CN102866097B - 一种变流量条件下油液颗粒计数器的污染度实时检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于检测技术，涉及一种变流量条件下油液颗粒计数器的污染度实时检测方法。本发明在油液污染度颗粒计数器采样时间T内，通过可编程逻辑器件对信号比较脉冲输出电路的脉冲信号进行计时，可以得到颗粒流经油液污染度颗粒计数器油池的时间分别为T1、T2、T3、T4、T5、T6。同时，可以得到相应尺寸范围对应的颗粒总数为N1、N2、N3、N4、N5、N6。通过数学计算的方法，得出油液的流速，进而得出不同颗粒尺寸的污染度浓度。本发明省去了油液颗粒计数器需要在其前端串接恒流取样泵，极大程度地降低了油液污染度测试的成本。

Description

一种变流量条件下油液颗粒计数器的污染度实时检测方法

技术领域

本发明属于检测技术，涉及一种变流量条件下油液颗粒计数器的污染度实时检测方法。

背景技术

随着很多行业对工作介质的洁净度或污染度提出较为严格的监测或检测要求，油液污染在线监测仪已经成为这些行业对洁净度检测的首选手段，我国和其它少数西方国家都已经研制出很多产品。油液污染在线监测仪的核心设备是油液颗粒计数器，如图1所示为油液颗粒计数器的原理示意图。基本原理是：激光光源发出平行光束穿过传感器检测区照在光电接收器上，光穿过传感器检测区在光电接收器靶面上的投影面积为A，检测区中液体流动的方向与光束垂直，当液流中不含颗粒时，经光电转换后电路输出为一个直流电压，当液流中含有一个在光电接收器靶面上的投影面积为a的颗粒通过传感器检测区时，由于颗粒遮挡了部分光线，光电接收器上接收到的光强度衰减，经光电转换后电路输出一个幅度为E₀的负脉冲。用等效直径d描述该颗粒，则颗粒通过光束时在光电接收器件器上产生的投影面积与不透明球形颗粒通过光束时产生的投影面积相同时，球形颗粒的直径就是该颗粒的等效直径d，即

为了精确地自动在线检测系统的油液污染度，需要具备以下3项关键技术：一是能够对油液中的动态的颗粒污染物进行精确计数；二是能够精确地控制并检测被测油液的流量；三是能够保证流经颗粒计数器的油液与液压系统中测点的油液具有相同的颗粒数和颗粒尺寸分布，即保证在线测量的有效性。油液污染度在线检测的核心是能够精确地对油液中的固体颗粒污染物进行计数，从而知道被测系统的油液污染度。检测被测系统油液中的颗粒数用颗粒计数传感器在线检测完成，油液的污染度是用每毫升颗粒数来表示的，为了计算油液污染度，必须精确测量和控制流经颗粒计数传感器的流量。

颗粒计数器在进行油液污染度检测过程中，由于不能测试出通过油液的流量，因此要求流经颗粒计数器的油液必须是固定流量，否则将直接影响油液污染度的检测精度。所以在以往的各类油液污染度测试仪器中，微流量的控制是关键问题。多数油液颗粒计数器要求流经的流量固定在25mL/min，且不能发生流量变化。

由于油液污染度的数值与油液的流量紧密相关，只有油液颗粒计数器准确获取流经油液的流量值才能测试出油液污染度结果，因此每台油液颗粒计数器必须与恒流计量泵配合才能使用，因此造成诸多不便。如德国KLOTZ公司的PPMS型油液污染度检测仪、美国PALL公司的PFC200型油液污染度检测仪等都在油液颗粒计数器前装有计量泵来保证其流量不变。

如图2所示，油液污染度检测仪一般由微流量控制系统（一般采用恒流计量泵）、油液污染度颗粒计数器、信号采集和处理系统等几部分组成。恒流计量泵的作用是对流经油液污染度颗粒计数器的油液进行采样并且稳定恒流量地输出给油液颗粒计数器。油液颗粒计数器的作用是对流经的油液进行污染度的检测。数据显示装置将污染度检测结果输出。

由于计量泵等装置的存在，大大提高了油液污染度检测仪的制造成本。因此，本发明提出一种不需要计量泵等流量调节装置的，能够实现变流量条件下油液颗粒计数器的污染度实时检测方法。

发明内容：

本发明的目的是提出一种能够在变化流量下对通过油液颗粒计数器的油液污染度进行实时检测的方法，可准确并实时地检测出油液流速，从而不需要与恒流计量泵配合使用。

本发明所采用的技术方案是：油液污染度颗粒计数器包括激光光源、光电接收管、激光光源驱动电路、采样油池、光电转换电路、放大电路、信号脉冲比较输出电路、计数电路，油液污染度颗粒计数器的输入端与标准计时电路相接，液污染度颗粒计数器可编程逻辑器件分别接受来自油液系统的4um(c)以上、6um(c)以上、14um(c)以上、21um(c)以上、38um(c)以上、70um(c)以上颗粒，同时接受标准计时电路的时间信息，得到与油液颗粒对应的时间T1、T2、T3、T4、T5、T6，同时，得到相应尺寸范围对应的颗粒总数为N1、N2、N3、N4、N5、N6，利用4um(c)以上的颗粒总数除以时间得到油液流速，即v=N1/[((T1-T2)/4+((T2-T3)/6+((T3-T4)/14+((T4-T5)/21)+((T5-T6)/38+T6/70]，根据流速得到不同颗粒尺寸范围的污染度：C_i=k(N_i-N_i+1)/(TSv)

其中，C_i为各种尺寸的颗粒污染度，i=1、2、┈6，k为油液污染度颗粒计数器的标定系数，N_i为各种尺寸的颗粒总数，T为油液颗粒计数器采样时间，S为油池的截面积，v为油液流速。

本发明的优点是：一是省去了油液颗粒计数器需要在其前端串接恒流计量泵，极大程度地降低了油液污染度测试仪器的成本。二是对于油液污染度检测仪的重量和体积有严格要求的场合，非常适用。

附图说明：

图1是油液颗粒计数器的原理；

图2是现有油液污染度监测仪的构成示意图；

图3是本发明检测变化流量下油液污染度的方法示意图；

图4是采用本方法的油液污染度测试仪构成。

具体实施方式

本发明包括，分别记录下每种尺寸范围颗粒通过颗粒计数器采样油池的时间以及相应所有颗粒的数量。通过数学计算的方法，得出油液的流速及不同尺寸范围颗粒污染度。信号采集和处理模块包括两大部分功能：一是颗粒计数，包括计算颗粒个数，根据电压脉冲幅值计算颗粒的等效直径，并经过比较与计算输出为不同尺寸段的颗粒数；二是油液流量的测定，包括计算颗粒的速度并以颗粒速度代替油液流速，进而计算出流过颗粒计数器的油液流量，从而得出油液的污染度等级。

根据国家军用标准GJB420B-2006《航空工作液固体污染度分级》，油液固体污染度是按被测试的100毫升油液中所含不同尺寸颗粒范围的最大颗粒数量划分的，各尺寸颗粒范围分别为4um(c)、6um(c)、14um(c)、21um(c)、38um(c)、70um(c)。

油液颗粒计数器一般包括：激光光源、光电接收管、激光光源驱动电路、采样油池、光电转换电路、放大电路、信号脉冲比较输出电路、计数电路等几部分组成。计数电路的核心器件为可编程逻辑器件。如图3所示，在油液颗粒计数器采样时间T内，通过可编程逻辑器件对信号比较脉冲输出电路的脉冲信号进行计时，可以得到4um(c)以上、6um(c)以上、14um(c)以上、21um(c)以上、38um(c)以上、70um(c)以上颗粒流经油液颗粒计数器油池的时间分别为T1、T2、T3、T4、T5、T6。通过可编程逻辑器件，也可以得到4um(c)以上的颗粒总数为N1，6um(c)以上的颗粒数为N2，14um(c)以上的颗粒数为N3，21um(c)以上颗粒数为N4，38um(c)以上颗粒数为N5，70um(c)以上的颗粒数为N6，颗粒计数器油池的截面积为S。

设4um(c)以上且6um(c)以下的颗粒数为n1，6um(c)以上且14um(c)以下的颗粒数为n2，14um(c)以上且21um(c)以下的颗粒数为n3，21um(c)以上且38um(c)以下的颗粒数为n4，38um(c)以上且70um(c)以下的颗粒数为n5，70um(c)以上的颗粒数为n6，则T1、T2、T3、T4、T5、T6分别等于流经颗粒计数器油池的各自尺寸颗粒与对应数量的乘积再除以流速v，即

T1=(4n1+6n2+14n3+21n4+38n5+70n6）/v    （1）

T2=(6n2+14n3+21n4+38n5+70n6）/v        （2）

T3=(14n3+21n4+38n5+70n6）/v            （3）

T4=(21n4+38n5+70n6）/v                 （4）

T5=(38n5+70n6）/v                      （5）

T6=70n6/v                              （6）

N1=n1+n2+n3+n4+n5+n6                   （7）

将上述式子经过换算，可以得到：

v=N1/[((T1-T2)/4+((T2-T3)/6+((T3-T4)/14+((T4-T5)/21)+((T5-T6)/38+T6/70]                                        （8）

因此，可以得出不同颗粒尺寸的污染度浓度为：

C1=k(N1-N2)/(TSv)                      （9）

C2=k(N2-N3)/(TSv)                      （10）

C3=k(N3-N4)/(TSv)                      （11）

C4=k(N4-N5)/(TSv)                      （12）

C5=k(N5-N6)/(TSv)                      （13）

C6=kN6/(TSv)                           （14）

式中，k为常数。

如图4所示，为采用本发明后的油液污染度检测仪示意图，省去了恒流计量泵，极大降低了成本以及油液污染度监测仪的体积和重量。

Claims (1)

1.一种变流速油液污染度颗粒计数器的污染度实时检测方法，其特征是，油液污染度颗粒计数器包括激光光源、光电接收管、激光光源驱动电路、采样油池、光电转换电路、放大电路、信号脉冲比较输出电路、计数电路，油液污染度颗粒计数器的输入端与标准计时电路相接，油液污染度颗粒计数器可编程逻辑器件分别接受来自油液系统的4um(c)以上、6um(c)以上、14um(c)以上、21um(c)以上、38um(c)以上、70um(c)以上颗粒，同时接受标准计时电路的时间信息，得到与油液颗粒对应的时间T1、T2、T3、T4、T5、T6，同时，得到相应尺寸范围对应的颗粒总数为N1、N2、N3、N4、N5、N6，利用4um(c)以上的颗粒总数除以时间得到油液流速，即v=N1/[((T1-T2)/4+((T2-T3)/6+((T3-T4)/14+((T4-T5)/21)+((T5-T6)/38+T6/70]，根据流速得到不同颗粒尺寸范围的污染度：C_i=k(N_i-N_i+1)/(TSv)

其中，C_i为各种尺寸的颗粒污染度，i=1、2、┈6，k为油液污染度颗粒计数器的标定系数，N_i为各种尺寸的颗粒总数，T为油液颗粒计数器采样时间，S为油池的截面积，v为油液流速。