CN107340226A - 一种油液中悬浮微粒计数检测装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种油液中悬浮微粒计数检测装置及其应用，包括微粒分离系统和微粒计数检测系统。首先，悬浮微粒在分离通道驻波的激励下分离，进入并行多通道；然后，相应尺寸粒子通过多类型微流通道，导致磁通量变化，进而引起电感电压变化，并记录变化的电压值；最后，根据变化电压与粒径成正比的关系换算出粒子的粒径大小、体积及浓度分布情况，进而评判油品质量。将医学上常用的库尔特计数原理，用于测定润滑油中悬浮微粒，且测定结果精准高效；本发明也为构建润滑油中微粒的参数在线监测系统提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及一种微粒计数技术，特别是润滑油油液中的悬浮微粒计数检测技术。
背景技术
润滑油监测技术，或称油污染监测技术，是近年来发展起来的用于机器磨损分析的实用诊断新技术。润滑油监测技术是从润滑油中分离出各种金属磨粒和其他污染物微粒，观察和测定它们的形态、成分、数量、尺寸等，获得运转设备的摩擦副的机械磨损情况信息,据此对机械设备运转情况进行工况监测和劣化趋势分析。由于这种设备诊断技术有其独特的优点,近年来,不管是实验室的研究工作和生产现场的监测,该技术都在不断深入发展，正成为摩擦学研究和设备故障诊断的一种重要手段,国内外主要有以下几种润滑油监测技术。
铁谱监测和回归分析法[1]-[3]是指用回归方法确定剩余标准值作为磨粒含量幅值变化的定量标准，对机器的磨损与失效进行分析和监控，并且可提供机器正常与异常状态下磨粒含量的幅值范围。但此法仅适用于对柴油机的监控，在其他机型使用方面有待改进。
红外光谱法[4]广泛应用于现代润滑油的质量分析，可同时测定润滑油的组成和理化指标，且操作简单、成本较低，适用于现场快速分析。但它主要用于对有机化合物的基团结构进行分析，只能反映分子结构信息，对原子质点、溶解态离子和金属颗粒都不敏感。
光谱分析技术[5]主要用于对润滑油中金属元素进行分析，主要分为原子吸收光谱技术、原子发射光谱技术和等离子体发射光谱技术。光谱分析技术通过分析润滑油中金属磨损微粒的材料成分和数量，了解机械设备摩擦副的磨损情况，以正确判断机械设备工作是否异常，预测发生故障的可能性，为设备检修提供科学依据。但光谱分析技术无法分析较大尺寸微粒和高含量金属元素，且成本价格高昂。
磁塞检测法[6]-[8]通过磁芯可实时地将油液中磨粒吸附出来，然后及时将磁芯抽出，优势在于可以不停机检查，且结构简单，成本低廉，不需要贵重复杂的仪器设备，现场使用简单。但它只能检测较大磨类，而这时机器已经磨损到严重程度，所以，这种方法对于故障的早期预报有明显不足。
综上所述，现有技术虽能满足一定的精度要求，但尚未同时具有实时、低廉、便捷、高效等功能，而润滑油监测技术的发展方向很大程度上是：具有快速、简便、自动化和智能化等特点的各种现代仪器在设备维修管理和石油产品质量指标的快速监测方面将得到越来越广泛的应用，且主要朝着在线监控、微型化、多功能、智能化、远程诊断和无损检测的方向进行；此外，在实际应用中，对油品的实时监测和趋势预测将对润滑油从“定期换”到“状态换”的发展、节省润滑油耗费成本、降低机械磨损等方面起到越来越重要的作用。[9]-[14]
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发明内容
本发明的目的在于提供一种油液中悬浮微粒计数检测装置及其应用，以实现低成本、低能耗、实时、高效。为了解决以上技术问题，本发明将医学上常用的库尔特计数原理，用于测定油液中悬浮微粒的粒度、粒径、浓度、组分等参数，从而构建一种高效、快捷、精确、廉价的润滑油中微粒计数检测的在线监测系统，为分析润滑油的性能及对大型设备健康诊断提供技术基础，进而为废润滑油的高效回收再利用提供理论和技术指导。具体技术方案如下：
一种油液中悬浮微粒计数检测装置，其特征在于：包括微粒分离系统和微粒计数检测系统；所述微粒分离系统包括油液入口（1）、分离通道（2）、驻波分离器（3）、油液出口A（4）和油液出口B（8）；油液入口（1）和分离通道（2）采用光刻法处理后直接连接，驻波分离器（3）对称分布于分离通道（2）两侧，分离通道（2）和油液出口A（4）采用光刻法处理后直接连接；所述微粒计数检测系统包括并行多通道（5）、多类型库尔特计数器（6）、信号分析单元（7）；并行多通道(5)与油液出口A（4）采用光刻法处理后直接连接，多类型库尔特计数器(6)直接连接于并行多通道(5)末端。
所述多类型库尔特计数器（6）包括多类型微流通道（9）、微米级螺纹线圈（10）、电信号记录器（11）；微米级螺纹线圈（10）采用采用激光刻蚀工艺制作并螺旋分布于多类型微流通道（9）外壁，电信号记录器（11）和信号分析单元（7）电连接。
所述分离通道（2）尺度达到微米级，选择压电陶瓷材料制备，采用激光刻蚀工艺，分离通道（2）宽度为驻波分离器（3）产生的驻波波长的一半。
所述驻波分离器（3）对称分布于分离通道（2）两侧，用以产生驻波，分离不同粒径的油液中悬浮微粒，使悬浮微粒按尺寸大小进入相应的并行多通道（5）。
所述并行多通道（5）尺度达到微米级，由多个不同尺寸的微流通道并行组成，用于接收分离出的悬浮微粒；根据不同粒径的悬浮微粒制备不同类型的微流通道，满足不同粒径微粒通行需求。
一种油液中悬浮微粒计数检测装置的应用，其特征在于包括以下步骤：
步骤一： 将待检测油液从油液入口（1）引入分离通道（2），悬浮微粒在分离通道（2）中由驻波分离器（3）产生的驻波激励下分离并进入并行多通道（5）；
步骤二： 相应尺寸悬浮微粒通过并行多通道（5）进入多类型微流通道（9），导致磁通量变化，进而引起电感电压变化即有脉冲信号；
步骤三： 脉冲信号由电信号记录器（11）记录电感信号，然后信号分析单元（7）接收脉冲信号，分析出粒子的粒径大小、体积、浓度，并得出油液性能评判结果。
本发明的基本原理是：在微米级螺纹线圈上增加一个交流电压，多类型微流通道内会产生磁场，当相应尺寸粒子通过多类型微流通道，电阻变化导致磁通量变化，进而引起电感电压变化利用电阻引起的电压变化值与粒子体积成正比的关系，根据各通道的电压值换算成粒径，从而测定粒子的分布及浓度变化，进而得出油液性能评判结果。
本发明的优点是，根据不同尺寸微粒制备了相应的多类型库尔特计数器及微流通道，并采用信号多路技术，大大提高了微粒检测的工作效率，降低了通道堵塞的风险。此外，本发明可组成油管的一部分，在实现实时监测的同时能够分离并排除杂质微粒，起到进化油质、改善油品的作用。
与现有技术相比，本发明克服了传统实验室离线检测不实时的不足，解决了对检测环境要求苛刻、检测设备成本高、监测数据易受环境影响等方面的问题，具有微型、实时、高效、低能耗、低成本的优势，为判定油品性能、诊断设备健康状况以及预测机械寿命提供理论依据。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为检测装置结构示意图。
图2为多类型库尔特计数器结构示意图。
图3为微流通道内无微粒时磁场状况示意图。
图4为微流通道内有导电微粒时磁场状况示意图。
图5为微流通道内有不导电微粒时磁场状况示意图。
具体实施方式
如图1所示，本装置作为油管的一个部分，在实时监测润滑油的同时还能分离出悬浮微粒杂质，起到净化油质的作用。首先，润滑油通过油液入口1进入分离通道2，油中悬浮微粒将在驻波的激励下，当浸入流体介质中并且在该流体介质中建立了声场时，微粒会受到声辐射力作用，从而颗粒向声压节点移动。调节激励频率，改变声表面波（SAW）的波长，调控驻波压力节点来分离不同粒径粒子；接着，微粒并行进入与各自尺寸相对应的微流通道中，在端部采用多类型库尔特计数器6进行监测。
如图2所示，当微粒通过微米级螺纹线圈10时，多类型库尔特计数器6对微粒进行监测，由于微粒是按照尺寸大小被分离的，因此库尔特计数器的尺寸与微粒尺寸大小相对应。
多类型库尔特计数器6由多个内嵌微米级螺纹线圈10的微流通道组成，如图3所示，在测定管壁上有一线圈，孔电极间有一定电压，在微米级螺纹线圈10上增加一个交流电压，在多类型微流通道9中会产生磁场；如图4所示，当粒子通过微流通道时，由于电阻发生改变使电流变化并记录在电信号记录器11上，当导电微粒引入微流通道时，磁通量将增加，导致电感及电压增加；如图5所示，当非铁微粒经过微流通道时，会产生相反的涡流，导致电感及电压减小。由于可将电信号换算成粒径，故可用该方法求得粒度分布，线圈对与其尺寸相当的微粒具有最高的灵敏度，能定量检测出润滑油中的微粒，图中Ur为微粒磁导率。
采用该技术的优势是可以区分金属和非金属的微粒，因为微粒在一定频率下，铁微粒经过线圈时可以产生正的电感脉冲，而非金属微粒可以产生负脉冲。当粒子通过微流通道时，粒子体积排除孔内电解质导致线圈电阻发生变化，利用线圈电阻变化引起的电压变化与粒子体积成正比的关系，将电信号换算成粒径，从而记录粒度的分布。接着，被分离的微粒杂质通过下方外接的管道排除油管，剩下的改善过的润滑油将继续润滑，保证机械正常运行。
虽然本发明中库尔特计数器可监测的微粒尺寸为10μm-60μm，但可以通过调节微流通道和线圈的尺寸来检测更小或更大的悬浮微粒。
Claims (6)
1.一种油液中悬浮微粒计数检测装置，其特征在于：包括微粒分离系统和微粒计数检测系统；所述微粒分离系统包括油液入口（1）、分离通道（2）、驻波分离器（3）、油液出口A（4）和油液出口B（8）；油液入口（1）和分离通道（2）采用光刻法处理后直接连接，驻波分离器（3）对称分布于分离通道（2）两侧，分离通道（2）和油液出口A（4）采用光刻法处理后直接连接；所述微粒计数检测系统包括并行多通道（5）、多类型库尔特计数器（6）和信号分析单元（7）；并行多通道（5）与油液出口A（4）采用光刻法处理后直接连接，多类型库尔特计数器（6）直接连接于并行多通道（5）末端。
2.根据权利要求1所述的一种油液中悬浮微粒计数检测装置，其特征在于：所述多类型库尔特计数器（6）包括多类型微流通道（9）、微米级螺纹线圈（10）和电信号记录器（11）；微米级螺纹线圈（10）采用采用激光刻蚀工艺制作并螺旋分布于多类型微流通道（9）外壁，电信号记录器（11）和信号分析单元（7）电连接。
3.根据权利要求1所述的一种油液中悬浮微粒计数检测装置，其特征在于：所述分离通道（2）尺度达到微米级，选择压电陶瓷材料制备，采用激光刻蚀工艺，分离通道（2）宽度为驻波分离器（3）产生的驻波波长的一半。
4.根据权利要求1所述的一种油液中悬浮微粒计数检测装置，其特征在于：所述驻波分离器（3）对称分布于分离通道（2）两侧，用以产生驻波，分离不同粒径的油液中悬浮微粒，使悬浮微粒按尺寸大小进入相应的并行多通道（5）。
5.根据权利要求1所述的一种油液中悬浮微粒计数检测装置，其特征在于：所述并行多通道（5）尺度达到微米级，由多个不同尺寸的微流通道并行组成，用于接收分离出的悬浮微粒；根据不同粒径的悬浮微粒制备不同类型的微流通道，满足不同粒径微粒通行需求。
6.根据权利要求1所述的一种油液中悬浮微粒计数检测装置的应用，其特征在于包括以下步骤：
步骤一： 将待检测油液从油液入口（1）引入分离通道（2），悬浮微粒在分离通道（2）中在驻波分离器（3）产生的驻波激励下分离并进入并行多通道（5）；
步骤二:相应尺寸悬浮微粒通过并行多通道（5）进入多类型微流通道（9），导致磁通量变化，进而引起电感电压变化即有脉冲信号；
步骤三:脉冲信号由电信号记录器（11）记录电感信号，然后信号分析单元（7）接收脉冲信号，分析出粒子的粒径大小、体积、浓度，并得出油液性能评判结果。
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