CN113030200B - 一种油液检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油液检测装置及其检测方法，属于工业传感器技术领域。本发明的检测装置，包括测试腔体，测试腔体内沿长度方向开设有测试腔，测试腔的两端通过第一端支撑体和第二端支撑体密封，测试腔内部安装有中间支撑体，且中间支撑体上设有供前后贯通的油液通道；中间支撑体两侧分别设有与测试腔同轴的第一柱状内电极和第二柱状内电极。本发明针对目前油液性能检测设计复杂、使用不便的现状，拟提供的检测装置采用差动结构设计，不仅结构简单，抗干扰能力强，且有助于解决判断检测油液中不同污染成分的问题。

Description

一种油液检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及工业传感器技术领域，更具体地说，涉及一种油液检测装置及其检测方法。

背景技术

工业设备中大量使用各种润滑油、液压油等油液，油液在使用过程中会发生由于高温氧化，进水或颗粒物污染造成的性质变化和性能退化。监测油液的性质变化可以发现早期机械磨损，对设备的故障发生提供预警信息，对减少设备损坏和故障停机，提高设备的利用效率具有重要意义。

电容传感器通过测量油液的介电常数变化来检测油液的污染和退化程度，在实际生产中得到广泛应用。但目前应用的电容检测技术存在以下问题：1、由于影响油液介电常数变化的因素很多，如含水，油品氧化，金属颗粒等，电容检测只能测量多个因素的综合影响效果，很难区分不同的污染成分；2、电容检测方法的干扰因素较多，导致测量灵敏度一般不高，大大影响了技术的应用范围。为解决这些问题，目前行业内已有不少公开的专利和发表的文章提出了各种的探头结构和测量方法，但通常设计复杂，使用困难，实际应用效果仍有很大的优化空间。

经检索，如中国专利申请号：2008101439966，发明创造名称：基于介电常数测量的在线油液监测传感器及其系统，该申请案的传感器以第一极柱、第二极柱构成第一电容，以第三极柱与第二极柱构成第二电容，以第二极柱作为公共极，第一电容和第二电容并联构成差动式圆柱电容，能够检测电容传感器电容值的微小变化，从而反推油液介电常数的微小变化。又如中国专利申请号：2014104550829，发明创造名称：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，该申请案中探头电极包括外电极、中间电极和内电极，外电极与中间电极之间形成供被测油液流过的开放空腔，外电极和中间电极构成一电容器；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，中间电极和内电极构成一电容器。该申请案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。又如中国专利申请号：2019112325609，发明创造名称：一种电容式液压油磨粒分级监测系统，该申请案包括有金属磨粒收集装置、检测管道、小目数滤芯、大目数滤芯，检测管道内设有小目数滤芯、大目数滤芯，检测管道两侧均可放置金属磨粒收集装置，该申请案基于磁性原理，隔盘吸引金属磨粒，使得金属磨粒贴附在金属磨粒收集盘的底面，避免金属磨粒残留在检测管内，可根据金属磨粒的量或大小来进行磁力调节。诸如此类，目前已有大量技术涉及油液性能检测，但行业内仍需要更为简便有效的新方式。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于针对目前油液性能检测设计复杂、使用不便的现状，拟提供一种油液检测装置及其检测方法，本发明的检测装置采用差动结构设计，不仅结构简单，抗干扰能力强，且有助于解决判断检测油液中不同污染成分的问题。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种油液检测装置，包括测试腔体，测试腔体内沿长度方向开设有测试腔，测试腔的两端通过第一端支撑体和第二端支撑体密封，测试腔内安装有中间支撑体，且中间支撑体上设有供前后贯通的油液通道；中间支撑体两侧分别设有与测试腔同轴的第一柱状内电极和第二柱状内电极，第一柱状内电极与测试腔体构成第一检测电容，第二柱状内电极与测试腔体构成第二检测电容。

更进一步地，测试腔体、第一柱状内电极和第二柱状内电极分别采用金属材质制成，中间支撑体、第一端支撑体和第二端支撑体均采用绝缘材质制成。

更进一步地，测试腔体的内部测试腔直径为D，第一柱状内电极的直径为d1，有效长度W1，第二柱状内电极的直径为d2，有效长度W2，满足W1*Ln(D/d2)＝W2*Ln(D/d1)。

更进一步地，进油口和出油口沿油液流通方向设置于测试腔体上，出油口的水平高度位置高于进油口的水平高度位置；或者是进油口和出油口对应分别设置于第一端支撑体和第二端支撑体上。

本发明的一种油液检测方法，采用如上所述的油液检测装置，按照以下方式进行：对于结构相同的第一检测电容和第二检测电容，设置不同的偏置电压和激励频率，检测第一检测电容和第二检测电容的电容变化，来测量油液的不同性质变化；对于结构不同的第一检测电容和第二检测电容，设置相同的偏置电压和激励频率，检测第一检测电容和第二检测电容的电容及二者的差动电容变化，来测量油液的特定参数变化。

更进一步地，所述的油液检测装置中，第一柱状内电极和第二柱状内电极均为等直径圆柱状电极，两者直径相同或不同。

更进一步地，所述的油液检测装置中，第一柱状内电极和第二柱状内电极结构不同，其中至少一个为变直径柱状电极。

更进一步地，所述的油液检测装置中，第一柱状内电极和第二柱状内电极中，其中一个电极的外端设置有向内延伸的空腔，其对应的端支撑体上对应开孔，柱状磁体从外部安装于该电极的空腔内，且端部通过压盖固定。

更进一步地，所述的油液检测装置中，第一检测电容或第二检测电容的表面涂覆有功能薄膜，用于吸附油液中的特定成分。

更进一步地，所述的油液检测装置中，中间支撑体上的油液通道区域安装有过滤膜。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的油液检测装置，设有第一检测电容和第二检测电容，两者在空气中的电容值相同，并同时接入差动电容检测电路，两者具有相同的材料和相似的结构，空间位置又非常接近，因此环境温度变化和其他电磁干扰对两个电容值的影响效果相同，采用差动测量方式可以很好第补偿外部干扰对测量的不利影响，结构简单，抗干扰能力强，测量灵敏度较高。

(2)本发明的油液检测方法，采用差动测量方式，且能够根据实际检测需求，对应调整第二检测电容和第二检测电容的结构，对应解决判断检测油液中不同污染成分的问题，应用灵活方便，实践意义重大。

附图说明

图1为本发明的一种油液检测装置的结构示意图；

图2为本发明的油液检测装置的剖视结构示意图；

图3为本发明中设有柱状磁体的油液检测装置的结构示意图；

图4为本发明中设有过滤膜的油液检测装置的剖视结构示意图；

图5为本发明的一种油液检测装置的结构示意图；

图6为本发明的一种油液检测装置的结构示意图；

图7为本发明的一种油液检测装置的结构示意图。

示意图中的标号说明：

100、测试腔体；101、进油口；102、出油口；200、中间支撑体；300、第一端支撑体；400、第一柱状内电极；500、第二柱状内电极；501、柱状磁体；502、压盖；600、第二端支撑体；700、过滤膜。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种油液检测装置，包括测试腔体100，测试腔体100内沿长度方向开设有测试腔，具体为等直径通孔的测试腔，测试腔的两端通过第一端支撑体300和第二端支撑体600密封，测试腔内安装有中间支撑体200，且中间支撑体200上设有供前后贯通的油液通道；中间支撑体200两侧分别设有与测试腔同轴的第一柱状内电极400和第二柱状内电极500，即中间支撑体200与第一端支撑体300之间设有第一柱状内电极400，中间支撑体200与第二端支撑体600之间设有第二柱状内电极500，第一柱状内电极400与测试腔体100构成第一检测电容，第二柱状内电极500与测试腔体100构成第二检测电容，第一检测电容和第二检测电容在空气中的电容值相同，并同时接入差动电容检测电路。

本实施例中测试腔体100、第一柱状内电极400和第二柱状内电极500分别采用金属材质制成，中间支撑体200、第一端支撑体300和第二端支撑体600均采用绝缘材质制成。本实施例中测试腔体100上设置有供引出内部电极连接线的走线通孔，中间支撑体200上也对应设有与该通孔相对齐的走线通孔，具体如图1中，在测试腔体100上垂直于油液流通方向开设走线通孔，中间支撑体200可采用具有径向分布的轮辐状结构，并在轮辐结构中部开设对应的走线通孔；中间支撑体200亦可采用圆片状结构，圆片直径与测试腔直径相同，且圆片上设置多个供油液流通的通孔为油液通道。本实施例中进油口101和出油口102沿油液流通方向设置于测试腔体100上，出油口102的水平高度位置高于进油口101的水平高度位置，如图2所示，在测试腔体100两侧安装进出油口，进油口101设置于第一检侧电容的侧面底部，出油口102设置于第二检测电容的侧面顶部。或者是如图7所示，当第一端支撑体300和第二端支撑体600直接安装于油路管道中时，可将进油口101和出油口102对应分别设置于第一端支撑体300和第二端支撑体600上，即第一端支撑体300上开设流通通孔作为进油口101，第二端支撑体600上开设流通通孔作为出油口102。

本实施例中测试腔体100的内部测试腔直径为D，第一柱状内电极400的直径为d1，有效长度W1，第二柱状内电极500的直径为d2，有效长度W2，且满足W1*Ln(D/d2)＝W2*Ln(D/d1)，Ln为自热对数运算。本实施例中以金属测试腔体100作为检测电容的接地电极，对外部干扰具有较强的屏蔽效果，由于第一检测电容和第二检测电容具有相同的材料和相似的结构，空间位置又非常接近，因此环境温度变化和其他电磁干扰对两个电容值的影响效果相同，采用差动测量方式可以很好地补偿外部干扰对测量的不利影响。

本实施例根据实际检测需求，第一柱状内电极400和第二柱状内电极500可以设置为结构完全相同的等直径柱状电极，形成结构相同的第一检测电容和第二检测电容；亦可设置为不同直径或不同结构，形成结构不同的第一检测电容和第二检测电容。利用该检测装置进行检测时，对于结构相同的第一检测电容和第二检测电容，设置不同的偏置电压和激励频率，检测第一检测电容和第二检测电容的电容变化，来测量油液的不同性质变化；对于结构不同的第一检测电容和第二检测电容，设置相同的偏置电压和激励频率，检测第一检测电容和第二检测电容的电容及二者的差动电容变化，来测量油液的特定参数变化。以下将针对具体实施例进一步分析。

实施例2

本实施例的一种油液检测方法，应用的检测装置基本结构同实施例1，进一步地，本实施例中的检测装置，第一柱状内电极400和第二柱状内电极500结构相同，均为等直径圆柱状电极，且两电极直径相同。本实施例中第一检测电容或第二检测电容的表面涂覆有功能薄膜，用于吸附油液中的特定成分如水分。更具体地，检测电容的表面包括柱状内电极外表面和测试腔体100对应柱状内电极的内腔部分。本实施例中第二检测电容的表面，即第二柱状内电极500的外表面和测试腔对应第二柱状内电极500的内壁部分涂覆有功能薄膜，如高分子亲水膜。当待测油液顺序通过第一检测电容和第二检测电容时，第二检测电容表面的亲水膜会对油液中的游离水产生吸附，因而造成第二检测电容的电容值比第一检测电容的电容值增加，检测第二检测电容的和第一检测电容的差动输出可以单独反映油液中的水分含量变化，油液其他性质的变化如温度、颗粒、酸性物质的变化都对测量没有影响。

实施例3

本实施例的一种油液检测方法，应用的检测装置基本结构同实施例1，进一步地，本实施例中的检测装置，第一柱状内电极400和第二柱状内电极500中，其中一个电极的外端设置有向内延伸的空腔，其对应的端支撑体上对应开孔，柱状磁体501从外部安装于该电极的空腔内，且端部通过压盖502固定。如图3所示，第二柱状内电极500的中间设置空腔，第二端支撑体600中部开孔，柱状磁体501从外部安装于第二柱状内电极500内并由压盖502固定。

实际应用中，待测油液通过第二检测电容时，第二柱状内电极500由于内部安装有柱状磁体501会吸附油液中的铁磁性颗粒，造成第二检测电容的电容值变化，通过测量第一检测电容和第二检测电容的差动输出，即可单独测量出油液中的铁磁性颗粒含量，油液的其他性质如水分、温度等对测量的结果没有影响。同时由于采用外部装拆磁体的结构，实践中可以便于取出柱状磁体501而使吸附在上的铁磁性颗粒冲走，实现传感器的置零，整个过程不需要拆卸传感器，实践应用中意义巨大。

实施例4

本实施例的一种油液检测方法，应用的检测装置基本结构同实施例1，进一步地，本实施例中的检测装置，中间支撑体200上的油液通道区域安装有过滤膜700，如图4所示，中间支撑体200采用轮辐式结构，即在轮辐间隙中安装过滤膜700。当待测油液通过第一检测电容而进入第二检测电容时，过滤膜700可以吸附过滤待测油液中的铁磁性和非铁磁性颗粒，使得进入第二检测电容的油液中含有的颗粒量大大减少，进而造成第二检测电容的电容值变小，测量第一检测电容和第二检测电容的差动输出可以单独测量出油液中的颗粒含量变化。

实施例5

本实施例的一种油液检测方法，应用的检测装置基本结构同实施例1，进一步地，本实施例中的检测装置，第一柱状内电极400和第二柱状内电极500两者仍分别为等直径柱状电极，但两者直径不同，如图5所示，增加第二柱状内电极500的直径d2，使之远远大于第一柱状内电极400的直径d1，同时减小W2，保持W1*Ln(D/d2)＝W2*Ln(D/d1)。当D-d2很小的时候，油液中的气泡对第一检测电容和第二检测电容的电容值的影响效果不同，D-d2越小，同样尺寸的气泡对第二检测电容的影响越大。为进一步增加对气泡的检测灵敏度，可将第二检测电容的表面，即第二柱状内电极500的外表面和测试腔对应第二柱状内电极500的内壁部分，设置为粗糙表面，将第一检测电容的表面对应设为光滑表面，使得气泡更容易在第二检测电容的表面聚集。本实施例采用D-d2＝1mm，测量第一检测电容和第二检测电容的差动电容输出，即可测量油液中气泡的含量。油液中的颗粒也会对第二检测电容有类似影响，只是影响电容变化的方向与气泡的方向相反，在油液进入本装置前吸附过滤颗粒，则可以利用本装置单独测量油液中气泡的影响。

实施例6

本实施例的一种油液检测方法，应用的检测装置基本结构同实施例1，进一步地，本实施例中的检测装置，第一柱状内电极400和第二柱状内电极500中至少一个为变直径柱状电极，如图6所示，第一柱状内电极400为等直径柱状电极，第二柱状内电极500为变直径柱状电极，电极中部区域直径d3远大于第一柱状内电极400的直径d1，且第二柱状内电极500的中部大直径区域与端部小直径区域之间采用锥形倾斜过渡，同理，第二柱状内电极500的中部区域与端部区域之间亦可采用阶梯状过渡，在此不再赘述。此种设计在便于实践安装操作的情况下，使得D-d3的值更小从而进一步提高检测的灵敏度。同理，根据检测需求，第一柱状内电极400和第二柱状内电极500亦可均采用变直径柱状电极结构，具体不再赘述。

实施例7

本实施例的一种油液检测方法，应用的检测装置基本结构同实施例1，进一步地，需要说明的是，上述实施例中各种结构模式的检测装置，可以根据不同的应用需求组合使用设计，以获得更好的效果，如将实施例3中的磁体吸附模式与实施例5中的电极直径变化形式相结合，在实施例5中的第二柱状内电极500内安装柱状磁体501，可以进一步提高传感器检测油液中铁磁性颗粒的灵敏度。其他组合形式在此不再赘述，实践操作中可以对应调整，应用灵活方便。

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 (5)

1. 一种油液检测装置，其特征在于：包括测试腔体（100），测试腔体（100）内沿长度方向开设有测试腔，测试腔的两端通过第一端支撑体（300）和第二端支撑体（600）密封，测试腔内安装有中间支撑体（200），且中间支撑体（200）上设有供前后贯通的油液通道，中间支撑体（200）上的油液通道区域安装有过滤膜（700）；中间支撑体（200）两侧分别设有与测试腔同轴的第一柱状内电极（400）和第二柱状内电极（500），第一柱状内电极（400）与测试腔体（100）构成第一检测电容，第二柱状内电极（500）与测试腔体（100）构成第二检测电容，待测油液沿流动方向依次按顺序通过第一检测电容和第二检测电容； 第一柱状内电极（400）和第二柱状内电极（500）中，其中一个电极的外端设置有向内延伸的空腔，其对应的端支撑体上对应开孔，柱状磁体（501）从外部安装于该电极的空腔内，且端部通过压盖（502）固定，实现柱状磁体（501）的可拆卸安装；

第一柱状内电极（400）和第二柱状内电极（500）均为等直径圆柱状电极，且两者直径不同；或者，第一柱状内电极（400）和第二柱状内电极（500）结构不同，其中至少一个为变直径柱状电极；

测试腔体（100）的内部测试腔直径为D，第一柱状内电极（400）的直径为d1，有效长度W1，第二柱状内电极（500）的直径为d2，有效长度W2，满足W1*Ln(D/d2)=W2*Ln(D/d1)。

2.根据权利要求1所述的一种油液检测装置，其特征在于：测试腔体（100）、第一柱状内电极（400）和第二柱状内电极（500）分别采用金属材质制成，中间支撑体（200）、第一端支撑体（300）和第二端支撑体（600）均采用绝缘材质制成。

3.根据权利要求1所述的一种油液检测装置，其特征在于：进油口（101）和出油口（102）沿油液流通方向设置于测试腔体（100）上，出油口（102）的水平高度位置高于进油口（101）的水平高度位置；或者是进油口（101）和出油口（102）对应分别设置于第一端支撑体（300）和第二端支撑体（600）上。

4.一种油液检测方法，其特征在于：采用如权利要求1-3任一项所述的油液检测装置，按照以下方式进行：对于结构相同的第一检测电容和第二检测电容，设置不同的偏置电压和激励频率，检测第一检测电容和第二检测电容的电容变化，来测量油液的不同性质变化；对于结构不同的第一检测电容和第二检测电容，设置相同的偏置电压和激励频率，检测第一检测电容和第二检测电容的电容及二者的差动电容变化，来测量油液的特定参数变化。

5.根据权利要求4所述的一种油液检测方法，其特征在于：所述的油液检测装置中，第一检测电容或第二检测电容的表面涂覆有功能薄膜，用于吸附油液中的特定成分。