CN103210299A - 用于确定润滑油衰变状态的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于确定已被使用的油的衰变的方法和装置。本发明基于计算未被使用的油在红色、绿色和蓝色透射光谱频带的分量IR0、IG0和IB0，在被使用后对同一油执行若干次的透射率测量，如下计算已被使用的油的颜色指数和基准颜色指数：CI=1×IR+0.5×IG+0.5×IB CIREF=1×IR0+0.5×IG0+0.5×IB0，然后如下获取所述总体衰变的值：OD(%)=100-100×LOG10(CIREF/CI)。凭借本方法和相应的装置，便于实时监测油的衰变。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定润滑油和液压油的衰变（degradation）状态的方法。更准确来讲，它涉及一种用以通过测量油在可见光范围内的有色光谱（color spectrum）的透射率（transmittance）而提供对所述油的整体使用期间的总体衰变的准确读取的方法和装置。
背景技术
使用合适传感器来执行工业油监测的需求已被操作工程师、机械制造商以及甚至标准规范组织认为是重要领域，尤其是最近几年，其中方法和/或产品的可靠性、效率和安全性发挥非常重要的作用。
工业机械，不论是能量发生马达或压缩机、倍增器等均由于润滑剂和液压油的衰变而经受许多停机和故障。该问题在这些机械用作为更复杂系统的部件时引起危险的状况，从而从成本观点以及机械安全性方面出发，这些情况中的停机结果最为糟糕。
装置使用寿命的减少经常导致不必需的维护成本，而目前的“离线”测量方法不能提供对衰变过程的足够早的检测。另外，在许多环境（运输，工业，能源…）中，该控制方法意味着对于非常小的环境的明显的后勤负担和经济负担。为面对该问题，正在开发能够实时执行机器分析的新一代传感器。
考虑到上述的全部问题，智能传感器的使用将能够在中期优化使用寿命、减小机械中的成本及问题。关键性的机械能够从可靠性增大中受益，并且操作人员能够因非足量的维护工作而受益于工作量降低。
油衰变过程遵循若干众所周知的步骤：首先，其经受添加剂含量的降低，随后产生酸性化合物。酸性成分（如新型润滑油中的添加剂，工作润滑油中的氧化化合物）的百分比通过分析技术确定。存在如专利JP 2000146696中描述的在线（on-line）测量装置，其利用在可见光范围内的电磁波谱的吸光率（absorbency）来使吸光率与AN参数相关联。即使AN是润滑油状态的最具象征性参数之一，这些方法也具有仅关注氧化衰变的局限。另外，该装置因燃烧过程中产生的碳而不能用在马达中。碳使油变黑，从而颜色的改变并不是由于油的衰变状态改变引起。
美国专利7,612,874介绍了一种用于实时监测油变质的方法和装置。该专利是基于通过着色率Cr=Ur/Ug（红色和绿色的吸光率）对衰变情况的计算，来确定油的热衰变和氧化衰变。但是，该方法并不能够获知油的剩余寿命。
美国专利6,061,139介绍了一种监测润滑油的热衰变的方法和装置。该方法使用850nm频带的光谱来确定油的状态。单个频带的使用使得灵敏度不够高并且结果受到其它因素的影响。
专利RU 2329502还使用了3个频谱范围（红色，绿色和蓝色）内的可见光谱透射率的测量结果，以获得“全部杂质”的含量，即油衰变过程中产生的颗粒的含量。
发明内容
本发明的目的在于方便实时监测并且提供一种解决上述问题的用于确定油衰变状态的快速且可靠的装置和方法。该方法和传感器提供指示在监测或测量时的总体衰变百分比的油衰变指数（油衰变，OD）作为结果。该方法包括下面的步骤：
a.计算未被使用的油的透射率的频谱中的红色频带、绿色频带和蓝色频带的分量IR0、IG0和IB0，
b.对于已被使用的同一油在三种频带中的透射率进行若干次测量并且获取算术平均值IR、IG和IB，
c.如下计算所述已被使用的油的颜色指数（color index）和基准颜色指数
CI=1*IR+0.5*IG+0.5IB
CIREF=1*IR0+0.5*IG0+0.5IB0
d.如下获得所述总体衰变的值：OD(%)=100-100*LOG10(CIREF/CI)。相应的装置包括：强白光；适于油从中通过的流体室；检测器，能够将光源发出的光量以及所述油吸收的光量转换成为可见光内的透射率的电信号；和程序化装置，用以执行上述的方法。可选地，所述装置还包括颗粒过滤器和用于消除油中泡沫的装置。
附图简述
为有助于更好地理解本说明书，根据本发明的优选实施方式，以图示方式附上了一组附图，但不限于这些图：
图1：测量原理图，其中示出了光在透射通过油并由检测器收集之后的强度。
图2：在润滑系统中实施本发明传感器的图。
图3a和3b:两种不同油的根据本发明测量的油衰变（OD）值与最具代表性参数的比较曲线。
具体实施方式
参考图1和图2，本发明的传感器（1）设计为安装在润滑系统（2）的旁通部分中。该系统利用了油（5）循环通过传感器所需的压差。油在旁通之后经过传感器内部的一系列液压部件：电子阀，管理油通过装置的通道；颗粒过滤器，用以消除一定大小的颗粒；和用以消除油循环系统中产生的泡沫的系统。在经过全部的液压元件之后，油到达流体室（3），在流体室中将进行测量。该室具有已经建立的光通道。对于已经在该室内的油，通过LED型发射器（8）投射可见光谱范围内的白色光束，并且未被油吸收的光被检测器（例如，光电二极管）收集。检测器（4）收集可见光谱中的若干波长的光。所述光谱范围覆盖在380nm和780nm之间范围内的波长。为了可见光内的测量，使用了透射（transmission）光谱学原理。可见光束经过玻璃流体室内的油。传输的光强通过朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律得出：
I(x)=I0e-Kx
K:吸收常数
本领域的传感器中用以监测已被使用的油衰变的技术是基于在可见光谱中搜寻信息，将润滑油的物理化学参数（酸值AN，粘度……）与试样颜色的改变相关联。通过已知方法计算的衰变指数是与油衰变状态的确定相关的若干实验室参数的混合。这些参数是RUL（剩余使用寿命）、氧化作用（FTIR傅立叶变换红外光谱）、酸值（AN）和粘度。每个参数表示一定程度的衰变，即RUL表示衰变过程的开始，此时正在消耗添加剂。AN和由FTIR表示的氧化作用表示之后的过程，彼时正产生第一酸性化合物。在一些情况中，AN还是添加剂正在损失的良好指示，因为其值相对于以后的增大反而变化（减小）了。粘度是最后变化的，几乎是在油的使用寿命的终了时发生。但是，油的变黑或颜色改变的显示为从开始到最终，即从正消耗添加剂的时刻直到其完全衰变。随着油的衰变，透射百分比变化。但是，将全部这些计算衰变状态的参数相关联比应用本发明的方法更为耗时。
润滑油首先可以具有不同的颜色。影响到润滑油颜色的元素是基础油和添加剂。
●基础油：润滑油颜色变化依赖于精练油（refined）的精练程度和来源。
●添加剂：一些添加剂确定最终的油的颜色。具体地，在其成分中含有硫的那些添加剂对于油的最终颜色具有更大影响（例如，一些除垢添加剂或抗氧添加剂）。
润滑油随着使用变黑。润滑油的颜色改变标示某种污染、过热、过度衰变或不适当的润滑油。
根据本发明的剩余使用寿命计算方法考虑到了未被使用的油（基准油或新油）透射率中的红色、绿色和蓝色频带的分量IR0、IG0和IB0。可选地，为降低信号噪声，执行暗测量（没有光照射到检测器）以将噪声从随后的测量中减去。接着，执行多次透射率测量（优选地，50次），并且获取每一颜色的透射率的算术测量结果，通过该测量结果获取值IR、IG和IB（已被使用的油的三个主频带的透射率）。通过这些值，获得由公式测量的油的颜色指数值以及基准油的颜色指数值。
CI=1*IR+0.5*IG+0.5IB
CIREF=1*IR0+0.5*IG0+0.5IB0
通过已被使用的油和基准油的颜色指数，获取油的衰变值（OilDegradation，OD）并且通过下述公式计算：
OD(%)=100-100*LOG10(CIREF/CI)
每个使用者将根据其喜好来设置衰变极限，但在OD值达到0时，认为油被耗尽。另外，能够对10%、20%或30%水平应用警报，从而能够监测油的进展。
图3a和3b示出了对于两种类型油进行的测试：福灿瑞努林（FuchRenolyn）
和壳牌可耐压（Shell Omala）HD。通过上述方法执行测试并且获得不同的衰变程度，直到实现被测试油的完全衰变。通过本发明的传感器获得衰变指数OD和相比较的实验室参数。
图3示出了Fuch Renolyn320油衰变过程的结果，其中将OD（%）衰变指数结果与不同的实验室参数进行比较；RUL，AN，FTIR表示的Oxi与和粘度。RUL图形示出了在衰变过程的第一阶段发生的RUL变化，同时添加剂被消耗。
氧化作用（Oxi）是开始变化的第二参数，接着是AN。粘度示出了在高度（advanced）衰变状态中的改变。
图3A和3B示出了本发明传感器提供的值如何最优地确定油衰变，这是因为OD参数在整个油衰变过程期间表现得非常稳定，这不同于其它参数。观察了衰变指数OD和RUL在该过程的第一阶段中的直接关系。还确定了与其余参数的相反关系。在本情况中，能够观察到粘度在整个衰变期间的变化，以及参数Oxi(FTIR)和AN稍后开始变化。
Claims (3)
1.一种用于计算已被使用的润滑油的总体衰变的方法，包括如下步骤：
a.计算未被使用的油的透射率的频谱中的在红色、绿色和蓝色光谱频带中的分量IR0、IG0和IB0，
b.对于已被使用的同一油在三种频带中的透射率进行若干次测量并且获取算术平均值IR、IG和IB，
c.如下计算所述已被使用的油的颜色指数和基准颜色指数，
CI=1*IR+0.5*IG+0.5IB
CIREF=1*IR0+0.5*IG0+0.5IB0
d.如下获取所述总体衰变的值：OD(%)=100-100*LOG10(CIREF/CI)。
2.一种用于确定已被使用的油的衰变状态的装置，所述装置包括：白色光束（8）；适于油从中通过的流体室（3）；检测器（4），所述检测器能够将光源发出的光量以及所述油吸收的光量转换为可见光内的透射率的电信号特性；和程序化装置，用以利用透射率测量结果来执行根据权利要求1所述的方法。
3.根据权利要求2所述的装置，还包括颗粒过滤器和用以消除油中泡沫的装置。
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