CN104165908A - 一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器，属于工业设备监测仪器领域。本发明的一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器，包括探头电极，所述的探头电极包括外电极、中间电极和内电极，其中：所述的外电极与中间电极之间形成供被测油液流过的开放空腔，该外电极和中间电极构成一电容器；所述的中间电极的内部为供对比油液放置的封闭空腔，中间电极内部的封闭空腔中设置有内电极，该中间电极和内电极构成一电容器。本发明根据即对比油液与被测油液的实时介电常数的变化，无需温度和其他补偿，便可在线监测被测油液的综合总体污染程度和含水率等质量指标，在机械设备状态监测和故障诊断方面具有广泛的应用。

Description

一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器

技术领域

本发明属于工业设备监测仪器领域，特别涉及一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器。

背景技术

钢厂都存在着大量的液压循环系统，在线监测油液的污染技术是研究机械设备磨损状况，开展设备状态监测和故障诊断的重要手段。油液的污染形式通常是金属磨粒、氧化物、油泥、结碳、水分、沉淀物、燃油以及氢、氯、热、电、空气等造成的污染。油液污染后其物理或化学性能都会发生变化，根据相同温度下同牌号新油与在用油的介电常数的变化，便可综合测定在用油的总体污染程度和质量。

目前常用的基于油介电常数的变化来测定润滑油品质的仪器大多数是采用离线抽样监测的。如润滑油快速质量检测仪就是利用同牌号新油与在用油的介电常数的变化，来测定润滑油质量的，这种离线方式由于需要先取样再分析，不仅费力费时、成本高，而且测定结果的返回具有滞后性，在许多应用领域已逐渐被在线实时监测技术所替代，而在线监测更成为机械故障诊断中油液分析的前沿技术。

基于油介电常数的变化来测定润滑油品质的在线监测仪器和传感器也是多有报道并且已经开展应用。应用中由于油液的介电常数是随着温度变化而变化的。而在线监测的是实时温度下的介电常数，而所对比的同牌号新油或者标准液体的值是在某一温度下标定的，如果对比两者的变化量，就要计算同牌号新油或者标准液体在实时温度下的数值。常用的方法是附加温度传感器测量实时温度并根据实验公式或者给定的公式计算同牌号新油或者标准液体在实时温度时的补偿值，即对测量结果进行温度补偿。由于工业上使用的温度传感器都有比较大的误差，如PT100误差达到0.5，这样计算后的温度补偿值也就会产生相应的误差。再者说来油液介电常数变化的因素很复杂，根据固定的补偿公式也是会造成一定的误差。

同时在线监测工况和环境对于测量电路和油液被测介电常数也是有一定的影响，实际上基于介电常数测量的这项技术本身测得的油液电容变化也是微小的，温度补偿的误差和环境工矿的影响对测量结果影响是非常大的，有时甚至可以改变测量的结果。这就成了目前阻碍在线监测技术应用的大障碍。

通过专利检索，现有技术中关于介电特性的测试装置已有公开，如中国专利申请号：200710178907.7，申请日：2007-12-07，发明创造名称为：一种测定样品介电特性的装置及其测定方法和应用公开的技术方案，该申请案中公开了一种测定样品介电特性的装置，所述装置包括芯轴、内电极、样品层、外电极、绝缘垫圈、内电极引线和保护电极引线，所述内电极长度可调；在所述芯轴外依次套接有所述内电极、样品层和外电极，所述内电极、样品层和外电极的两端设置有紧固结构，所述内电极引线一端和所述内电极连接；本装置用于通过调整所述内电极的长度，使所述样品层放入不同介质进行测量时电容量相同；所述内电极包括有效电极部分和保护电极部分，所述保护电极部分设置在有效电极部分的两端，且在有效电极部分和保护电极部分中间设置有所述绝缘垫圈；所述绝缘垫圈的位置可调，所述内电极通过调节绝缘垫圈的位置调节有效电极的长度，进而调节内电极的长度。该申请案中的介质试样安装在同轴型电容器中，同轴型电容器的内电极采用保护电极型的结构能够消除边缘效应的影响，但是，该申请案无法应用于在线监测润滑油品质，仍需要对测量结果进行温度补偿。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器，此电容传感器根据同牌号新油(即对比油液)与在用油(即被测油液)的实时介电常数的变化，无需温度和其他补偿，便可在线监测在用油的综合总体污染程度和含水率等质量指标，在机械设备状态监测和故障诊断方面具有广泛的应用。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器，包括探头电极，所述的探头电极包括外电极、中间电极和内电极，其中：所述的外电极与中间电极之间形成供被测油液流过的开放空腔，该外电极和中间电极构成一电容器；所述的中间电极的内部为供对比油液放置的封闭空腔，中间电极内部的封闭空腔中设置有内电极，该中间电极和内电极构成一电容器。

本发明中电容传感器的基本工作原理是基于被测电介质介电常数的变化可以转化为电容量变化的这一特点。油液电介质介电常数的变化不能直接测量，因此要建立电容值的变化与介电常数间的映射关系。在其它条件相同时，让油液流经一个电容传感器，不同品质的油液作为电容器的中间介质时所形成的电容值必然不同，而油液污染后其物理或化学性能都会发生变化，根据相同温度下同牌号新油(即对比油液)与在用油(即被测油液)的介电常数即电容量的变化，便可综合测定在用油的总体污染程度和质量。

更进一步地，所述的外电极为前端开口的筒状结构，所述的中间电极为前端封闭的筒状结构，所述的内电极为圆柱结构，该外电极安装在中间电极的外周，内电极安装在中间电极内，且外电极、中间电极以及内电极的中轴线相重合，外电极和中间电极构成同轴筒状电容器，中间电极和内电极构成同轴筒状电容器。此外，为了在使用当中测试腔(即开放空腔)快速充满被测油液，所述的外电极上设置有液体通流孔，该液体通流孔将开放空腔与筒状结构外电极的外周相连通。

更进一步地，所述的外电极为平板状结构，所述的中间电极为前端封闭的矩形体结构，所述的内电极为平板结构，该外电极安装在中间电极的一侧，内电极安装在中间电极内中间位置，且外电极、中间电极以及内电极的侧壁相平行，外电极和中间电极构成平行板状电容器，中间电极和内电极构成平行板状电容器。

本发明中考虑到测量对象是回路中的油液，为了与油液回路连接方便，电容传感器的探头电极设计成同轴筒状电容器和平行板状电容器，这两种极板结构的电容是经过理论和实践验证的比较适合用于在线监测的，而且测量的精度相对也较高。值得说明的是，在某些应用领域，本发明的一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器可以根据具体情况，不局限于以上两种探头电极结构。被测液体也不限于油液，可以适用于其他液体。

更进一步地，还包括绝缘固定端、信号处理电路和传感器外壳，所述的探头电极密封固定在绝缘固定端上，各电极之间相互绝缘，该探头电极通过导线与信号处理电路相连，上述的绝缘固定端和信号处理电路固定在传感器外壳内形成一个传感器整体。本发明中的信号处理电路包括所有的以被测油液介电常数的变化导致的电容量变化的信号经处理后作为传感器输出信号的电路。

更进一步地，所述的中间电极上设置有与封闭空腔相通的注油孔和密封堵头，该注油孔和密封堵头用于填充、更换和密封封闭空腔内的对比油液。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器，其外电极与中间电极之间形成供被测油液流过的开放空腔，该外电极和中间电极构成一电容器，且中间电极的内部为供对比油液放置的封闭空腔，中间电极和内电极构成一电容器，使得本发明检测对比油液与被测油液的实时介电常数的变化，因为电容传感器探头电极始终处于被测油液中，探头电极中的对比油液与被测油液始终处于相同温度，因此无需温度和其他补偿，便可在线监测被测油液的综合总体污染程度和含水率等质量指标，在机械设备状态监测和故障诊断方面具有广泛的应用；

(2)本发明的一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器，其外电极上设置有液体通流孔，该液体通流孔将开放空腔与探头电极外部相连通，使得被测的流动油液流畅地、均匀充满地通过电容传感器的开放空腔，提高了测量精度，保证了测量结果。

附图说明

图1是本发明的一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器的同轴筒状结构形式示意图；

图2是本发明的一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器的同轴筒状结构电极纵向截面示意图；

图3是本发明的一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器的平行板状结构形式示意图；

图4是本发明的一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器的平行板状结构电极横向截面示意图。

示意图中的标号说明：1、探头电极；2、绝缘固定端；3、信号处理电路；4、传感器外壳；5、外电极；6、中间电极；7、内电极；8、开放空腔；9、封闭空腔；10、液体通流孔；11、注油孔和密封堵头。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述，但不限制本发明。

实施例1

结合图1和图2，本实施例是同轴筒状结构的电容传感器实施实例，本实施例的一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器，主要包括探头电极1、绝缘固定端2、信号处理电路3和传感器外壳4，所述的探头电极1密封固定在绝缘固定端2上，该探头电极1通过导线与信号处理电路3相连，上述的绝缘固定端2和信号处理电路3固定在传感器外壳4内形成一个传感器整体。工作时探头电极1浸入在被测油液中，为了便于现场安装，传感器外壳4上设置有法兰连接结构，根据需要也可以设置螺纹连接结构。

如图2所示，本实施例中的探头电极1包括外电极5、中间电极6和内电极7，其中：所述的外电极5与中间电极6之间形成供被测油液流过的开放空腔8，该外电极5和中间电极6构成一电容器；所述的中间电极6的内部为供对比油液放置的封闭空腔9，中间电极6内部的封闭空腔9中设置有内电极7，该中间电极6和内电极7构成一电容器。具体在本实施例中，外电极5为前端开口的筒状结构，所述的中间电极6为前端封闭的筒状结构，所述的内电极7为圆柱结构，该外电极5安装在中间电极6的外周，内电极7安装在中间电极6内，且外电极5、中间电极6以及内电极7的中轴线相重合，外电极5和中间电极6构成同轴筒状电容器，中间电极6和内电极7构成同轴筒状电容器。为了使被测的流动油液流畅地、均匀充满地通过电容传感器的开放空腔8，外电极5上设置有多个均匀分布的液体通流孔10，该液体通流孔10将开放空腔8与筒状结构外电极5的外周相连通。本实施例中的中间电极6上设置有与封闭空腔9相通的可以密封的注油孔和密封堵头11，该注油孔和密封堵头11用于填充、更换和密封封闭空腔9内的对比油液(即同牌号新油或者标准对比液体)。

使用时，本实施例的同轴筒状结构电容传感器通过法兰连接结构或螺纹连接结构安装在被测油路或者油箱内，探头电极1均浸入在被测油液中，实时温度下的被测油液流动通过开放空腔8(即测试腔)，被测油液介电常数的变化可以转化为实时温度下的电容量变化；同时，由于中间电极6的内部封闭空腔9中放置了作为对比的对比油液，外电极5、中间电极6和内电极7均是由导热性好的材料制成，因此对比油液介电常数的变化可以转化为实时温度下的电容量变化。对比实时温度下被测油液和对比油液介电常数的变化(即电容量的变化)便可综合测定被测油液的总体污染程度和质量。

由于本实施例设计的探头电极1浸入在被测油液中，使得作为对比的同牌号新油或者标准对比液体处于和被测油液同样的温度状况下，而且信号处理电路3受的环境因素影响以及传感器工况影响均是一致的。此状况下测得的被测油液介电常数相对于同牌号新油或者标准对比液体的介电常数变化值就消除了温度、环境以及工况影响，无需温度和其他补偿，便可在线监测在用油的综合总体污染程度和含水率等质量指标，提高了测量精度，保证了测量结果，同时节省了温度传感器的安装和使用。

实施例2

结合图3和图4，本实施例是平行板状结构的电容传感器实施实例，本实施例的一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器，其基本结构同实施例1，不同之处在：外电极5为平板状结构，所述的中间电极6为前端封闭的矩形体结构，所述的内电极7为平板结构，该外电极5安装在中间电极6的一侧，内电极7安装在中间电极6内中间位置，且外电极5、中间电极6以及内电极7的侧壁相平行，外电极5和中间电极6构成平行板状电容器，中间电极6和内电极7构成平行板状电容器。

本实施例的使用过程同实施例1，本实施例实时测得的被测油液介电常数与实时温度下封闭空腔9内对比油液的介电常数比对，其变化量就反映了被测油液的品质变化状态，无需温度补偿，消除了现场工矿对电容传感器测量的影响。从而实现在线监测因氧化、磨损、污染(包括油中进水)引起的油液品质变化，广泛应用于现场定量分析油液质量状态，优化换油周期，减少停机时间，延长设备使用寿命。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器，包括探头电极(1)，其特征在于，所述的探头电极(1)包括外电极(5)、中间电极(6)和内电极(7)，其中：所述的外电极(5)与中间电极(6)之间形成供被测油液流过的开放空腔(8)，该外电极(5)和中间电极(6)构成一电容器；所述的中间电极(6)的内部为供对比油液放置的封闭空腔(9)，中间电极(6)内部的封闭空腔(9)中设置有内电极(7)，该中间电极(6)和内电极(7)构成一电容器。

2.根据权利要求1所述的一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器，其特征在于，所述的外电极(5)为前端开口的筒状结构，所述的中间电极(6)为前端封闭的筒状结构，所述的内电极(7)为圆柱结构，该外电极(5)安装在中间电极(6)的外周，内电极(7)安装在中间电极(6)内，且外电极(5)、中间电极(6)以及内电极(7)的中轴线相重合，外电极(5)和中间电极(6)构成同轴筒状电容器，中间电极(6)和内电极(7)构成同轴筒状电容器。

3.根据权利要求1所述的一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器，其特征在于，所述的外电极(5)为平板状结构，所述的中间电极(6)为前端封闭的矩形体结构，所述的内电极(7)为平板结构，该外电极(5)安装在中间电极(6)的一侧，内电极(7)安装在中间电极(6)内中间位置，且外电极(5)、中间电极(6)以及内电极(7)的侧壁相平行，外电极(5)和中间电极(6)构成平行板状电容器，中间电极(6)和内电极(7)构成平行板状电容器。

4.根据权利要求2所述的一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器，其特征在于，所述的外电极(5)上设置有液体通流孔(10)，该液体通流孔(10)将开放空腔(8)与筒状结构外电极(5)的外周相连通。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器，其特征在于，还包括绝缘固定端(2)、信号处理电路(3)和传感器外壳(4)，所述的探头电极(1)密封固定在绝缘固定端(2)上，该探头电极(1)通过导线与信号处理电路(3)相连，上述的绝缘固定端(2)和信号处理电路(3)固定在传感器外壳(4)内形成一个传感器整体。

6.根据权利要求5所述的一种具有自动补偿功能的在线监测润滑油品质电容传感器，其特征在于，所述的中间电极(6)上设置有与封闭空腔(9)相通的注油孔和密封堵头(11)，该注油孔和密封堵头(11)用于填充、更换和密封封闭空腔(9)内的对比油液。