CN104237331A - 一种油液微量水分在线监测传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油液微量水分在线监测传感器，主要包括高分子薄膜电容、温度传感器、信号处理电路板和机械封装结构组成。高分子薄膜电容和温度传感器，分别用于测量油液微量水分含量和温度；信号处理电路板用于检测和处理高分子薄膜电容和温度传感器的输出信号，把输出信号转变为油液水分含量和温度值；机械封装结构由保护套、机械外壳、镀金导线、接头件、固定螺钉、端盖等部分组成，用来支撑和保护内部结构，并防止油液浸入导致污染。本发明的主要目的是解决航空油液水分实时监测的难题，并且具有体积小、重量轻，操作简单等优点。

Description

一种油液微量水分在线监测传感器

技术领域

本发明涉及油液在线监测技术领域，特别涉及一种油液微量水分在线监测传感器。

背景技术

飞机油液(主要指润滑油、液压油、燃油)受到水分污染时，会严重影响飞行的安全性能，甚至可能会造成严重事故。油液犹如飞机的“血液”，油液的健康状况在到一定程度上反映了飞机的健康状况，因此油液健康状态的实时监测，对于实时诊断、预测飞机的故障十分重要。油液水分含量是评价飞机能否正常工作的重要参数之一，油液中含水量的检测十分重要，检测结果可以提供给飞机PHM系统，结合其他参数，评价飞机的健康状况和预估其寿命。

中国实用新型专利“200420030416.X”公开了一种小型油中水分传感器，适用于油罐卸油口卸油时测试油中含水率，用于测量含有大量水分的油液水分含量，但其测量精度不高，灵敏度差，不适合诸如飞机等精密设备油路中油液微量水分的监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单的油液微量水分在线监测传感器，提高在线式油液水分监测方法的精度及抗干扰能力，解决现有监测方法的不足。

根据本发明的实施例，提供了一种油液微量水分在线监测传感器，其包括：高分子薄膜电容(1)；温度传感器(2)；信号处理电路板(9)；机械封装结构；其中，所述高分子薄膜电容(1)、所述温度传感器(2)、信号处理电路板(9)位于所述机械封装结构内，其中，所述高分子薄膜电容(1)和所述温度传感器(2)连接到所述信号处理电路板(9)，所述信号处理电路板(9)接收所述高分子薄膜电容(1)和所述温度传感器(2)各自的输出信号，并将所述输出信号转换为水分含量值。本发明的有益效果主要在于：本发明基于高分子薄膜电容原理，体积小、重量轻，操作简单，对油液水分信号监测灵敏度高，抗干扰能力强，实时在线监测、不受油液种类限制等优点；解决了现有实验室监测方法步骤繁琐、检定周期长、检测费用高等问题，适合飞机油液在线监测，也适合各种军用和民用机械设备的润滑系统、液压系统油液水分实时监测。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的油液微量水分在线监测传感器的结构图。

图2为根据本发明的实施例的油液微量水分在线监测传感器的高分子薄膜电容的结构示意图。

图中的附图标记说明如下。

1-高分子薄膜电容，2-PT1000铂电阻(温度传感器)，3-过滤孔，4-保护套，5-接头件，6-机械外壳，7-端盖，8-信号输出端口，9-信号处理电路板，10-固定螺钉，11-镀金导线；

12-引出电极，13-玻璃基衬底，14-下部电极，15-活性聚合物薄膜，16-上部电极。

具体实施方式

下面，结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。

本领域的技术人员能够理解，尽管以下的说明涉及到有关本发明的实施例的很多技术细节，但这仅为用来说明本发明的原理的示例、而不意味着任何限制。本发明能够适用于不同于以下例举的技术细节之外的场合，只要它们不背离本发明的原理和精神即可。

另外，为了避免使本说明书的描述限于冗繁，在本说明书中的描述中，可能对可在现有技术资料中获得的部分技术细节进行了省略、简化、变通等处理，这对于本领域的技术人员来说是可以理解的，并且这不会影响本说明书的公开充分性。

图1为根据本发明的实施例的油液微量水分在线监测传感器的结构图。

如图1所示，油液微量水分在线监测传感器主要包括高分子薄膜电容1、PT1000铂电阻2、过滤孔3、保护套4、接头件5、机械外壳6、端盖7、信号输出端口8、信号处理电路板9、固定螺钉10、镀金导线11。

高分子薄膜电容1和PT1000铂电阻2各自被焊接在镀金导线11上，镀金导线11通过胶固定在接头件5上，高分子薄膜电容1和PT1000铂电阻2置于保护套4内，保护套4对高分子薄膜电容1和PT1000铂电阻起到保护作用，保护套4带有过滤孔3，便于油液流动，可根据油液中碎屑颗粒的实际情况，设置过滤孔3的大小和数目。保护套4连接在接头件5上，接头件5带有螺纹，可通过螺纹将该传感器安装在被测对象容纳油液的结构上，采用密封圈与结构进行端面密封。接头件5上带有两个固定螺钉10，固定螺钉10用于将信号处理电路板9固定在接头件5上，信号处理电路板9通过镀金导线11与高分子薄膜电容1和PT1000铂电阻2连接。信号处理电路板9通过信号输出端口8输出水分含量检测信号，信号输出端口8通过双螺纹固定在端盖7上，端盖7与机械外壳6固定连接。

图2为根据本发明的实施例的油液微量水分在线监测传感器的高分子薄膜电容1的结构示意图。

用于测量油液含水量的高分子薄膜电容1通过MEMS工艺加工而成，如图2所示，高分子薄膜电容1包括从上到下依次层叠的上部电极16、活性高分子聚合物薄膜15、下部电极14和玻璃基衬底13。

其中，上部电极16由导电特性良好的金属薄膜制成，作用是作为高分子薄膜电容1的一极，同时保护传感器的主要材料不受灰尘、污垢和导电粒子的影响，使水分子通过。活性聚合物薄膜15位于上部电极16之下、下部电极14和玻璃基衬底13之上，并与上部电极16、下部电极14、玻璃基衬底13接合，其作用是感受油液中的溶解水含量，通过吸水脱水的过程与周围环境的水含量达到动态平衡。

下部电极14位于活性聚合物薄膜15和玻璃基衬底13之间，作为高分子薄膜电容1两极中的另一极，由导电特性良好的金属薄膜做成；

玻璃基衬底13与活性高分子聚合物薄膜15、下部电极14接合，作用是支撑传感器结构。

上部电极16与下部电极14共同组成了高分子薄膜电容1的两极，形成了基于高分子薄膜作为介电层的平行板电容器。上部电极16和下部电极14设有引出电极12，引出电极12向外伸出并焊接在镀金导线11上。当水分穿过上部电极16、到达活性聚合物薄膜15时，水分的吸收量取决于周围环境的水分含量，原因是传感器尺寸小和活性聚合物薄膜15很薄，所以能对周围环境的水分含量变化作出快速反应。活性聚合物薄膜15中吸收的水分改变了传感器的电介质特性，从而使高分子薄膜电容1的电容值改变。

信号处理电路板9上的信号处理电路需要将高分子薄膜电容1难以测量、易受干扰的微弱电容量，转换为易于测量处理的电压量，而由于高分子薄膜电容1又是温度敏感元件，为了降低温度对高分子薄膜电容1的影响，需要补偿温度所带来的误差。PT1000铂电阻2用于测量油液中的温度，通过信号处理电路处理后，可以得出当前油液的温度。利用经过标定处理后得到的水分含量与温度、电容值之间的函数关系，得出当前油液的水分含量。

信号处理电路板9通过固定良好的镀金导线11与高分子薄膜电容1和PT1000铂电阻2连接。信号处理电路板9完成高分子薄膜电容1的电容值测量、PT1000铂电阻2的电阻值测量；信号处理电路板9还完成高分子薄膜电容1的电容值、PT1000铂电阻2的电阻值到水分含量值的转换；信号处理电路板9将所得到的油液水分含量通过信号输出端口8输出为可以接受的工业信号。

本领域的技术人员可以理解，上述实施例中提及的具体器件仅为用来例示本发明的原理的示例，不构成对本发明的限定。例如，上述PT1000铂电阻2可以用PT100铂电阻或其它温度敏感器件代替，上述高分子薄膜电容1可以用现有的或将来的各种同类器件代替。

综上所述，本领域的技术人员能够理解，对本发明的上述实施例能够做出各种修改、变型、以及替换，其均落入如所附权利要求限定的本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种油液微量水分在线监测传感器，其包括：

高分子薄膜电容(1)；

温度传感器(2)；

信号处理电路板(9)；

机械封装结构；

其中，所述高分子薄膜电容(1)、所述温度传感器(2)、信号处理电路板(9)位于所述机械封装结构内，

其中，所述高分子薄膜电容(1)和所述温度传感器(2)连接到所述信号处理电路板(9)，所述信号处理电路板(9)接收所述高分子薄膜电容(1)和所述温度传感器(2)各自的输出信号，并将所述输出信号转换为水分含量值。

2.根据权利要求1所述的油液微量水分在线监测传感器，其中，所述机械封装结构包括保护套(4)、接头件(5)、机械外壳(6)、端盖(7)、导线(11)，

所述高分子薄膜电容(1)和所述温度传感器(2)被置于所述保护套(4)内，所述保护套(4)连接在所述接头件(5)上，所述保护套(4)上设置有过滤孔(3)，用来过滤油液中的碎屑颗粒，保护高分子薄膜电容(1)和所述温度传感器(2)，

所述高分子薄膜电容(1)和所述温度传感器(2)各自经由导线(11)与所述信号处理电路板(9)连接，导线(11)固定在接头件(5)上，所述接头件(5)通过端盖(7)与所述机械外壳(6)固定连接，用来将所述油液微量水分在线监测传感器安装到被测油液所处的结构中。

3.根据权利要求2所述的油液微量水分在线监测传感器，其中，所述接头件(5)包括固定螺钉(10)，用于将所述信号处理电路板(9)固定在所述接头件(5)上，

所述机械封装结构还包括信号输出端口(8)，所述信号处理电路板(9)通过所述信号输出端口(8)输出与水分含量值对应的水分含量检测信号，

所述信号输出端口(8)通过双螺纹固定在所述端盖(7)上，所述接头件(5)采用密封圈进行端面密封。

4.根据权利要求1所述的油液微量水分在线监测传感器，其中，所述温度传感器(2)是PT1000铂电阻或PT100铂电阻，所述信号处理电路板(9)上的信号处理电路用于检测所述高分子薄膜电容(1)的电容值、以及所述PT1000铂电阻或PT100铂电阻(2)的电阻值，将所述电阻值转换为温度值，并根据所述电容值和温度值计算出被测油液中的水分含量值。

5.根据权利要求1至4中的一个所述的油液微量水分在线监测传感器，其中，所述高分子薄膜电容(1)包括从上到下依次层叠的上部电极(16)、活性高分子聚合物薄膜(15)、下部电极(14)和玻璃基衬底(13)，

其中，上部电极(16)由导电特性良好的金属薄膜制成，活性聚合物薄膜(15)位于上部电极(16)之下、下部电极(14)和玻璃基衬底(13)之上，并与上部电极(16)、下部电极(14)、玻璃基衬底(13)接合，

下部电极(14)位于活性聚合物薄膜(15)和玻璃基衬底(10)之间，玻璃基衬底(10)与活性高分子聚合物薄膜(15)、下部电极(14)接合，用来支撑传感器结构，

上部电极(16)和下部电极(14)设有引出电极(12)，引出电极(12)向外伸出并焊接在所述导线(11)上。

6.根据权利要求4所述的油液微量水分在线监测传感器，其中，所述保护套(4)、机械外壳(6)、接头件(5)由不锈钢材料制成。

7.根据权利要求4所述的油液微量水分在线监测传感器，其中，在所述机械封装结构内部空隙处填充果冻胶，保证传感器内部各结构之间实现紧密连接。