CN103134742A - 一种油液铁磁性磨粒现场检测装置 - Google Patents

一种油液铁磁性磨粒现场检测装置 Download PDF

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田洪祥
严新平
吕植勇
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Abstract

一种油液铁磁性磨粒现场检测装置，包括开口形状为V型的软磁芯线圈(1)、底部形状为楔形的油样杯(2)和巨磁电阻磁场传感器(3)。其特征在于：在外加磁场下，磁化并聚集油样中的铁磁性磨粒，通过巨磁电阻磁场传感器(3)测量铁磁性磨粒剩磁的大小来检测油液中的铁磁性磨粒含量。本发明不受磨粒大小的影响，可以精确地反映油液中铁磁性磨粒的含量，能够作为可靠的筛选油样是否需要进行铁谱分析的手段。

Description

一种油液铁磁性磨粒现场检测装置
所属技术领域
本发明涉及一种润滑油和液压油中铁磁性磨粒含量的现场检测装置，属于机械设备磨损状态监测与故障诊断领域。
背景技术
按照检测原理的不同，磨粒检测手段主要有光谱分析法、铁谱分析法、磨粒计数法、重量分析法、显微镜法、超声波法、电阻测量法、电容测量法和电磁感应测量法等。其中分析式铁谱仪可以分析磨粒的类别、形态、浓度、尺寸分布、颜色、材料成分、几何形貌和表面纹理等特征，能够全面地分析铁磁性磨粒所携带的信息。但是制备铁谱片和分析需要的时间较长，受时间和操作人员精力的限制，不能做到对每一个油样都进行分析。现有的磨粒检测方法受本身特点的限制，不能作为可靠的筛选油样是否需要进行铁谱分析的手段。如光谱分析仅对小于10μm的磨粒检测能力较高，对大于10μm的磨粒检测效率较低，而机械设备异常磨损时常常都伴随着较大磨粒的出现，所以光谱分析不能准确反映异常磨损设备油样的颗粒含量，不能准确筛选油样是否需要进行铁谱分析。
目前，已申请的相关专利有200520095299.x，该专利的油样瓶虽然是锥形，但是底部是圆形平地，不足以将磨粒集中到一起形成规则的形状，造成测量的结果出现系统误差，影响检测的精确度。此外，该装置采用线圈进行检测，需要复杂的信号采集和调理电路，不利于普及。
发明内容
本发明针对现有油液磨粒检测技术存在的不足，设计了一种油液铁磁性磨粒现场检测装置。
本发明所采用的技术方案是：由V型开口软磁芯线圈(1)产生由上至下逐渐增强且方向为水平方向的磁场，磁化并聚集放入其开口处的油样杯(2)中的油样铁磁性磨粒；油样杯(2)的底部内部形状为楔形，当油样杯(2)中的油样铁磁性磨粒被磁化后，在由上至下逐渐增强的磁场作用力下，会不断向油样杯(2)的底部聚集，且排列在同一直线上；当给V型开口软磁芯线圈(1)两端断电时，其开口处的磁场强度迅速减小至零，通过巨磁电阻磁场传感器(3)测量油样杯(2)底部聚集的铁磁性磨粒剩磁的大小，来确定油样中的铁磁性磨粒含量。
一种油液铁磁性磨粒现场检测装置，其特征在于：包括V型开口软磁芯线圈(1)。在线圈两端通直流电时，可以在V型开口处产生由上至下逐渐增强的磁场，磁场方向为水平方向；当线圈两端断电时，磁芯开口处的磁场强度迅速减小至零。
一种油液铁磁性磨粒现场检测装置，其特征在于：包括底部形状为楔形的油样杯(2)。油样杯(2)底部的内部形状前视图和侧视图分别为倒梯形和倒三角形。当油样杯(2)放入V型开口软磁芯线圈(1)的开口中时，V型开口软磁芯线圈(1)产生的由上至下逐渐增强且方向为水平方向的磁场磁场，会使油样中的铁磁性磨粒逐渐向油样杯(2)的楔形底部聚集且排列在同一条直线上。
上述装置包括巨磁电阻磁场传感器(3)。该磁场传感器最敏感的检测部位位于芯片的中心点，而其他部位的检测灵敏度远低于该点；敏感的磁场检测方向为传感器的长轴方向。
上述装置包括输出显示电路。该部分由放大电路、AD转换和数字显示三部分组成，其结构图如图3所示。
上述装置中，V型开口软磁芯线圈(1)的励磁电压最好为直流12V。
上述装置中，油样杯的底部厚度最好为0.6mm，误差不超过±0.01mm。
本发明的有益效果是：油液铁磁性磨粒检测装置不受磨粒大小的影响，可以精确地反映油液中铁磁性磨粒的含量，能够作为可靠的筛选油样是否需要进行铁谱分析的手段，且输出显示电路简单，便于生产制作。
附图说明
图1是本发明实例的结构示意图
图2是油样杯(2)的剖面图
图3是输出显示电路结构图
图4是油液铁磁性磨粒现场检测装置(简写为DOFP)和原子发射光谱仪对5种不同浓度的1-5μm铁颗粒油样的检测结果比较图
图5是油液铁磁性磨粒现场检测装置(简写为DOFP)和原子发射光谱仪对5种不同浓度的1-75μm铁颗粒油样的检测结果比较图
图6是油液铁磁性磨粒现场检测装置(简写为DOFP)和原子发射光谱仪对由1-5μm和1-75μm铁颗粒油样按不同比例配置成的油样的检测结果比较图
图中：1为V型开口软磁芯线圈，2为油样杯，3为巨磁电阻磁场传感器。
具体实施方式
如图1所示，油液铁磁性磨粒现场检测装置由V型开口软磁芯线圈(1)、油样杯(2)和巨磁电阻磁场传感器(3)组成。实施步骤如下：
1、为V型开口软磁芯线圈(1)加12V直流电，在V型开口处产生由上至下逐渐增强的磁场，磁场方向为水平方向；当线圈两端断电时。
2、加2.5mL均匀混合的油样至油样杯(2)中，将其放入磁芯的开口中。由于油样杯(2)底部的内部形状为楔形，所以在V型开口软磁芯线圈(1)产生的磁场作用下，油样杯(2)中的铁磁性磨粒被磁化且逐渐向油样杯(2)的底部聚集，并排列在同一直线上。
3、8分钟后，断掉V型开口软磁芯线圈(1)两端的直流电，V型开口软磁芯线圈(1)开口处的磁场强度迅速减小至零。
4、2分钟后，给巨磁电阻磁场传感器(3)加12V直流电，由输出显示电路采集巨磁电阻磁场传感器(3)的输出电压信号，经过放大和AD转换后显示为油样的铁磁性颗粒浓度。
巨磁电阻磁场传感器(3)的型号可以为SAS030、SAS020及SAS012。
为了检验油液铁磁性磨粒现场检测装置对不同大小的铁磁性磨粒的检测能力，进行了如下的实验：
配制了大小和浓度不同的3类Fe磨粒油样A、B和C，共35个。
(1)配制大小为1-5μm，浓度为7、14、28、57和114μg/mL的Fe磨粒油样，为油样A。油样的序号、磨粒大小及配制浓度见表1。
表1油样A的磨粒大小及浓度
  序号   101   201   301   401   501
  Fe大小(μm)   1-5   1-5   1-5   1-5   1-5
  浓度(μg/mL)   7   14   28   57   114
(2)配制大小为1-75μm、浓度为7.5、15、31、62.5和125μg/mL的Fe磨粒油样，为油样B。油样的序号、磨粒大小及配制浓度见表2。
表2油样B的磨粒大小及浓度
  序号   102   202   302   402   502
  Fe大小(μm)   ＜75   ＜75   ＜75   ＜75   ＜75
  浓度(μg/mL)   7.5   15   31   62.5   125
(3)把油样A和油样B中浓度相近的两种油样，分别按照5∶1、2∶1、1∶1、1∶2和1∶5的体积比混合配制，共25个，为油样C。油样C的序号、混合油样号、混合体积比和实际浓度见表3。
表3油样C的组成成分
Figure BSA00000619501700031
分别使用油液铁磁性磨粒现场检测装置(简写为DOFP)和SPECTROIL M型原子发射光谱仪对油样A、B和C进行检测，比较检测结果。
以浓度为横坐标，以油样A的光谱检测浓度和油液铁磁性磨粒现场检测装置(DOFP)数据为纵坐标，绘制油样A的光谱浓度与DOFP数据比较图，见图4。
由图4可见：油液铁磁性磨粒现场检测装置的检测数据明显地比光谱数据更接近配制油样的实际浓度。
以浓度为横坐标，以油样B的光谱检测浓度和油液铁磁性磨粒现场检测装置(DOFP)数据为纵坐标，绘制油样B的光谱浓度与DOFP数据比较图，见图5。
由图5可见：对于完全由1-75μm的Fe磨粒组成的油样B，原子发射光谱仪的检测数据基本不随油样中Fe磨粒浓度的变化而变化，都维持在10μg/mL左右；而DOFP检测数据，可以较好反映Fe磨粒的实际浓度。
以浓度为横坐标，以油样C的光谱浓度和油液铁磁性磨粒现场检测装置(简写为DOFP)数据为纵坐标，绘制油样C的光谱数据与DOFP数据比较图，见图6。
由图6可见，对于由油样A和油样B按照不同的比例混合得到的油样C：
(1)原子发射光谱浓度，随着大磨粒浓度的增大而逐渐减低；大磨粒的比例越高，光谱数据越小；大磨粒的比例越低，光谱数据越大；
(2)DOFP的检测数据中，各种大小磨粒的油样数据曲线交织在一起，并没有表现出明显的差别；
(3)不论大小磨粒如何混合，DOFP检测数据均比光谱检测浓度都更接近油样的实际浓度值，更能反映油样实际浓度的变化趋势。
因此，可以得出这样的结论：油液铁磁性磨粒现场检测装置(DOFP简写为)可以很好地弥补原子发射光谱仪对大于10μm的Fe磨粒检测效率不高的缺点。
尽管实施例对本发明做出了详尽的描述，但人们还可以对其作出不偏离其中心思想的修改，如采用检测精度更高的磁场检测传感器。这些修改都属于本发明保护范围，本发明保护范围应以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种油液铁磁性磨粒现场检测装置，包括V型开口软磁芯线圈(1)。
2.一种油液铁磁性磨粒现场检测装置，包括底部形状为楔形的油样杯(2)。
3.根据权利要求1所述的一种油液铁磁性磨粒现场检测装置，其特征是在V型开口的软磁芯线圈(1)两端通直流电时，可以在V型开口处产生由上至下逐渐增强的磁场，磁场方向为水平方向；当线圈两端断电时，磁芯开口处的磁场强度迅速减小至零。
4.根据权利要求2所述的一种油液铁磁性磨粒现场检测装置，其特征是油样杯(2)底部内部形状的前视图和侧视图分别为倒梯形和倒三角形。当含油样的油样杯(2)放入V型开口软磁芯线圈(1)中时，V型开口软磁芯线圈(1)产生的磁场，能够使油样中的铁磁性磨粒磁化并聚集在油样杯(2)底部的直线上。
5.根据权利要求1和2所述的一种油液铁磁性磨粒现场检测装置，其特征是通过巨磁电阻磁场传感器(3)测量经过V型开口软磁芯线圈(1)磁化后的油样杯(2)中的铁磁性磨粒剩磁的大小来反映油液中的铁磁性磨粒的含量。
6.根据权利要求1所述的一种油液铁磁性磨粒现场检测装置，其特征是V型开口软磁芯线圈(1)的电压为直流12V。
7.根据权利要求1所述的一种油液铁磁性磨粒现场检测装置，其特征是所述油样杯(2)的底部厚度最好为0.6mm，误差不超过±0.01mm。
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