)不仅形成于电极(320)上部，还以连续方式形成于电极(320)之间及基板(330)上部。这样可以提高灵敏度(sensitivity)。
图6与图7所示电导测量用传感器单元的测量原理及方法如下。碳纳米管对氧化还原性物质非常敏感，电导会对氧化性物质增加。由于氧化在油的劣化现象中起着很重要的作用，碳纳米管传感薄膜的氧量会跟着油的劣化而增加，从而导致电导也增加。此时，碳纳米管随着油里的氧量而具有一定的电导值，事先加以测量后设定为基准数据后，再和传感器输出的电导进行比较而得到其变化量，然后把它作为计算总酸值的信息使用。
上述碳纳米管传感器的制造方法包括下列步骤：在基板(330)上使用掩模沉积电极(320)或印刷金属浆制成电极(320)；对碳纳米管浆进行丝网印刷制成电导传感膜(310)；把制成的元件加以烧结。优选地，加上温度传感器的控制作业，可以在测量油的电导时在一定温度范围内测量电导。元件的基板使用玻璃基板、硅基板及氧化铝烧结基板等。
电极(320)不仅可以利用E-beam或Sputter之类的沉积设备通过掩模制作，也可以通过Ag或其它金属浆进行丝网印刷后制成。电导传感膜(310)通过对碳纳米管粉末与粘结剂混合而成的浆进行丝网印刷后制成。作为电导传感膜(310)的碳纳米管，通过丝网印刷方法形成于基板(330)上并且跨置于电极(320)之间而连接。这样制作出来的元件可以把DC电源连接到电极后通过电导传感膜(310)促使电流经过，还可以使电导传感膜(310)和油接触。
上述电导传感膜(310)可以把油的电化学变化转换成元件的电导变化后输出。基于丝网印刷技术的碳纳米管浆制造过程包括下列步骤：第一，粘结剂与α-松油醇混合后加热融解；第二，首先把碳纳米管混入由玻璃粉与α-松油醇混合后加热融解的物质里；第三，在上述基板上进行电极图案化作业后，在上述基板上把碳纳米管进行丝网印刷后烧结。
图8与图9是本发明的第二实施例，首先在基板(330)上部面配置电导传感膜(310)后，在上述电导传感膜(310)及基板(330)上部面形成上部电极(320)。
在上述结构下的传感器单元制造方法有别于现有技术，其方法如下。
首先，粘结剂与α-松油醇混合后加热融解。即按照一定比率把EthylCellulose与α-松油醇混合后加热融解。
然后，把碳纳米管混入由玻璃粉与α-松油醇混合后加热融解的物质里而维持一定粘度。
然后，在上述基板(330)上把碳纳米管加以丝网印刷后加以烧结。
最后，在上述基板(330)上通过E-beam evaporator或sputtering method之类的真空沉积方法对上部电极(320)进行图案化作业。
上述丝网印刷技术是一种利用称为丝网的图案化膜进行印刷的技术。现有技术针对已制成的碳纳米管浆进行印刷时，由于碳纳米管粉末呈黑色而使丝网上的图案化部位变成黑色。因此，在下部电极上进行丝网印刷时，虽然第一个工序非常顺利，之后的丝网印刷则难以对齐下部电极。
如第二实施例所示工序一样在上述基板(330)上把碳纳米管加以丝网印刷后沉积上部电极(320)时，可以对齐所有的元件，还能轻易地调整传感膜(310)的尺寸。尤其是通过上述两个技术制作的传感器以4英寸晶片为基准的150个元件的成品率方面(以误差5％为基准)，下部电极为15％左右，上部电极(320)为80％以上，因此可以在制作传感器时批量生产可靠性良好的传感器。
尤其是，使用本发明第二实施例制成的传感器单元测量油的劣化程度时会出现图10一样的特性。图3是利用现有技术制成的传感器单元所测量的数值，如图所示，图6的特性图比图3的特性来得均匀。因此使用本发明第二实施例制成的传感器更加稳定，可靠性也较高。
使用现有技术制成的传感器单元测量油的劣化程度时，由于初始制成的传感器的初始量测值不同，因此所测到的最终量测值相对于个别制作的传感器初始值的比率值是不同的。为了针对各种油的种类及传感器种类而准确地测定出可以判断其劣化程度的数据值，需要非常广泛的测量数据。
然而使用本发明第二实施例制成的传感器单元测量油的劣化程度时，由于本发明可以几乎没有误差的方式制作而且传感器初始值固定，相对于所测传感器的初始值的最终量测值的比率固定，因此其量测值比现有技术准确，可以通过传感误差的大幅减少而提高测量的可靠性。
图11与图12所示本发明的第三实施例显示了本发明电导测量用传感器单元的又一个实施例。如图所示，第三实施例的传感器单元的制作方法和上述第二实施例的工序方法相同，在上述传感器传感膜(310)的构建步骤中，在丝网印刷的图案化步骤通过在传感膜(310)的内部形成多个孔(350)的过程制作。
孔(350)的形状不限于矩形、圆形及菱形之类的特定形状，可以根据传感器、基板及传感膜的大小而形成各种形状。
使用本发明第三实施例制成的传感器单元大幅增加了安装在现有传感器单元上的传感器传感膜(310)的表面积，从而进一步提高了检测传感效率。
上述第三实施例所制传感膜(310)可以利用丝网印刷方法制成数十～数百μm的厚度，上述传感膜(310)内部的孔(350)可以制成宽度为50～数百μm的多个矩形而增加表面积。
图13显示了另一个实施例，上述第三实施例所制传感膜(310)内部的孔(350)如图13所示被制成圆形，把上述多个圆(360)交叉配置即可增加内部面积而进一步提高传感膜(310)内部密度，从而提高了传感效率。
下面详细说明具有上述结构与特性的本发明的基于电导测量用传感器单元的油总酸值测量及寿命估算装置、油总酸值与油传感器测量方法。
图14是本发明一实施例的油总酸值测量装置的方块图。
电导测量用传感器单元(110)可以测量油的电导。此时，电导测量用传感器单元(110)包括：基板，具有所定面积；电导传感膜，为了测量上述油的电导而在上述基板上部面把碳纳米管丝网印刷后加以烧结成板状；以及上部电极，利用真空沉积方法进行图案化，从上述传感膜上部面或上述传感膜上部面朝基板上部面延伸并连接外部电源。此时所使用的油可以包括润滑油及绝缘油。
总酸值表储存单元(120)可以储存总酸值表，盖总酸值表把电导变化量映射到相应的总酸值。总酸值表储存单元(120)包括挥发性内存元件或非挥发性内存元件之一并且以数据库方式储存总酸值表。
总酸值计算单元(130)在总酸值表检索出相应于所测电导的总酸值后输出油总酸值信息。总酸值计算单元(130)包括可以检索总酸值表储存单元(120)内存的手段以及利用检索到的信息和电导量测值进行比较后预测油总酸值的手段。上述手段可以使用内存存取(access)用接口、至少一个微处理器及储存驱动程序的固件组成。
图15与图16是图14所示总酸值表生成过程的一实施例，显示了电导与总酸值随着运行距离而出现的变化图。
图15的横轴是运行距离，纵轴是电导值。图16的横轴是运行距离，纵轴是总酸值。
例如，如果注油时的电导为5.0×E-5而总酸值为2.6的油电导变成8.0×E-5，可以预测其总酸值为3.55左右。可以上述电导与总酸值的映射关系储存成总酸值表。总酸值表生成过程需要在各种实验条件下反复进行试验。总酸值表是把上述反复试验后的结果加以数据库化的表格，一旦储存后，在总酸值测量装置的动作过程中应该尽量避免更改。
表1是润滑油及绝缘油的总酸值表的一实施例。
【表1】
Figure G2007800426816D00101
由表1可知，电导与总酸值的变化趋势中存在着非线性的情形。优选地，检索总酸值表时记录以前的电导变化趋势，同时参考当前的电导变化趋势和过去的电导变化趋势后预测当前的总酸值。
对于油的功能降低现象，构成物性的主要参数可以随着油的种类而不同。对于润滑油润滑功能降低的劣化现象，其主要的检查要素为粘度、总酸值及总碱值等。其中，粘度和润滑功能的关系最密切。影响润滑油状态的电导、总酸值及粘度之间的关系如表2所示。
【表2】
  电导   总酸值(TAN)   粘度[100℃，cst]
  1.163E-04   2.8   11.7
  1.290E-04   3   11.78
  1.353E-04   3.2   11.83
  1.408E-04   4.2   11.86
  1.493E-04   4.8   11.87
衡量绝缘油绝缘功能的要素包括绝缘耐力、含水率、体积抵抗率及总酸值等。其中，最能代表绝缘功能状态的要素是绝缘耐力。表3显示了总酸值、绝缘耐力及电导之间的关系。
【表3】
  电导   总酸值(TAN)   绝缘耐力[KV at 2.5mm]
  3.333E-04   0.385   25
  3.544E-04   0.44   29
  3.571E-04   0.519   32
  3.544E-04   0.563   34
  3.543E-04   0.574   33
  4.000E-04   0.647   44
  4.378E-04   0.659   44
  4.368E-04   0.672   45
  4.636E-04   0.83   51
  5.348E-04   1.126   59
也就是说，仅以总酸值判断油的特性降低状态是不够的，因此需要把总酸值、润滑油的粘度或绝缘油的绝缘耐力之类的主要物性量测值全部加以映射后组成总酸值表储存单元才能更加精密地测量油的状态。
图17是本发明其它实施例的基于油总酸值测量结果的寿命估算装置的方块图。电导测量用传感器单元(210)可以测量油的电导。此时，电导测量用传感器单元(210)包括：基板，具有所定面积；电极，在基板上图案化并连接电源；以及电导传感膜，可以测量油的电导，在电极上部及电极之间的基板上部连续丝网印刷后烧结成板状。此时传感膜使用碳纳米管。
优选地，上述基板在玻璃基板、硅基板及氧化铝烧结基板中任选一个使用，上述电源是直流电源。玻璃基板价格低廉而性能较低，硅基板需要使用切割装置而增加了价格负担，氧化铝烧结基板的价格可以接受，并且形成了样式后可以直接用手折断。因此使用氧化铝烧结基板较好。
此时使用的油可以包含润滑油与绝缘油。
温度传感器(215)可以测量所用油温。优选地，电导测量用传感器单元(210)设计成仅在温度传感器(215)所测温度值处于一定温度区时才动作。适用于变压器绝缘油时，把劣化传感器的动作温度范围设定在夏季平均气温高于25℃、最高线圈温度低于105℃，冬季平均气温高于5℃、最高线圈温度低于95℃。在该范围内进行测量后检查劣化程度。适用于汽车润滑油时，把劣化传感器的动作温度范围设定为汽车引擎空转(暖车)后的温度40℃到引擎油的最高温度120℃以下。在该范围内进行测量后检查劣化程度。
总酸值表储存单元(220)可以储存总酸值表，该总酸值表把电导变化量映射到相应的总酸值。优选地，把油总酸值和物性量测值一起映射后储存表。因此，总酸值计算单元(230)在总酸值表检索出相应于所测电导的总酸值及物性量测值后输出油总酸值信息。
本发明一实施例的油总酸值测量装置如图17所示包括温度传感器(215)时，可以在总酸值表检索出相应于温度传感器(215)所测电导及油温的总酸值及物性量测值后输出油总酸值及物性量测值信息。因此，总酸值表储存单元(220)可以设计成储存总酸值表，该总酸值表可以按照油温把电导变化量映射到相应的总酸值及物性量测值。
预估寿命计算单元(240)在总酸值表中检索出对应于总酸值信息的油使用时间，然后利用检索到的使用时间生成油的预估寿命信息。因此，总酸值表储存单元(220)可以根据油使用时间或车辆在注入该油后的行驶距离而对油总酸值及物性量测值信息进行分类后储存为表。因此，预估寿命计算单元(240)可以针对总酸值计算单元(230)所计算的总酸值进行逆向检索而得知其油总酸值为使用时间经过了多久的油总酸值，从而可以预测当前所用油的可使用时间。
视觉信息显示单元(250)在文字或图像中至少使用一种方式以视觉方式表示预估寿命计算单元(240)的预估寿命信息。
临界值判断单元(260)在预估寿命信息低于事先储存的油的寿命临界值时生成换油请求信息。此时油的寿命临界值表示该油的推荐使用时间。临界值会根据所注入的油种类而不同，本发明的其它实施例会根据基于油总酸值测量结果的寿命估算装置主要注入的油种类而事先设定临界值。告警声输出单元(270)将在换油请求信息生成后通过音频方式输出换油提示信息。
图18是本发明另一实施例的油总酸值测量方法的流程图。
首先，作为总酸值测量步骤的前置步骤，先组成一个含有总酸值表的数据库，该总酸值表把油的电导变化量映射到相应的总酸值及物性量测值。然后，注入需要量测总酸值与主要物性的油(过程410)。注入油后，使得连续丝网印刷到电极上部及电极之间的基板上部后烧结的连续型电导传感膜和所注入的油接触。注油过程(过程410)在换油时间之前不会反复。
然后，利用电导传感膜测量油的电导(过程420)。最后，在总酸值表检索出相应于所测电导的总酸值后输出油总酸值信息或/及物性量测值结果信息(过程430)。此时，可以在上述电导传感膜内部形成多个孔以加强测量时的检测密度。
图19是本发明另一实施例的油总酸值测量方法的流程图。
首先，利用电导传感膜测量油的电导(过程520)。
该过程(过程520)可以包括一个过程，该过程仅在油温高于一定温度，例如高于摄氏80度时才测量油电导。
然后，测量油的当前温度(过程525)。
然后，在总酸值表检索出相应于所测量到的油的当前温度及所测电导的总酸值及/或物性量测值信息后输出油总酸值及/或物性量测值信息(过程530)。此时，需要在上述测量过程(过程520-530)之前储存总酸值表，该总酸值表按照油温把电导变化量映射到相应的总酸值及/或物性测量结果。
图20是本发明另一实施例的基于油总酸值测量结果的寿命计算方法的流程图。
首先，利用电导传感膜测量油的电导(过程620)。
该过程(过程620)可以包括一个过程，该过程仅在油温高于一定温度，例如高于摄氏80度时才测量油的电导。
然后，根据所测电导在总酸值表检索油总酸值或/及物性量测值信息后计算油总酸值信息(过程630)。
最后，根据上述计算出来的总酸值及物性量测值信息在总酸值表检索出相应的油使用时间，再利用检索出来的使用时间生成油的预估寿命信息(过程640)。此时，需要在上述过程(过程620-640)之前储存总酸值表，该总酸值表把电导变化量及油使用时间映射到相应的总酸值及/或物性测量结果。
本发明可以通过软件执行。通过软件执行时，本发明的构成要素是执行所需作业的码段(code segment)。程序或码段储存在可以编译程序的媒体或者在传输媒体或通信网上和载波结合成电脑数据信号后传输。
允许电脑读入的记录媒体包括可以储存允许电脑系统读入的数据的一切记录装置类型。例如，允许电脑读入的记录装置包括ROM、RAM、CD-ROM、DVD±ROM、DVD-RAM、磁带、软盘、硬盘(hard disk)及光数据储存装置等。允许电脑读入的记录媒体分散在联网的电脑装置上并且以分散方式保管成允许电脑读入的编码状态并加以执行。
图21是利用本发明的基于CNT(碳纳米管)传感膜的油传感器测量方法所测量的传感值的比较图。现有CNT传感膜属于多孔性物质，因此更换新油时难以使其特性反复出现，样式也会根据温度而不同。此时的油传感器表示本发明的电导测量用传感器单元。
CNT传感膜的电阻值根据常温状态和液体状态而变化。CNT传感膜的导电率在处于气体之类的空气中时的传感器初始值通常相比于处于液体里时的导电率出现0.5倍±α的变化(α＜0.1)。电阻则有2倍±β左右的变化(β＜0.2)。因此为了测量油的状态，先把空气中的传感器初始值(Sint)加以储存，把对应于油状态变化的量测值(Sout)转换成传感值(Sout/Sint)后，再和以传感值(Sout/Sint)为基准制成的现有数据库进行比较。优选地，为了进行比较而测量上述传感值(Sout/Sint)之前，把根据上述传感器的传感值(Sout/Sint)而将总酸值映射的数据库包含在总酸值表上。
此时CNT传感器就算使用初始电阻值不同的传感器，对于油状态的传感器值的变化率也能表现出相似的特性，因此针对需要测量的油状态按照相对于初始值的比率进行测量(Sout/Sint)就能得到误差较小而准确的量测值。
前文结合附图对本发明的一部分较佳实施例做了详细说明，但其仅是对本发明所做说明而不是限定本发明，在本发明权利要求书的思想范畴与技术领域内，可以出现各种变形及修改，这在本领域技术人员来说是非常明显的，因此该变形及修改属于本发明的权利要求书是理所当然的。
【产业上的用途】
本发明涉及一种总酸值的测量，尤其是一种油总酸值测量装置、通过油总酸值测量的寿命估算装置及油总酸值测量方法。
油在发挥其功能时，其特性通常会在一段时间后降低。上述现象称为劣化现象，劣化的最大原因则是氧化。润滑油经过氧化后受到机械腐蚀与摩擦增加等影响而降低润滑功能，绝缘油则破坏其电气绝缘性并且使热量分散受到阻碍而显著地降低绝缘功能。衡量上述氧化程度的基准值称为总酸值(Total acidnumber)。因此只要知道了总酸值就掌握了获悉该油功能状态的依据。油的氧化在一定时间内是缓慢进行的，然后会突然加速，尤其是受到光与热的刺激而促进反应。
油传感器把上述油总酸值及物性量测值加以数据库化后告知使用者油的劣化程度与适当的更换时期，可以在汽车及其它各种产业设备获得广泛地应用，由于本发明和环境问题的密切相关性，往后将形成可观的庞大市场。

Claims (33)

1.一种油总酸值测量装置，其特征在于，包括：
总酸值表储存单元，储存总酸值表，该总酸值表把电导变化量映射到相应的油总酸值及物性量测值；
电导测量用传感器单元，在包括润滑油与绝缘油的上述油中测量电导；以及
总酸值计算单元，在上述总酸值表检索出相应于上述所测电导的油总酸值及物性量测值后输出上述油总酸值或上述物性量测值或上述油总酸值及物性量测值信息；
上述电导测量用传感器单元包括：
基板，具有给定面积；
电导传感膜，为了测量上述油的电导而在上述基板上部面把碳纳米管丝网印刷后加以烧结成板状；以及
上部电极，利用真空沉积方法进行图案化，形成于上述传感膜的上部面，上述上部电极连接外部电源。
2.根据权利要求1所述的油总酸值测量装置，其特征在于：上述上部电极是从上述传感膜的上部面延伸到上述基板上部面。
3.一种油总酸值测量装置，其特征在于，包括
总酸值表储存单元，储存总酸值表，该总酸值表把电导变化量映射到相应的油总酸值及物性量测值；
电导测量用传感器单元，在包括润滑油与绝缘油的油中测量电导；
温度传感器，测量油温，以促使上述电导测量用传感器单元在40℃到120℃进行动作的方式设定温度范围；以及
总酸值计算单元，在上述总酸值表检索出相应于上述所测电导的油总酸值及物性量测值后输出上述油总酸值或上述物性量测值或上述油总酸值及物性量测值信息；
上述电导测量用传感器单元包括：
基板，具有给定面积；
电导传感膜，为了测量上述油的电导而在上述基板上部面把碳纳米管丝网印刷后加以烧结成板状；以及
上部电极，利用真空沉积方法进行图案化，形成于上述传感膜的上部面，上述上部电极连接外部电源。
4.根据权利要求3所述的油总酸值测量装置，其特征在于：上述上部电极是从上述传感膜的上部面延伸到上述基板上部面。
5.一种油总酸值测量装置，其特征在于，包括
总酸值表储存单元，储存总酸值表，该总酸值表把电导变化量映射到相应的油总酸值及物性量测值；
电导测量用传感器单元，在包括润滑油与绝缘油的上述油中测量电导；以及
总酸值计算单元，在上述总酸值表检索出相应于上述所测电导的油总酸值及物性量测值后输出上述油总酸值或上述物性量测值或上述油总酸值及物性量测值信息；
上述电导测量用传感器单元包括：
基板，具有给定面积；
电导传感膜，为了测量上述油的电导而在上述基板上部面把碳纳米管丝网印刷后加以烧结成板状，其内部形成了多个孔；以及
上部电极，利用真空沉积方法进行图案化，形成于上述传感膜的上部面，上述上部电极连接外部电源。
6.根据权利要求5所述的油总酸值测量装置，其特征在于：上述上部电极是从上述传感膜的上部面延伸到上述基板上部面。
7.一种油总酸值测量装置，其特征在于，包括
总酸值表储存单元，储存总酸值表，该总酸值表把电导变化量映射到相应的油总酸值及物性量测值；
电导测量用传感器单元，在包括润滑油与绝缘油的油中测量电导；
还包括温度传感器，测量油温，以促使所述电导测量用传感器单元在40℃到120℃进行动作的方式设定温度范围；以及
总酸值计算单元，在上述总酸值表检索出相应于上述所测电导的油总酸值及物性量测值后输出上述油总酸值或上述物性量测值或上述油总酸值及物性量测值信息；
上述电导测量用传感器单元包括：
基板，具有给定面积；
电导传感膜，为了测量上述油的电导而在上述基板上部面把碳纳米管丝网印刷后加以烧结成板状，其内部形成了多个孔；以及
上部电极，利用真空沉积方法进行图案化，形成于上述传感膜的上部面，上述上部电极连接外部电源。
8.根据权利要求7所述的油总酸值测量装置，其特征在于：上述上部电极是从上述传感膜的上部面延伸到上述基板上部面。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的油总酸值测量装置，其特征在于：
上述基板在玻璃基板、硅基板及氧化铝烧结基板中任选一个使用。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的油总酸值测量装置，其特征在于：
上述电源是直流电源。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的油总酸值测量装置，其特征在于：
润滑油的上述物性是粘度与总碱值，绝缘油的上述物性是绝缘耐力、含水率及体积抵抗率。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的油总酸值测量装置，其特征在于：
上述碳纳米管进行丝网印刷时，上述电导传感膜的厚度为1μm到990μm。
13.根据权利要求1至8中任一项所述的油总酸值测量装置，其特征在于：
上述真空沉积方法是E-beam evaporator或Sputtering method。
14.一种基于油总酸值测量结果的寿命估算装置，其特征在于，包括
总酸值表储存单元，储存总酸值表，该总酸值表把电导变化量与油使用时间映射到相应的油总酸值与物性量测值；
电导测量用传感器单元，在包括润滑油与绝缘油的油中测量电导；
总酸值计算单元，在上述总酸值表检索出相应于上述所测电导的油总酸值及物性量测值后输出上述油总酸值或上述物性量测值或上述油总酸值及物性量测值信息；以及
预估寿命计算单元，在上述总酸值表中检索相应于上述总酸值信息的油使用时间，利用检索出来的上述使用时间生成上述油的预估寿命信息；
上述电导测量用传感器单元包括：
基板，具有给定面积；
电导传感膜，为了测量上述油的电导而在上述基板上部面把碳纳米管丝网印刷后加以烧结成板状；以及
上部电极，利用真空沉积方法进行图案化，形成于上述传感膜的上部面，上述上部电极连接外部电源。
15.根据权利要求14所述的基于油总酸值测量结果的寿命估算装置，其特征在于：
上述电导传感膜的内部形成了多个孔。
16.根据权利要求14所述的基于油总酸值测量结果的寿命估算装置，其特征在于：上述上部电极是从上述传感膜的上部面延伸到上述基板上部面。
17.根据权利要求16所述的基于油总酸值测量结果的寿命估算装置，其特征在于：
上述电导传感膜的内部形成了多个孔。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的基于油总酸值测量结果的寿命估算装置，其特征在于：
上述基板在玻璃基板、硅基板及氧化铝烧结基板中任选一个使用。
19.根据权利要求14至17中任一项所述的基于油总酸值测量结果的寿命估算装置，其特征在于：
上述电源是直流电源。
20.根据权利要求14至17中任一项所述的基于油总酸值测量结果的寿命估算装置，其特征在于：
润滑油的上述物性是粘度与总碱值，绝缘油的上述物性是绝缘耐力、含水率及体积抵抗率。
21.根据权利要求14至17中任一项所述的基于油总酸值测量结果的寿命估算装置，其特征在于：
上述碳纳米管进行丝网印刷时，上述电导传感膜的厚度为1μm到990μm。
22.根据权利要求14至17中任一项所述的基于油总酸值测量结果的寿命估算装置，其特征在于：
还包括视觉信息显示单元，在文字或图像中至少使用一种方式以视觉方式表示上述预估寿命信息。
23.根据权利要求14至17中任一项所述的基于油总酸值测量结果的寿命估算装置，其特征在于另外包括：
临界值判断单元，当上述预估寿命信息未达到事先储存的油寿命临界值时就生成换油请求信息；以及
告警声输出单元，生成上述换油请求信息后通过音频方式输出换油提示信息。
24.根据权利要求14至17中任一项所述的基于油总酸值测量结果的寿命估算装置，其特征在于：
上述真空沉积方法是E-beam evaporator或Sputtering method。
25.一种油总酸值测量方法，其特征在于，包括下列步骤：
构建储存总酸值表的总酸值表储存单元，该总酸值表把电导变化量映射到相应的油总酸值及物性量测值；
利用在基板上部面把碳纳米管丝网印刷后烧结成板状电导传感膜、及通过上部电极来测量油的电导，上述上部电极利用真空沉积方法进行图案化而形成于上述传感膜的上部面，上述上部电极连接外部电源；以及
在上述总酸值表检索出相应于上述所测电导的油总酸值及物性量测值后输出上述油总酸值或上述物性量测值或上述油总酸值及物性量测值信息。
26.根据权利要求25所述的油总酸值测量方法，其特征在于：上述电导传感膜的内部形成了多个孔。
27.根据权利要求25所述的油总酸值测量方法，其特征在于：上述上部电极是从上述传感膜的上部面延伸到上述基板上部面。
28.根据权利要求27所述的油总酸值测量方法，其特征在于：上述电导传感膜的内部形成了多个孔。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的油总酸值测量方法，其特征在于：上述真空沉积方法使用E-beam evaporator或Sputtering method。
30.根据权利要求25至28中任一项所述的油总酸值测量方法，其特征在于：上述基板在玻璃基板、硅基板及氧化铝烧结基板中任选一个使用。
31.根据权利要求25至28中任一项所述的油总酸值测量方法，其特征在于：上述电源是直流电源。
32.根据权利要求25至28中任一项所述的油总酸值测量方法，其特征在于：润滑油的上述物性是粘度与总碱值，绝缘油的上述物性是绝缘耐力、含水率及体积抵抗率。
33.根据权利要求25至28中任一项所述的油总酸值测量方法，其特征在于：上述碳纳米管进行丝网印刷时，上述电导传感膜的厚度为1μm到990μm。
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