CN108064337B - 用于压缩机的油传感器 - Google Patents
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Abstract
一种油传感器，包括保持器(2)，对红外光透明并且具有比待检测的油(5)的折射率大的折射率的伸长晶体(3)被紧固到保持器(2)，其中光源(7)设在伸长晶体(3)的第一端(4A)处在保持器(2)中，用于在伸长晶体(3)中传输红外光谱中的光；以及检测装置(8)，检测装置(8)在伸长晶体(3)的第二端(4B)处，用于测量在穿过伸长晶体(3)期间在伸长晶体(3)与待检查的油(5)接触的接触区域(10)中在边界平面(9)处相继地经历至少四次全反射的光的强度；其特征在于，油传感器(1)还设有至少一个温度传感器(11)以确定油传感器(1)的部件中的至少一个部件的温度，以及能够发射光的光源(7)的部分能够被加热到大于400℃的温度。
Description
技术领域
本发明涉及油传感器，特别是确定机器中的油的老化的油传感器，更具体地涉及在压缩机中的油传感器。
背景技术
这里的压缩机是指所有类型的气体和空气压缩机，诸如离心式压缩机、螺钉和齿式压缩机、活塞式压缩机、螺钉(screw)和罗茨(roots)鼓风机、真空泵以及相应的膨胀机。
压缩机通常设有用于向需要润滑和/或冷却的机器的零件(part)供应油的油路。矿物油、半合成油、合成油、PAG油或其它油可以用作油。
在实现润滑和/或冷却功能之后，油在油路中被收集并且被使得再次适于润滑和/或冷却目的，然后被携带回到需要润滑和/或冷却的机器的零件。
为了使油再次适于润滑和/或冷却目的，油路通常设有为了使油冷却的冷却器和/或从油中移除污染物的过滤系统。
由于在油路中存在这种冷却器和/或这种过滤系统，因此可以在压缩机中长时间使用一定量的油，而不必在机器中放入新油。
出现的问题是，油的性质(即，对润滑和/或冷却作用重要的油的性质，诸如例如粘度(viscosity)或其它摩擦学性质)由于将油重复暴露于机器中的不同条件而引起的劣化(degradation)过程(即，诸如氧化、温度劣化之类的劣化过程和其它引起老化的过程)而降低。
在压缩机中，油通常不是专门用于润滑和冷却机械部件(诸如轴承和齿轮)，而是油也被带入到压缩空间中以便冷却压缩气体以及实现(一个或多个)转子与压缩机元件的外壳之间的密封功能。要清楚的是，每当本文中提到压缩气体时，它也可以意味着诸如例如压缩空气之类的压缩气体的混合物。
在压缩之后，通常通过油分离器从压缩气体中提取油，然后将油放回到油路中。
在压缩机元件中，油与气体强烈混合，并且油也可以与气体中的任何污染物接触，这可以加速劣化过程。
如果经过一段时间之后油的性质不再适当(adaquate)以确保良好的润滑和/或冷却作用，那么可能导致压缩机的性能劣化、可能的磨损(wear and tear)、以及甚至可能压缩机的部件或整个压缩机的故障。
由于上述原因，压缩机中的油必须在达到该油的规定使用持续时间之前以及油的性质可能不适当之前被更换。缺点在于，在油的更换期间，压缩机必须停止服务并且油的更换是昂贵的。
但是，例如，由于不同的环境因素和/或操作机制的差异，油可能暴露于的条件因机器而异。在压缩机中，例如较高的空气湿度可以导致油的较快的老化。
油的规定使用持续时间被确定为使得即使在油快速老化的压缩机的情况下，也将能及时更换油。这样做的缺点是，在油较慢地老化的压缩机中，油过早地(换句话说，在达到使用寿命(lifetime)结束之前)被更换掉，这导致不必要的成本。
为了防止这个问题，可以检查压缩机中的油，以确定是否应该更换油。
这可以例如通过使用测试联接器(test coupling)(例如Stauff的SMK20型)例如通过取(take)油样(oil sample)来完成。这使得能够以简单的方式取油样，而机器不必停止服务。然后所取的油样可以在实验室环境中用特殊的装备进行检查，以便检查油是否需要更换。例如，使用红外光谱，可以确定，由于诸如氧化的劣化过程，油的某些成分是否已经减少或甚至消失以及其它物质是否已经进入油中。
这种方法的缺点是，取油样、将油样运送到实验室、以及然后执行分析是非常昂贵和耗时的，并且所有这些都必须在以后当必须再次确定油自那以来是否变得应该更换时进行重复。
已知用于测量内燃机(combustion engine)的油路中的机油的油质量的各种油传感器，诸如电容式、电感式、磁性、电化学或光学油传感器。但是，测试已经表明，这样的油传感器不足以适当地确定压缩机中油的老化。
用于机油的电容式、电感式、磁性和电化学油传感器可以测量油中添加剂(additive)的改变，但是不能或不足以测量由于具有很少添加剂或没有添加剂的油(诸如用于压缩机的油)中的老化而导致的小的特定改变。
虽然许多添加剂被添加到机油中，但是通常很少(如果有的话)添加剂被添加到用于压缩机的油中，因为大多数添加剂不能在用于压缩机的油的使用持续时间内维持活性，用于压缩机的油的使用持续时间通常显著地长于机油的使用持续时间。事实上，压缩机中的油通常可以具有数千小时的使用寿命，而机油通常仅持续几百小时。
用于机油的光学油传感器可以测量特定的改变，即通过在其中由于劣化过程而增加或减少的分子被激发的波长带中进行测量，使得测量结果是油的老化的测量，但不足够敏感以足够准确地测量在长的使用持续时间内用于压缩机的油的老化而导致的小的改变。
GB 2105.058描述了具有用于多次内反射的ATR元件的红外分光光度计(spectrophotometer)以用于测量液体中特定物质的浓度。但是，这种红外分光光度计由复杂而粗放(extensive)的布置组成，其设有在单独的外壳中的镜子(mirror)以及具有由马达经由变速器(transmission)驱动的滤波器(filter)的盘(disk)等等。为此原因，这种分光光度计不能容易地放置在压缩机的油路中。
而且，测试已经表明，在压缩机的油路中的使用期间这种红外分光光度计的测量结果受到由油路中的油的温度以及环境的温度而导致的红外分光光度计的部件的不均匀加热的严重干扰，其中这两个温度可以变化。
发明内容
本发明旨在提供对上述和/或其它缺点中的一个或多个缺点的解决方案。为此目的，本发明涉及油传感器，该油传感器包括保持器，对红外光透明并且具有比待检查的油的折射率大的折射率的伸长晶体(elongated crystal)被紧固(fasten)到该保持器，其中光源设在保持器中伸长晶体的第一端处以用于在伸长晶体中传输(transmit)红外光谱中的光；以及在伸长晶体的第二端处的检测装置，用于测量在穿过伸长晶体期间在伸长晶体与待检查的油接触的接触区域中在边界平面处相继地经历至少四次全反射(totalreflection)的光的强度；以及其中油传感器还设有至少一个温度传感器以确定油传感器的部件中的至少一个部件的温度，以及可以发射光的光源的部分可以被加热到大于400℃的温度。
根据本发明的油传感器的优点是，这种油传感器使得它能够被固定(affix)在压缩机的油路中，以便在离散的时间或连续地测量油的性质，其中这种性质是油的老化的测量。
根据本发明的油传感器的另一个优点是，它使得能够在长的使用持续时间内并且以高灵敏度测量压缩机中的油中的特定改变。根据本发明的油传感器也可以用于测量机油中的改变，特别是当期望高灵敏度时。
上述伸长晶体是用于在被使得与待检查的油接触的边界平面处进行多次内反射的ATR元件。ATR代表全反射的衰减。伸长晶体具有比待检查的油高的折射率。优选地，伸长晶体具有大于1.6的折射率，特别是大于1.9并且优选地大于2.2的折射率。
当ATR元件中的光以大于临界角的角度入射在与油的边界平面上时，根据斯涅耳定律，发生全内反射，其中光以与入射角相同的角度被反射。
当光的一部分被边界平面处的油吸收时发生衰减。这种衰减的光谱，或者换句话说，随着波长而变化的衰减的改变表示油的组成成分，并且通过由光激发的分子的振动来确定。
在伸长晶体中，光因此被数次反射，并且光的一部分可以每次在边界平面处被油吸收：因此，由于多次内反射，总的衰减增加，这增加了油传感器的灵敏度。
因此，油传感器适于测量由于用于压缩机的油在长的使用持续时间内的老化而导致的小的改变，例如，通过测量其中由于劣化过程而增加或减少的分子和/或分子的官能团和/或分子的某些键被激发的波长带，使得测量结果是油的老化的测量。分子和/或分子的官能团和/或分子的某些键可以在油本身中或在油的添加剂中出现，或者也可以由于在油的使用期间的处理而出现。
优选地，伸长晶体被调整尺寸，使得晶体包围的最小球体的直径是可以内接在伸长晶体中的最大球体的至少四倍。
在实际中，伸长晶体的实施例至少部分地由硒化锌、硫化锌、硫化砷、卤化银、砷化镓、锗、硅、氧化锆、KRS-5、KRS-6、蓝宝石、
和/或金刚石组成。伸长晶体也可以完全或部分地由非晶体材料组成。
根据特定的变型实施例，至少部分地在晶体与待检查的油接触的区域中，伸长晶体可以设有涂层(coating)。这种涂层可以例如改善用于待检查的油的伸长晶体的耐化学性和/或耐磨性。涂层也可以用于抵抗伸长晶体上的沉积。例如，DLC涂层可以被应用为涂层，其中DLC代表类金刚石碳(diamand-like carbon)。
优选地，密封件被固定在保持器和伸长晶体之间在伸长晶体周围在两端处，并且密封件被这样构造和/或安装：它使得伸长晶体能够在至少一侧膨胀。
这种密封件可以由标准的密封材料或者以其它方式制成，诸如：EPDM、NBR、
硅树脂等，或者这些和/或其它材料的任何组合。这种油传感器可以以简单的方式放置在压缩机的油路中。
优选地，上述伸长晶体是圆柱形或管状的。优选地，这种伸长晶体的至少一端被呈圆锥形地斜切掉。
已经发现，利用具有至少10mm的长度，特别地至少20mm的长度，优选地至少40mm的长度并且最大直径为7mm，特别地最大直径为5mm，优选地最大直径为3mm的圆柱形伸长晶体，可以进行良好的测量。
还已经发现，利用具有至少10mm的长度，特别地至少20mm的长度，优选地至少40mm的长度，并且直径在0.3和2mm之间的弯曲的圆柱形伸长晶体，可以进行良好的测量。
利用弯曲的圆柱形伸长晶体，发生“模式混合(mode mixing)”，这增加了测量灵敏度。因此，与非弯曲的圆柱形伸长晶体相比，利用弯曲的圆柱形伸长晶体对于相同的测量灵敏度需要较少的光。例如，利用弯曲的圆柱形伸长晶体，可以使用较小的直径，这在实践中也是合适的，以便能够给予伸长晶体弯曲的形式。
已经发现，为了能够制造弯曲的圆柱形伸长晶体，并且还能够获得充分的测量灵敏度，优选地，弯曲的圆柱形伸长晶体的轴的一部分具有大于可以内接在弯曲的圆柱形伸长晶体中的最大球体的半径的五倍，优选地大于该半径的10倍，并且小于该半径的四十倍，优选地小于该半径的二十倍的曲率半径。
对于实际的紧凑构造，优选地，弯曲的圆柱形伸长晶体的轴的长度大于伸长晶体包围的最小球体的半径的三倍，优选地大于该半径的五倍。
在实际的实施例中，弯曲的圆柱形伸长晶体呈现一个或多个环。优选地，这些环彼此不接触，使得待检查的油可以沿着弯曲的圆柱形伸长晶体的表面容易地流动到任何地方，并且油传感器的测量结果正确地反映油路中的油的状态。
还已经发现，相对于恰好同样长的圆柱形伸长晶体，利用具有内径与外径的比率在0.3和0.9之间，特别地在0.5和0.9之间，并且优选地在0.7和0.9之间的管状晶体，内反射的数量强烈地增加到几乎二倍，其中相对于在第一端处传输到伸长晶体中的强度，在伸长晶体的第二端处出现的光的强度几乎没有减少或者没有减少。
同心反射器也可以被固定在管状伸长晶体中和/或管状伸长晶体可以用空气或其它气体填充。管状伸长晶体也可以用固体材料填充。
已经发现，利用可以与待检查的油接触的伸长晶体的表面的波纹状(corrugated)构造，以及通过向该表面提供近似平行于伸长晶体的纵向方向的峰和谷，内反射的数量强烈地增加到几乎二倍。
根据本发明的油传感器还设有至少一个温度传感器，以便确定油传感器的部件中的至少一个的温度。基于油路中的油的不同温度和环境的不同温度处的参考测量结果，使用由这些温度传感器中的一个或多个测量的温度，可以将油传感器的测量结果转换为参考状态，使得可以精确地测量由于压缩机中的油的长的使用持续时间内的老化而导致的油中的小改变。
在本发明的实际实施例中，上述光源是热发射器，其中可以将灯丝(filament)或膜(membrane)电加热到大于400℃的温度，特别地大于500℃的温度，并且优选地大于600℃以便发射光。可能的光源是例如Intex的MIRL17-900型。光源可以连续地操作、脉冲式操作或间歇地操作。
根据本发明的油传感器还可以设有输入反射器，以将由光源发射的较多光传输到伸长晶体中，使得它以大于临界角的角度入射在伸长晶体的边界平面上。利用这种输入反射器，对于相同的期望光输出，可以使用较便宜且较小的具有较低功率的光源。由于输入反射器很大程度上包围了光源和伸长晶体的第一端之间的最短路径，因此可以获得紧凑的实施例。
根据本发明的油传感器还可以设有输出反射器，以将穿过伸长晶体之后的、较多的光传输到检测装置。这种输出反射器可以增加用于相同检测装置的油传感器的灵敏度。如果输出反射器很大程度上包围检测装置和伸长晶体的第二端之间的最短路径，那么可以获得紧凑的实施例。
在本发明的实际实施例中，油传感器中的检测装置可以测量具有在例如2,000和20,000纳米之间的波长的光的强度。
优选地，油传感器中的检测装置可以测量具有在2,000和11,000纳米之间，特别是在5,000和8,000纳米之间的波长的光的强度。已经发现，特别地在这个波长范围内可以很好地观察到压缩机中的油的老化。
在本发明的实际实施例中，检测装置包括热电或铁电检测器、热电堆(thermopile)检测器、电阻或二极管微测热辐射计(microbolometer)、光电导(photoconductive)或光伏(photovoltaic)检测器。检测装置可以设有窗口，该窗口仅允许红外光的光谱中的一部分通过到检测装置。通过对组成窗口的材料进行合适的选择，可以用检测装置测量特定波长带中的光。窗口也可以被应用为检测装置上的涂层。
可替代地，窗口也可以被构造为Fabry-Pérot滤波器(filter)，其中允许通过到检测装置的红外光的部分可以被控制。例如，利用Fabry-Pérot滤波器的连续的不同设置，可以测量对应的不同波长带中的光。
在实际的实施例中，光栅(grating)被放置在伸长晶体的第二端和检测装置之间的光路中，使得光的至少一部分在其入射在检测装置上之前经历衍射。可替代地，棱镜被放置在伸长晶体的第二端和检测装置之间的光路中，使得光的至少一部分在其入射在检测装置上之前经历折射。
在实际的实施例中，在伸长晶体的第二端和检测装置之间的光路中提供带通滤波器，使得光的至少一部分在其入射在检测装置上之前根据波长或多或少地被过滤。
通过以这种方式选择入射在检测装置上的光，可以增大油传感器的测量灵敏度和/或选择性(特别地用于测量压缩机油的老化)，和/或可以使用较便宜的检测装置。
本发明还涉及一种油传感器，其中检测装置包括数个检测器，每个检测器可能设有某个窗口，使得光可以在数个波长带中被测量。这种检测器的示例是Infratec的LIM-011。
检测装置也可以由像图像传感器那样的像素矩阵组成，其中具有某个窗口对其被固定的区域，可能还作为涂层，使得通过选择像素的某些区域，可以测量某个波长带。
根据本发明，检测装置可以包括数个检测器，其中中央检测器可以测量由光源发射并且因此根据从光源到这个中央检测器的近似直线而直接入射在检测装置上的光的一部分的强度。光源的温度也可以用这个中央检测器来确定。
在实际的实施例中，圆柱形伸长晶体的圆锥形斜切端可以被截断，使得由光源发射的光的一部分近似地沿着轴通过圆柱形伸长晶体，并且直接入射在中央检测器上。优选地，在中央检测器周围固定屏幕，以防止不直接来自光源的光进入到中央检测器。
本发明还涉及一种油传感器，其中伸长晶体是可拆卸的。以这种方式，伸长晶体可以被清洁，例如通过冲洗或浸入到合适的液体(诸如溶剂)中。以这种方式，例如，在损坏或不正确的操作的情况下，伸长晶体也可以被更换。
本发明还涉及一种油传感器，其中多于一个伸长晶体被紧固到保持器。
本发明还涉及其油路设有这种油传感器的压缩机。优选地，压缩机的油路中的油传感器被设在冷却器的下游并且在压缩机元件的压缩空间中的油注入(oil injection)的上游或在轴承中或在压缩机元件通过其被驱动和/或转子被同步的齿轮之间。
本发明还涉及用于确定在某个时间间隔期间在压缩机、真空泵或膨胀机(expander)中循环的油的老化程度的方法，其中该方法包括以下步骤：
-使根据本发明的油传感器与循环的油的一部分接触；
-在上述时间间隔开始时第一次并且在上述时间间隔结束时第二次测量在穿过伸长晶体之后某个波长带中的光的强度；以及
-将在那个时间间隔期间油的老化程度确定为两次测量之间该波长带中的光的测得的强度的改变。
优选地，选择波长带，使得在老化之后待检查的油在该波长带中呈现不同的红外吸收。
本发明还涉及以下方法。首先，使根据本发明的油传感器与循环的油的一部分接触。利用根据本发明的油传感器，在时间间隔开始时的第一时间点，在某个波长带和参考波长带中测量光穿过伸长晶体之后的强度，并且确定这两者之间的第一比率。在该时间间隔结束时的第二时间点，第二次测量在穿过伸长晶体之后的在特定波长带和在参考波长带中的光，并且确定这两者之间的第二比率。然后在流逝的时间间隔期间的老化程度可以被确定为第二比率相对于第一比率的改变。优选地，参考波长带被选择，使得在未使用的油与在该油的规定使用持续时间结束时的油之间，油传感器测量到很少差异或没有差异。
这种方法的优点是，这样确定的老化程度不受光源和/或检测装置随着时间的可能改变(例如，光源发射较少的光和/或检测装置对相同的光强度测得较小的值)的影响。
本发明还涉及以下方法。测量油传感器的部件中的至少一个的温度，并且针对该测得的温度来校正油传感器的测量结果。以这种方式，例如，可以在例如由于不同的油温度和/或环境温度而导致的油传感器的部件的不同温度处对还未老化的油进行参考测量。使用众所周知的插值技术，油传感器的测量结果然后可以基于该部件的测得的温度进行校正。
这种方法的优点在于，油传感器的如此校正的测量结果不受油传感器的部件的变化的温度的影响，或受到较少的影响。
根据本发明的方法还可以包括步骤，其中光源的功率被控制，使得在某个波长带中，油传感器测量某个值。以这种方式，由油传感器测得的油的老化程度不受到在例如温度和/或时间影响下的光源和/或检测装置和/或油传感器的其它部件的可能的改变的影响，或者受到较少的影响。
根据本发明，油传感器的测量结果也可以呈现在压缩机的显示器上。以这种方式，用户和/或维护技术人员可以检查油的老化。油传感器的测量结果也可以经由网络传递，以便能够远程检查该压缩机的油的老化。
根据本发明，例如当油的老化超过预定限度以激活音频和/或视觉警报时，油传感器的测量结果也可以传递到压缩机的控制器，和/或将压缩机的操作限制到某个限度，以便防止由于老化的油的不太有效的冷却和/或润滑而导致的压缩机的磨损和/或损坏。
附图说明
为了更好地示出本发明的特征，在下文中参考附图，通过示例的方式而没有任何限制的性质描述了根据本发明的油传感器的几个优选实施例，其中：
图1示意性地示出了根据本发明的油传感器；
图2示意性地示出了根据图1的油传感器的操作；
图3示出了根据图1的油传感器的变体；以及
图4示出了在图3中由箭头F3指示的部分的另一个实施例；以及
图5示出了根据图1的具有弯曲的圆柱形伸长晶体的油传感器的变体；以及
图6示意性地示出了图2的油传感器的变体的操作。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的、设有保持器2的油传感器1。在这种情况下，附图中未示出的第一管道在相对于油传感器1横向(tranversely)的一侧耦合到保持器2，以便将待检查的油5携载到油传感器，并且在另一侧，未示出的第二管道将待检查的油5携载远离油传感器1。
在上述保持器2中提供了ATR元件以用于在可以被使得与待检查的油5接触的边界平面9处进行多次内反射，其中根据本发明的这个ATR元件被构造成圆柱形伸长晶体3的形式。涉及的伸长晶体3(在这种情况下但不一定)在第一端4A和第二端4B处被呈圆锥形地斜切掉。
优选地但不一定地，在保持器2和圆柱形伸长晶体3之间的两端4A和4B处提供密封件6，所有这些使得圆柱形伸长晶体3可以相对于保持器2膨胀和收缩。但是，本发明不限于此，因为，这种密封件也可以例如仅在一端4A或4B处提供。
圆柱形伸长晶体3对于红外光是透明的并且具有比待检查的油5的折射率大的折射率。
在两端4A和4B处的密封件6之间延伸到伸长晶体3的外部的接触区域10中，可以使伸长晶体3与待检查的油5接触。
在圆柱形伸长晶体3的上述第一端4A处，保持器2设有光源7，在这种情况下是热发射器。
此外，优选地，在保持器2上提供输入反射器12，其中这个输入反射器12几乎完全包围光源7与圆柱形伸长晶体3的第一端4A之间的最短路径。
在圆柱形伸长晶体3的上述第二端4B处，保持器2设有检测装置8。
此外，油传感器1包括输出反射器13，输出反射器13可以紧固到保持器2并且几乎完全包围检测装置8和圆柱形伸长晶体3的邻近第二端4B之间的最短路径。
根据本发明，油传感器1还设有温度传感器11，温度传感器11被配置为使得它可以通过安装在该保持器2中或该保持器2上的温度传感器11确定油传感器1的部件中的至少一个(在这种情况下是保持器2)的温度。
检测装置8和温度传感器11连接到例如以计算机形式的处理单元16，该处理单元16能够解释和/或处理由所涉及的检测装置8和温度传感器11生成的信号，并且基于此，直接或间接地控制信令装置17，这些信令装置17可以是视觉的(例如灯或显示屏)或音频的(例如蜂鸣器)。
处理单元16还可以根据附图中未示出的连接来接收和使用由光源7生成的信号(例如温度测量结果)以便解释和/或处理由检测装置8生成的信号。
根据图1的油传感器1是紧凑的并且可以容易地放置在压缩机的油路中。由该油传感器1确定油的老化是简单的并且可以如下进行。
基于图2讨论根据本发明的油传感器的操作，图2示出了在第一端4A处的光源7将光传输到伸长晶体中，使得该光以大于临界角的角度入射在伸长晶体3与沿着晶体3被引导的待检查的油5之间的边界平面9上。
在边界平面9处，光在伸长晶体3中被重复地内反射。每当光入射在边界平面9上时，该光的一部分可以被吸收。光的一部分作为逝波(evanescent wave)离开晶体3并且在待检查的油5中被吸收。待检查的油5中的吸收可以通过由在待检查的油5中或在待检查的油5的添加剂中存在的分子和/或分子的官能团和/或分子的某些键的光的激发来进行，或者由于在使用待检查的油5期间的处理而发生。
在第二端4B处，检测装置8测量光穿过伸长晶体3之后的强度。
图3示出了根据本发明的油传感器的变体。检测装置8包括两个检测器，即，中央检测器8A和第二检测器8B。
光的强度由第二检测器8B在其中待检查的油5在老化时呈现吸收的波长带中进行测量。
中央检测器8A测量由光源7传输并且根据近似直线而入射在中央检测器8A上的光的一部分的强度。由此，中央检测器8A通过测量作为光源7的温度的测量的光源7的强度来充当温度传感器。
然后在第一时间点，确定由第二检测器8B和中央检测器8A测得的强度之间的第一比率。
然后在第二时间点，确定由第二检测器8B和中央检测器8A测得的强度之间的第二比率。
然后将第一时间点和第二时间点之间的时间间隔期间的老化程度确定为第二时间点的第二比率相对于第一时间点的第一比率的改变。
图4示出了在两端4A和4B处被斜切的管状伸长晶体3。在腔体15中存在同心反射器14。在第一端4A处，光被发送到管状伸长晶体3中，使得该光以大于临界角的角度入射在边界平面9上。光在边界平面9处被反射，并且然后入射在同心反射器14上。在那里，光被反射，之后它再次入射在边界平面9上。因此，光在管状伸长晶体3中被重复地内反射，并且每当光入射在边界平面9上时，光的一部分可以被吸收。
根据本发明，伸长晶体3也可以有些弯(bent)或甚至具有完全弯曲的形式。
保持器2也可以被构造成使得油传感器可以作为探头被固定在管道的开口中。
输入反射器12和/或输出反射器13也可以具有其它形式并且完全或部分地形成保持器2的一部分。输入反射器12和/或输出反射器也可以由多个反射器组成，该多个反射器既可以是凹弯曲也可以是凸弯曲的。输入反射器12和/或输出反射器也可以设有透镜以使光的一部分会聚或发散。
中央检测器8A也可以在离其他检测装置8一段距离处。除了第一检测器8B之外，检测装置8还可以包括更多的检测器。
油传感器1的部件的材料可以被选择，使得它们几乎不经受热膨胀的影响。
油传感器的部件可以通过螺钉、粘合剂、咬合系统(snap-in system)或其它紧固装置紧固到保持器。
本发明决不限于作为示例描述的和在附图中示出的实施例，而是，在不脱离本发明的范围的情况下，根据本发明的油传感器可以根据不同的变体实现。
图5示出了具有弯曲的圆柱形伸长晶体3的油传感器1的变体。在这种情况下，弯曲的圆柱形伸长晶体3呈现一个环。此外，当安装油传感器1时，扣钩(clasp)20被紧固到保持器2以保护弯曲的圆柱形伸长晶体3例如防止晃动。代替扣钩20，可以使用其他类型的防护网(screen)，例如保持架(cage)。
图6示意性地示出了图2的油传感器1的变体的操作。
光学元件18被放置在第二端4B和检测装置8之间。该光学元件18使得入射光的一部分能够例如通过衍射或折射而根据波长以不同角度出射(exit)。对于衍射，光栅可以用作或者传输或者反射中的光学元件18，或者对于折射，棱镜可以用作光学元件18。
在光学元件18和检测装置8之间，部署了根据波长或多或少地过滤光的一部分的带通滤波器19。
因此，检测装置8可以选择性地测量在穿过伸长晶体3之后某个波长带中的光。
Claims (57)
1.一种油传感器，包括伸长晶体(3)和保持器(2)，伸长晶体(3)被紧固到保持器(2)，其中伸长晶体(3)由对红外光谱中的光透明并且具有比待检查的油(5)的折射率大的折射率的材料制成，由此光源(7)在伸长晶体(3)的第一端(4A)处设在保持器(2)中，用于在伸长晶体(3)中传输红外光谱中的光，并且检测装置(8)在伸长晶体(3)的第二端(4B)处设在保持器(2)中，用于测量在穿过伸长晶体(3)期间在伸长晶体(3)与待检查的油(5)接触的接触区域(10)中在边界平面(9)处相继地经历至少四次全反射的光的强度，其特征在于，油传感器(1)还设有至少一个温度传感器(11)，所述温度传感器(11)被布置为确定油传感器(1)的部件中的至少一个部件的温度，能够发射光的光源(7)的部分能够被加热到大于400℃的温度从而发射光，并且伸长晶体(3)是管状的，其中管状伸长晶体(3)的内径与外径的比率在0.3与0.9之间。
2.如权利要求1所述的油传感器，其特征在于，能够发射光的光源(7)的所述部分能够被加热到大于500℃的温度。
3.如权利要求2所述的油传感器，其特征在于，能够发射光的光源(7)的所述部分是能够作为电阻器被加热的膜。
4.如权利要求1、2或3所述的油传感器，其特征在于，光源(7)以脉冲光源的形式构造。
5.如权利要求1-3中任一项所述的油传感器，其特征在于，所述油传感器还包括紧固到保持器(2)的输入反射器(12)，并且所述油传感器被配置为使得该输入反射器(12)能够接收源自光源(7)的光的一部分并且将光的该部分发送到伸长晶体(3)中。
6.如权利要求5所述的油传感器，其特征在于，光源(7)与伸长晶体(3)的第一端(4A)之间的最短路径的至少50％位于由输入反射器(12)包围的体积中。
7.如权利要求1-3中任一项所述的油传感器，其特征在于，所述油传感器还包括紧固到保持器(2)的输出反射器(13)，并且所述油传感器被配置为使得该输出反射器(13)能够接收穿过伸长晶体(3)之后的光的一部分，并且将光的该部分传输到检测装置(8)。
8.如权利要求7所述的油传感器，其特征在于，检测装置(8)与伸长晶体(3)的邻近的第二端(4B)之间的最短路径的至少50％位于由输出反射器(13)包围的体积中。
9.如权利要求1-3中任一项所述的油传感器，其特征在于，伸长晶体(3)被配置为使得由光源(7)发射的光在到达检测装置(8)之前，在穿过伸长晶体(3)时，在伸长晶体(3)与待检查的油(5)接触的接触区域(10)中在边界平面(9)处经历至少八次全反射。
10.如权利要求1-3中任一项所述的油传感器，其特征在于，检测装置(8)被构造成测量两个或更多个波长带中的强度。
11.如权利要求10所述的油传感器，其特征在于，检测装置(8)被构造成测量三个或更多个波长带中的强度。
12.如权利要求1-3中任一项所述的油传感器，其特征在于，检测装置(8)还包括中央检测器(8A)，该中央检测器(8A)能够测量由光源(7)发射并且沿着从光源(7)至中央检测器(8A)的近似直线入射在中央检测器(8A)上的光的一部分的强度。
13.如权利要求1-3中任一项所述的油传感器，其特征在于，油传感器还包括密封件(6)，其中密封件(6)被固定在保持器(2)和伸长晶体(3)之间，在第一端(4A)或第二端(4B)处围绕伸长晶体(3)，其中所述密封件(6)使得伸长晶体(3)能够在至少一端(4A，4B)膨胀。
14.如权利要求1-3中任一项所述的油传感器，其特征在于，伸长晶体(3)是圆柱形的。
15.如权利要求1-3中任一项所述的油传感器，其特征在于，管状伸长晶体(3)的内径与外径的比率在0.5与0.9之间。
16.如权利要求15所述的油传感器，其特征在于，油传感器包括同心反射器(14)，其中同心反射器(14)被固定在上述管状伸长晶体(3)中。
17.如权利要求15所述的油传感器，其特征在于，上述管状伸长晶体(3)是中空的并且用空气、气体或气体混合物填充。
18.如权利要求15所述的油传感器，其特征在于，上述管状伸长晶体(3)包括腔体(15)，所述腔体(15)至少部分地用固体材料填充。
19.如权利要求14所述的油传感器，其特征在于，伸长晶体(3)在第一端(4A)和/或第二端(4B)处被呈圆锥形地斜切掉。
20.如权利要求1-3中任一项所述的油传感器，其特征在于，伸长晶体(3)在它与待检查的油(5)接触的接触区域(10)中是波纹状的。
21.如权利要求1-3中任一项所述的油传感器，其特征在于，伸长晶体(3)在它与待检查的油(5)接触的接触区域(10)中设有涂层。
22.如权利要求1-3中任一项所述的油传感器，其特征在于，检测装置(8)包括热电或铁电检测器。
23.如权利要求1至3中任一项所述的油传感器，其特征在于，检测装置(8)包括热电堆检测器。
24.如权利要求1至3中任一项所述的油传感器，其特征在于，检测装置(8)包括电阻或二极管微测热辐射计、光电导检测器或光伏检测器。
25.如权利要求1-3中任一项所述的油传感器，其特征在于，伸长晶体(3)至少部分地由来自包括以下各项的组的材料组成：硒化锌、硫化锌、硫化砷、卤化银、砷化镓、锗、硅、氧化锆、KRS-5、KRS-6、蓝宝石和金刚石。
26.如权利要求1所述的油传感器，其特征在于，能够发射光的光源(7)的所述部分能够被加热到大于600℃的温度。
27.如权利要求5所述的油传感器，其特征在于，光源(7)与伸长晶体(3)的第一端(4A)之间的最短路径的至少75％位于由输入反射器(12)包围的体积中。
28.如权利要求7所述的油传感器，其特征在于，检测装置(8)与伸长晶体(3)的邻近的第二端(4B)之间的最短路径的至少75％位于由输出反射器(13)包围的体积中。
29.如权利要求1-3中任一项所述的油传感器，其特征在于，伸长晶体(3)被配置为使得由光源(7)发射的光在到达检测装置(8)之前，在穿过伸长晶体(3)时，在伸长晶体(3)与待检查的油(5)接触的接触区域(10)中在边界平面(9)处经历至少十二次全反射。
30.如权利要求1-3中任一项所述的油传感器，其特征在于，伸长晶体(3)被配置为使得由光源(7)发射的光在到达检测装置(8)之前，在穿过伸长晶体(3)时，在伸长晶体(3)与待检查的油(5)接触的接触区域(10)中在边界平面(9)处经历至少二十次全反射。
31.如权利要求10所述的油传感器，其特征在于，检测装置(8)被构造成测量四个波长带中的强度。
32.如权利要求1-3中任一项所述的油传感器，其特征在于，管状伸长晶体(3)的内径与外径的比率在0.7与0.9之间。
33.如权利要求1至3中任一项所述的油传感器，其特征在于，油传感器还包括光栅，其中光栅被放置在伸长晶体(3)的第二端(4B)和检测装置(8)之间的光路中，使得光的至少一部分经历衍射。
34.如权利要求1至3中任一项所述的油传感器，其特征在于，油传感器还包括棱镜，其中棱镜被放置在伸长晶体(3)的第二端(4B)与检测装置(8)之间的光路中，使得光的至少一部分经历折射。
35.如权利要求1至3中任一项所述的油传感器，其特征在于，油传感器包括带通滤波器，其中所述带通滤波器被放置在伸长晶体(3)的第二端(4B)与检测装置(8)之间的光路中，使得光的至少一部分根据波长或多或少地被过滤。
36.如权利要求1至3中任一项所述的油传感器，其特征在于，伸长晶体(3)的轴的一部分具有大于能够内接在伸长晶体(3)中的最大球体的半径的五倍，并且小于该半径的四十倍。
37.如权利要求36所述的油传感器，其特征在于，伸长晶体(3)的轴的长度大于伸长晶体所包括的最小球体的半径的三倍。
38.如权利要求1至3中任一项所述的油传感器，其特征在于，油传感器包括被紧固到保持器(2)的多于一个伸长晶体(3)。
39.如权利要求1至3中任一项所述的油传感器，其特征在于，伸长晶体(3)的轴的一部分具有大于能够内接在伸长晶体(3)中的最大球体的半径的10倍并且小于该半径的二十倍的曲率半径。
40.如权利要求36所述的油传感器，其特征在于，伸长晶体(3)的轴的长度大于伸长晶体所包括的最小球体的半径的五倍。
41.一种压缩机、膨胀机或真空泵，其特征在于，该压缩机、膨胀机或真空泵设有如前述权利要求中任一项所述的油传感器(1)。
42.如权利要求41所述的压缩机、膨胀机或真空泵，其特征在于，油传感器(1)被布置为与在该压缩机、膨胀机或真空泵的油路中循环的待检查的油(5)接触。
43.如权利要求42所述的压缩机、膨胀机或真空泵，其特征在于，油传感器(1)被布置在冷却器的下游并且在压缩机元件的压缩空间中或在轴承中或在齿轮之间的油注入的上游。
44.一种用于确定在某个时间间隔期间在压缩机、真空泵或膨胀机中循环的油的老化程度的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
-使如权利要求1至40中任一项所述的油传感器(1)与循环的油的一部分接触；
-在上述时间间隔开始时第一次测量并且在上述时间间隔结束时第二次测量某个波长带中的光在穿过伸长晶体(3)之后的强度；以及
-将在那个时间间隔期间油的老化程度确定为两次测量之间该波长带中的光的测得的强度的改变。
45.如权利要求44所述的方法，其特征在于，油传感器(1)的测量结果根据油传感器(1)的至少一个部件的温度而被校正。
46.如权利要求44所述的方法，其特征在于，油传感器(1)的测量结果根据由光源(7)发射的光的一部分的强度而被校正。
47.如权利要求44所述的方法，其特征在于，油传感器(1)将测量结果传递到处理单元(16)。
48.如权利要求47所述的方法，其特征在于，处理单元(16)能够接通和/或关闭信令装置(17)。
49.如权利要求47所述的方法，其特征在于，处理单元(16)能够经由网络将来自油传感器(1)的测量结果传递到存储介质。
50.一种用于确定在某个时间间隔内在压缩机、膨胀机或真空泵中循环的油的老化程度的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
-使如权利要求1至40中任一项所述的油传感器(1)与循环的油的一部分接触；
-在上述时间间隔开始时的第一时间点，测量在某个波长带和在参考波长带中的光在穿过伸长晶体(3)之后的强度，并且确定这两者之间的第一比率；
-在上述时间间隔结束时的第二时间点，测量在某个波长带和参考波长带中的光在穿过伸长晶体之后的强度，并且确定这两者之间的第二比率；以及
-基于第二比率相对于第一比率的改变来确定在流逝的时间间隔期间油的老化程度。
51.如权利要求50所述的方法，其特征在于，参考波长带被选择为使得油传感器(1)在该参考波长带中，在未使用的油与在该油的规定使用持续时间结束时的油之间测量到10％的最大差异。
52.如权利要求50-51中任一项所述的方法，其特征在于，油传感器(1)的测量结果根据油传感器(1)的至少一个部件的温度而被校正。
53.如权利要求50至51中任一项所述的方法，其特征在于，油传感器(1)的测量结果根据由光源(7)发射的光的一部分的强度而被校正。
54.如权利要求50至51中任一项所述的方法，其特征在于，油传感器(1)将测量结果传递到处理单元(16)。
55.如权利要求54所述的方法，其特征在于，处理单元(16)能够接通和/或关闭信令装置(17)。
56.如权利要求54所述的方法，其特征在于，处理单元(16)能够经由网络将来自油传感器(1)的测量结果传递到存储介质。
57.如权利要求50所述的方法，其特征在于，参考波长带被选择为使得油传感器(1)在该参考波长带中，在未使用的油与在该油的规定使用持续时间结束时的油之间测量到5％的最大差异。
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