CN102628821B - 基于电导率测量的在线润滑油微量水分传感器 - Google Patents

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Abstract

本发公开了一种基于电导率测量的在线润滑油微量水分传感器，包括传感器探头、传感器壳体及传感器测试电路，所述传感器探头通过过盈配合固定于传感器壳体的上端盖上，所述电路通过螺纹连接固定于传感器壳体的底壳中。本发明基于电导率测量的在线润滑油微量水分传感器：能测量润滑油中最小0.1％含水量，并能检测润滑油中是否存在游离水，且其测量结果不受气泡的影响；可安装于机械设备在线实时监测，以实现润滑油全寿命周期在线监测和自动报警；测量范围和精度可调，以实现不同的测量要求。

Description

基于电导率测量的在线润滑油微量水分传感器
技术领域
本发明涉及油液监测领域，特别涉及一种在线、小体积、高精度的润滑油微量水分传感器。
背景技术
润滑油污染是机械设备故障重要原因之一，而水污染是润滑油污染的主要原因之一。据统计，润滑油的水分含量达到0.1％时，油液开始变成白浊状，润滑油的水分含量达到0.4％时，轴承将发生严重磨损。实验表明：随着含水量的逐渐增加，润滑油的抗磨性逐渐下降，当水分含量超过0.4％达1％甚至更高的时候，抗磨性急剧下降，润滑油的润滑性丧失。因此，实时监测润滑油中0.1％到1％的水分含量及其状态，对预报和避免机械设备故障有重要意义。
目前市面上的在线测量传感器原理以基于介电常数的电容法居多。申请号为201010295276.9的发明专利中提到基于介电常数的电容法的美国迪沃森公司的EASZ-1系列产品，并指出该系列的产品仅适用水分含量较高的情况，对微量水分含量不能准确测量。同时这类产品的明显缺点在于不能避免气泡的影响。若润滑油液中混有气泡，测量结果有较大的偏差。因此，开发一种高精度的、不受气泡影响的在线润滑油在线水分传感器具有重要意义。
原油的电导率约为10-11S/m，水的电导率约为10-5S/m，因此，油水混合物的电导率主要取决于油液中水的含量，且油水混合物电导率大小与油液水分含量成正相关。本发明正是依据油水电导相差巨大这一特性，测量油水混合物的电导率，得出润滑油中水分含量。由于空气的电导率略小于原油电导率，且一般油液中的气泡含量很少，因此测量过程中可以忽略气泡的影响。
发明内容
本发明针对现有技术的缺点，提出一种基于电导率测量的在线润滑油微量水分传感器，其特点是体积小、能测量到最小0.1％的含水量，并能检测润滑油中是否存在游离水，测量结果几乎不受气泡的影响。
本发明的技术方案是这样实现的：
基于电导率测量的在线润滑油微量水分传感器包括：
传感器探头、传感器壳体及传感器测试电路，所述传感器探头通过过盈配合固定于传感器壳体的上端盖上，所述电路通过螺纹连接固定于传感器壳体的底壳中。
所述传感器探头为绝缘圆柱体，绝缘圆柱体上绕有一层两根相互紧挨的平行的漆包细导线，两根漆包线的一端悬空，另一端接入电路，两根漆包线表面削去部分绝缘漆，露出部分导线形成测量电极。
所述传感器测试电路包括：稳压部分、采样部分和两级放大部分，稳压部分：24V直流电源从二极管D1一端接入，二极管D1另一端串接电阻R1，电阻R1再与三端稳压管U3和三端稳压管U4串联，三端稳压管U3的输入端和地端之间并联电容C1，三端稳压管U3的输出端和地端并联电容C2，三端稳压管U4的输出端与地端之间并联电容C3，三端稳压管U3的输出端输出电压为12V，三端稳压管U4的输出端输出为5V；采样部分：电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16分别对应传感器的四个测量探头，将电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16分别串联一支二极管后并联，对应的四只二极管分别为二极管D2、二极管D3、二极管D4和二极管D5，再将电阻R2、电阻R4串联于该并联电路的两端，电阻R12的另一端接12V，电阻R4的另一端接地，在电阻R4与电阻R16之间接电阻R5，电阻R5的另一端为输出，在输出端与地端并联电容C4；两级放大部分：采样部分输出信号接入两级放大部分，第一级放大与电阻R9串联，再与第二级放大串联，再与电阻R12串联，电阻R12的另一端作为输出，在输出端与地端并联电容C8。
所述传感器壳体包括：底板、底壳、上端盖、流道、下端盖。底壳通过螺纹连接固定于底板上，流道通过螺纹连接固定于底壳上，上端盖通过螺纹连接固定于流道上，下端盖通过螺纹连接固定于流道上。
所述流道上匀布四个圆孔，圆孔两端有倒角引流，以保证润滑油液均匀的流经四个传感器探头。
所述上端盖上设有布置线路的布线槽和用于连接快速接头的上端盖螺纹孔。
所述下端盖上设有用于连接快速接头的下端盖螺纹孔和锥孔，锥孔可保证测试完成后流道中不易残留油液。
本发明基于电导率测量的在线润滑油微量水分传感器与现有的水分传感器相比，有以下优点：
1、在线实时监测、小体积、高精度、可安装于机械设备，以实现润滑油全寿命周期在线监测和自动报警。
2、可以检测出是否有游离水的存在。
3、气泡对传感器的影响可忽略不计。
4、改变传感器探头长度、漆包线直径，可改变传感器的测量范围和精度，实现不同的测量要求。
附图说明
图1是本发明的基于电导率测量的在线润滑油微量水分传感器的探头的结构图；
图2是本发明的传感器测试电路的稳压部分；
图3是本发明的传感器测试电路的采样部分；
图4是本发明的传感器测试电路的两级放大部分；
图5是本发明的传感器壳体的剖视图；
图6是本发明的流道的俯视图；
图7是本发明的上端盖的剖视图；
图8是图7的上视图；
图9是本发明的一种下端盖的剖视图；
图中：1、漆包线b；2、漆包线a；3绝缘柱体；4、底板；5、底壳；6、上端盖；7、流道；8、传感器探头；9、下端盖；10、圆孔11、布线槽；12、上端盖螺纹孔；13锥孔；14、下端盖螺纹孔。
具体实施方式
图1所示，本发明基于电导率测量的在线润滑油微量水分传感器的探头的具体实施方式：由绝缘柱体3和漆包线a、漆包线b组成。漆包线a、漆包线b相互紧挨平行的缠绕于绝缘柱体3上，削去约漆包线直径四分之一厚的部分，使两根漆包线铜芯部分裸露形成测量电极，两根漆包线的一端悬空，另一端分别接入电路。
图2是本发明传感器测试电路的稳压部分的具体实施方式：24V直流电源从二极管D1一端接入，二极管D1另一端串接电阻R1，电阻R1再与三端稳压管U3和三端稳压管U4串联，三端稳压管U3的输入端和地端之间并联电容C1，三端稳压管U3的输出端和地端并联电容C2，三端稳压管U4的输出端与地端之间并联电容C3，三端稳压管U3的输出端输出电压为12V，三端稳压管U4的输出端输出为5V。
图3是本发明传感器测试电路的采样部分的具体实施方式：电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16分别对应传感器的四个测量探头，将电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16分别串联一支二极管后并联，对应的四只二极管分别为二极管D2、二极管D3、二极管D4和二极管D5，再将电阻R2、电阻R4串联于该并联电路的两端，电阻R12的另一端接12V，电阻R4的另一端接地，在电阻R4与电阻R16之间接电阻R5，电阻R5的另一端为输出，在输出端与地端并联电容C4。
图4是本发明传感器测试电路的两级放大部分的具体实施方式：采样部分输出信号接入两级放大部分，第一级放大与电阻R9串联，再与第二级放大串联，再与电阻R12串联，电阻R12的另一端作为输出，在输出端与地端并联电容C8。
图5是本发明传感器壳体的具体实施方案，底壳5通过螺纹连接固定于底板4上，流道7通过螺纹连接固定于底壳5上，上端盖6通过螺纹连接固定于流道7上，下端盖9通过螺纹连接固定于流道7上，上端盖6、下端盖9和流道7之间用O型圈密封。
传感器探头8通过过盈配合固定于上端盖6上，传感器探头输出线路经上端盖6的布线槽引至底壳中传感器测试电路，传感器测试电路由螺纹连接固定于底壳5中。
图6是本发明的流道的具体实施方式，流道7上匀布四个圆孔10，圆孔两端有倒角引流，以保证润滑油液均匀的流经四个传感器探头。
图7、图8是本发明的上端盖的具体实施方式，上端盖6上设有布置线路的布线槽11和用于连接快速接头的上端盖螺纹孔12。
图9是本发明的下端盖的具体实施方式，下端盖9上设有用于连接快速接头的下端盖螺纹孔13和锥孔14，锥孔可保证测试完成后流道中不易残留油液。
润滑油水分在线测量步骤如下：
1、搭建辅助油路：由微量泵提供油液循环动力，将被监测油液从油箱引入至微量泵，再由微量泵输出至传感器下端盖的快速接头，由传感器上端盖输出回到油箱。
2、搭建测试系统：将24V直流稳压电源接至传感器电源输入端，传感器输出端以差分方式接入数据采集卡，再由数据采集将水分传感器输出的模拟信号转换为数字信号输入PC机。
3、实现在线测试：采集实验数据，计算水分含量，记录分析水分含量变化趋势，实现水分含量超标自动报警。

Claims (4)

1.基于电导率测量的在线润滑油微量水分传感器，包括：传感器探头（8）、传感器壳体及传感器测试电路，其特征在于，所述传感器探头（8）通过过盈配合固定于传感器壳体的上端盖（6）上，所述电路通过螺纹连接固定于传感器壳体的底壳（5）中；
所述传感器探头（8）包括绝缘圆柱体，绝缘圆柱体上绕有一层两根相互紧挨的平行的漆包细导线a、b，漆包细导线a、b的一端悬空，另一端接入电路，漆包细导线a、b表面削去部分绝缘漆，露出部分导线形成测量电极；
所述传感器测试电路包括：稳压部分、采样部分和两级放大部分，其中，稳压部分为：24V直流电源从二极管D1一端接入，二极管D1另一端串接电阻R1，电阻R1再与三端稳压管U3和三端稳压管U4串联，三端稳压管U3的输入端和地端之间并联电容C1，三端稳压管U3的输出端和地端之间并联电容C2，三端稳压管U4的输出端与地端之间并联电容C3，三端稳压管U3的输出端输出电压为12V，三端稳压管U4的输出端输出电压为5V；采样部分为：电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16分别对应传感器的四个测量传感器探头，将电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16分别串联一支二极管后并联，对应的四只二极管分别为二极管D2、二极管D3、二极管D4和二极管D5，再将电阻R2、电阻R4串联于该并联电路的两端，电阻R12的另一端接12V，电阻R4的另一端接地，电阻R5的一端接在电阻R4与电阻R16之间的结点，电阻R5的另一端为输出，在输出端与地端之间并联电容C4；两级放大部分为：采样部分输出信号接入两级放大部分，第一级放大与电阻R9串联，再与第二级放大串联，再与电阻R12串联，电阻R12的另一端作为输出，在输出端与地端之间并联电容C8；
所述传感器壳体包括：底板（4）、底壳（5）、上端盖（6）、流道（7）、下端盖（9），底壳（5）通过螺纹连接固定于底板（4）上，流道（7）通过螺纹连接固定于底壳（5）上，上端盖（6）通过螺纹连接固定于流道（7）上，下端盖（9）通过螺纹连接固定于流道（7）上。
2.根据权利要求1所述基于电导率测量的在线润滑油微量水分传感器，其特征在于，所述流道（7）上匀布四个圆孔（10），圆孔（10）两端有倒角引流，以保证润滑油液均匀的流经四个传感器探头。
3.根据权利要求1所述基于电导率测量的在线润滑油微量水分传感器，其特征在于，所述上端盖（6）上设有布置线路的布线槽（11）和用于连接快速接头的上端盖螺纹孔（12）。
4.根据权利要求1所述基于电导率测量的在线润滑油微量水分传感器，其特征在于，所述下端盖（9）上设有用于连接快速接头的下端盖螺纹孔（14）和锥孔（13），锥孔保证测试完成后流道中不易残留油液。
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