CN106197530A - 测量润滑油稀释度的方法、传感器和检测油位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例公开了一种测量压缩机的润滑油稀释度的方法。具体地，该方法包括以下步骤：设置在压缩机的外壳上的传感器的头部测量在所述压缩机内部的油池内的液体的相对介电常数；基于预先确定的不同混合比例的同一润滑油与同一制冷剂的混合物的润滑油稀释度与相应的相对介电常数的拟合关系计算获得与所述传感器测量的所述液体的相对介电常数对应的润滑油稀释度；其中，所述液体为润滑油或者润滑油与制冷剂的混合物。另外，本发明还提供了传感器、检测压缩机内的油位是否正常的方法和压缩机。

Description

测量润滑油稀释度的方法、传感器和检测油位的方法
技术领域
本发明涉及供热通风空调冷冻系统技术领域，尤其涉及压缩机内的润滑油的稀释度和油位的检测。
背景技术
在压缩机运转的过程中，由于非常高的油稀释度会导致润滑油功能失效从而毁坏压缩机。
尤其是在回液工况下，制冷剂会溶解到润滑油里面。由于制冷剂溶解到油里面会稀释润滑油，导致油的粘度降低，最终导致压缩机轴磨损严重而毁坏压缩机。因此，压缩机油池内制冷剂和油的溶解率必须被实时监控以确保有效的润滑。一旦发现油的稀释度高于上限，立刻关闭压缩机或者通过适当的方法降低润滑油稀释度。
当前，润滑油的稀释度可以通过测量润滑油和制冷剂混合物的粘度、密度或者光在里面的吸收率或者折射率来得到制冷剂在润滑油里面的溶解率来得到。
当前的润滑油稀释度测量方法要么成本太高(4万到16万元一只传感器)，要么安装很复杂，并且它们需要大量的数据处理。因此这些方法只适用于实验室做研究，而不适用广泛的工业应用。
发明内容
本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
本发明的目的之一是提供一种在线检测压缩机内润滑油的稀释度的方法、传感器和检测压缩机的油位的方法和压缩机。
根据本发明的一个方面，提供了一种测量压缩机的润滑油稀释度的方法，包括：
设置在压缩机的外壳上的传感器的头部测量在所述压缩机内部的油池内的液体的相对介电常数；
基于预先确定的不同混合比例的同一润滑油与同一制冷剂的混合物的润滑油稀释度与相应的相对介电常数的拟合关系计算获得与所述传感器测量的所述液体的相对介电常数对应的润滑油稀释度；其中，所述液体为润滑油或者润滑油与制冷剂的混合物。
在一个示例中，所述方法还包括：根据所述相对介电常数的变化来监测所述润滑油的稀释度的变化。
在一个示例中，所述传感器的头部包括中间铜柱、和包围所述铜柱且与所述铜柱间隔开的外层套筒，其中润滑油从所述铜柱和外层套筒之间的空间流过。
在一个示例中，所述传感器的头部的长度为L，真空的介电常数为ε0，润滑油和制冷剂的混合物的相对介电常数为εr，外层套筒的内径为R和中间铜柱的外径为r，其中电容与相对介电常数的关系为：
C = Q ΔU = 2 π ϵ 0 ϵ r L In R r .
在一个示例中，所述润滑油为PVE68，制冷剂为R410A，所述预先确定的润滑油稀释度x与相应的相对介电常数y之间的函数关系为：
y＝0.0003x2+0.0416x+2.8374，其中x的取值范围为0％-100％。
在一个示例中，所述润滑油为160SZ，制冷剂为R410A。
在一个示例中，所述方法还包括：基于所检测的相对介电常数，在测量所述润滑油稀释度的同时，检测压缩机内的润滑油的油位是否正常。
在一个示例中，如果所检测的介电常数大于所述油池内的液体在液态下的相对介电常数，则压缩机内的油位正常；
如果所检测的介电常数小于所述油池内的液体在气态下的相对介电常数，则压缩机内的油位不正常。
在一个示例中，所述油池内的液体在液态下的相对介电常数为3.14；
所述油池内的液体在气态下的相对介电常数为1.46。
根据本发明的另一方面，提供了一种传感器，包括：
检测头，所述检测头沿水平方向插入到压缩机的油池内，并且配置成检测所述油池内的液体的相对介电常数；
第一计算单元，配置成根据所述相对介电常数计算所述液体的油稀释度；
第二计算单元，配置成根据所述相对介电常数显示所述油池内的油位是否低于或高于所述检测头。
在一个示例中，所述传感器设置在压缩机的外壳上，所述传感器的头部测量在所述压缩机内部的油池内液体的相对介电常数，进而基于预先确定的不同混合比例的同一润滑油与同一制冷剂的混合物的润滑油稀释度与相应的相对介电常数的拟合关系计算获得与所述传感器测量的所述液体的相对介电常数对应的润滑油稀释度，其中，所述液体为润滑油或者润滑油与制冷剂的混合物。
在一个示例中，所述传感器的头部包括中间铜柱、和包围所述铜柱且与所述铜柱间隔开的外层套筒，其中润滑油从所述铜柱和外层套筒之间的空间流过。
在一个示例中，所述传感器的第二计算单元基于所检测的相对介电常数，在测量所述润滑油稀释度的同时，检测压缩机内的润滑油的油位是否正常。
在一个示例中，如果所检测的相对介电常数大于所述油池内的液体在液态下的相对介电常数，则第二计算单元显示压缩机内的油位正常；
如果所检测的介电常数小于所述油池内的液体在气态下的相对介电常数，则第二计算单元显示压缩机内的油位不正常。
在一个示例中，一种检测压缩机内的油位是否正常的方法，包括：
检测压缩机油池内液体的相对介电常数；
基于所检测的相对介电常数，检测压缩机的油池内的润滑油的油位是否正常；
如果所检测的相对介电常数大于所述油池内的液体在液态下的相对介电常数，则显示压缩机内的油位正常；
如果所检测的介电常数小于所述油池内的液体在气态下的相对介电常数，则显示压缩机内的油位不正常。
在一个示例中，提供了一种压缩机，包括根据上述的传感器。
本发明的各实施例提供的测量润滑油稀释度的方法、传感器、测量压缩机内的油位的方法和压缩机通过测量润滑油和制冷剂的混合物的介电常数，来至少获得润滑油的稀释度或油位，甚至同时获得上述两者。
附图说明
本发明的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的处于润滑油中的传感器的使用状态示意图；
图2是图1所示的传感器暴露于气态制冷剂中的使用状态示意图；
图3是图1所示的传感器的头部的示意图；
图4是在润滑油为PVE68和制冷剂为R410A的情况下，润滑油稀释度x与相应的相对介电常数y之间的关系图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图1-4，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
在本发明的一个实施例中，提供了一种测量压缩机的润滑油稀释度的方法和使用该方法测量压缩机的润滑油的稀释度的传感器。
如图1和2所示，在压缩机1内部的底端设置(提供或储存)有成某一混合比例的润滑油与制冷剂的混合物2。在此需要说明的是，此处所述的每一混合比例意思是制冷剂在该混合物2中的比例为0-100％，即可以没有制冷剂，可以具有某一比例的制冷剂以及全是制冷剂。
一个传感器3被安装在压缩机1的外壳上。该传感器3采用电容检测原理进行检测。传感器3的头部能够测量在压缩机1内部的底端处的成某一混合比例的润滑油与制冷剂的混合物2的介电常数，进而获得对应的相对介电常数，从而可以基于预先确定的不同混合比例的同一润滑油与同一制冷剂的混合物2的润滑油稀释度与相应的相对介电常数的拟合关系计算获得此时与所述传感器测量的所述液体的相对介电常数对应的润滑油稀释度。
再次参见图1，所图示的油位处于正常状态，传感器3的头部会完全浸没在润滑油或润滑油和制冷剂的混合物2中，从而能够测量此时的润滑油或润滑油和制冷剂的混合物2的介电常数或相对介电常数。
当压缩机开始运行后，一些制冷剂会进入到润滑油中，而稀释润滑油2。这样的稀释将会改变润滑油的相对介电常数。因此，该相对介电常数的变化可以用来监测润滑油的稀释度的变化。
如图3所示，传感器的头部30包括中间铜柱31、和包围铜柱31且与铜柱31间隔开的外层套筒32，其中润滑油从铜柱31和外层套筒32之间的空间沿着箭头所示的方向流过。传感器的头部的长度为L，真空的介电常数为ε0，润滑油和制冷剂的混合物的相对介电常数为εr，外层套筒32的内径为R和中间铜柱31的外径为r，其中电容
通过图4所示的附图以及上述的公式可以预先得到各种不同混合比例的润滑油与制冷剂的混合物的润滑油稀释度与相应的相对介电常数的关系。
在润滑油为PVE68，制冷剂为R410A时，不同工况下的润滑油相对介电常数和润滑油溶解度(稀释度)已经被测量完成(例如在实验室中)。上述二者之间的关系如图4所示。在图4所示的曲线中，可以看出随着润滑油和制冷剂的稀释度的增加，相对介电常数也相应地上升。在这种情况下，预先确定的润滑油稀释度x与相应的相对介电常数y之间的函数关系为：
y＝0.0003x2+0.0416x+2.8374，其中x的取值范围为0％-100％。
通过测量某一工况下(例如某一混合比例)的润滑油与制冷剂的混合物的相对介电常数，依据上述的公式，可以计算获得与该相对介电常数相对应的润滑油稀释度。一旦发现润滑油稀释度的测量值高于上限值，那么压缩机的控制单元会立即响应，停止压缩机的运转，或者通过适当的方法使得润滑油中的制冷剂蒸发出去。
可替代地，还可以获得在润滑油为160SZ和制冷剂为R410A的情况下，不同混合比例的润滑油与制冷剂的混合物2的润滑油稀释度与相应的相对介电常数的关系。从而可以计算此种情况下的润滑油稀释度。
另外，需要说明的是本发明所述的方法还可以用于检测润滑油的油位是否正常。油位是另外一个非常重要的因素，它直接关系到压缩机的寿命。如果油位过低，例如非常高的OCR引起的，压缩机内将会没有足够的润滑油来润滑。这将在非常短的时间内毁坏压缩机。因此压缩机的油位必须也要被实时在线监测，一旦发现油位低于最低报警值，立刻关闭压缩机。
油位测量方法包括使用浮球干簧管的方法。另外，光电式的开关被广泛地用于测量油位。对于油位测量，当前的方法都存在一些缺陷，比如，对于压缩机应用，内部的压力可以达到45bar足以损坏或者令干簧管开关上的浮球变形，而润滑油里面的泡沫也会干扰光电式开关，从而令该光电式开关误判断油位。
由于高的OCR或其它原因，导致压缩机内的油位低于最低下限。此时，传感器3的头部暴露在气态制冷剂中，如图2所示。
对于润滑油的油位监测，可以进行如下述的表1所述的测试。在所述测试中，润滑油为160SZ和制冷剂为R410A。在不同工况下的纯气态、纯液态、饱和态、纯润滑油以及润滑油与制冷剂的混合物的相对介电常数均被测量。
表1 在各种工况下的相对介电常数表
根据以上的结果可以看出，如果润滑油的油位正常时，传感器3的头部被完全浸没在润滑油或者润滑油和制冷剂的混合物中。此时相对介电常数的值会大于3.14。如果润滑油的油位不正常(低于下限值)，传感器3的头部会暴露在气态制冷剂中，此时相对介电常数会低于1.46。在这两种情况下(油位正常和不正常)，相对介电常数有比较大的区别。压缩机1内的控制单元可以利用这一性质在测量润滑油的稀释度的同时检测油位。
在本发明的另一实施例中，还提供了使用上述的方法进行润滑油稀释度测量的传感器3，该传感器3包括：
检测头，沿水平方向插入到压缩机1的油池内，并且配置成检测所述油池内的液体的相对介电常数；
第一计算单元，配置成根据所述相对介电常数计算所述液体的油稀释度；
第二计算单元，配置成根据所述相对介电常数显示所述油池内的油位是否低于或高于所述检测头。
具体地，传感器3设置在压缩机1的外壳上，该传感器的头部或检测头能够测量在该压缩机1内部的油池内的液体的相对介电常数，进而基于预先确定的不同混合比例的同一润滑油与同一制冷剂的混合物的润滑油稀释度与相应的相对介电常数的拟合关系计算获得与所述传感器测量的所述液体的相对介电常数对应的润滑油稀释度，其中，所述液体为润滑油或者润滑油与制冷剂的混合物2。
如图3所示，该传感器3的头部30包括中间铜柱31、和包围该铜柱31且与该铜柱31间隔开的外层套筒32，其中润滑油从该铜柱31和外层套筒32之间的空间流过。
该传感器3的第二计算单元(未示出)基于所检测的相对介电常数，在测量该润滑油稀释度的同时，检测压缩机内的润滑油的油位是否正常。
如果所检测的介电常数大于所述油池内的液体在液态下的相对介电常数，则第二计算单元显示压缩机内的油位正常；
如果所检测的介电常数小于所述油池内的液体在气态下的相对介电常数，则第二计算单元显示压缩机内的油位不正常。
另外，本发明还提供了一种压缩机，包括根据上述任何一实施例所述的传感器。
在本发明中，通过测量润滑油和制冷剂的混合物的相对介电常数，来至少获得润滑油的稀释度或油位，甚至同时获得上述两者。
以上仅为本发明的一些实施例，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (16)

1.一种测量压缩机的润滑油稀释度的方法，包括：
设置在压缩机的外壳上的传感器的头部测量在所述压缩机内部的油池内的液体的相对介电常数；
基于预先确定的不同混合比例的同一润滑油与同一制冷剂的混合物的润滑油稀释度与相应的相对介电常数的拟合关系计算获得与所述传感器测量的所述液体的相对介电常数对应的润滑油稀释度；其中，所述液体为润滑油或者润滑油与制冷剂的混合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：根据所述相对介电常数的变化来监测所述润滑油的稀释度的变化。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，所述传感器的头部包括中间铜柱、和包围所述铜柱且与所述铜柱间隔开的外层套筒，其中润滑油从所述铜柱和外层套筒之间的空间流过。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述传感器的头部的长度为L，真空的介电常数为ε0，润滑油和制冷剂的混合物的相对介电常数为εr，外层套筒的内径为R和中间铜柱的外径为r，其中电容与相对介电常数的关系为：
C = Q ΔU = 2 π ϵ 0 ϵ r L In R r .
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述润滑油为PVE68，制冷剂为R410A，所述预先确定的润滑油稀释度x与相应的相对介电常数y之间的函数关系为：
y＝0.0003x2+0.0416x+2.8374，其中x的取值范围为0％-100％。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述润滑油为160SZ，制冷剂为R410A。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：基于所检测的相对介电常数，在测量所述润滑油稀释度的同时，检测压缩机内的润滑油的油位是否正常。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，如果所检测的介电常数大于所述油池内的液体在液态下的相对介电常数，则压缩机内的油位正常；
如果所检测的介电常数小于所述油池内的液体在气态下的相对介电常数，则压缩机内的油位不正常。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述油池内的液体在液态下的相对介电常数为3.14；
所述油池内的液体在气态下的相对介电常数为1.46。
10.一种传感器，包括：
检测头，所述检测头沿水平方向插入到压缩机的油池内，并且配置成检测所述油池内的液体的相对介电常数；
第一计算单元，配置成根据所述相对介电常数计算所述液体的油稀释度；
第二计算单元，配置成根据所述相对介电常数显示所述油池内的油位是否低于或高于所述检测头。
11.根据权利要求10所述的传感器，其特征在于，
所述传感器设置在压缩机的外壳上，所述传感器的头部测量在所述压缩机内部的油池内液体的相对介电常数，进而基于预先确定的不同混合比例的同一润滑油与同一制冷剂的混合物的润滑油稀释度与相应的相对介电常数的拟合关系计算获得与所述传感器测量的所述液体的相对介电常数对应的润滑油稀释度，其中，所述液体为润滑油或者润滑油与制冷剂的混合物。
12.根据权利要求11所述的传感器，其特征在于，所述传感器的头部包括中间铜柱、和包围所述铜柱且与所述铜柱间隔开的外层套筒，其中润滑油从所述铜柱和外层套筒之间的空间流过。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器的第二计算单元基于所检测的相对介电常数，在测量所述润滑油稀释度的同时，检测压缩机内的润滑油的油位是否正常。
14.根据权利要求13所述的传感器，其特征在于，如果所检测的相对介电常数大于所述油池内的液体在液态下的相对介电常数，则第二计算单元显示压缩机内的油位正常；
如果所检测的介电常数小于所述油池内的液体在气态下的相对介电常数，则第二计算单元显示压缩机内的油位不正常。
15.一种检测压缩机内的油位是否正常的方法，包括：
检测压缩机油池内液体的相对介电常数；
基于所检测的相对介电常数，检测压缩机的油池内的润滑油的油位是否正常；
如果所检测的相对介电常数大于所述油池内的液体在液态下的相对介电常数，则显示压缩机内的油位正常；
如果所检测的介电常数小于所述油池内的液体在气态下的相对介电常数，则显示压缩机内的油位不正常。
16.一种压缩机，其特征在于，包括根据权利要求10-14中任一项所述的传感器。
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