CN113325047A - 一种基于多参数电桥法的润滑油清洁度监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于多参数电桥法的润滑油清洁度监测装置，用于检测液压油、滑油等油液中的磁性金属颗粒污染物、非磁性金属颗粒污染物、非金属污染物(水)。本装置基于电桥原理将电感检测法和电容检测法结合，通过调节可调R₁、R_x、R₂的阻值，使得电容电桥回路和电感电桥回路同时达到平衡，保证传感单元中检测电容C₁和检测线圈L₁初始状态时输出电压U_a、U_b为“零点位”。当磁性金属颗粒污染物、非磁性金属颗粒污染物经过检测线圈L₁，输出电压U_b产生不同的波动。当非金属污染物(水)经过检测电容C₁，输出电压U_a产生波动。本发明技术方案解决了现有的油液检测电路只能单独监测金属颗粒污染物或非金属颗粒污染物且监测精度有限的问题。

Description

一种基于多参数电桥法的润滑油清洁度监测装置

技术领域

本发明涉及润滑油清洁度检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于多参数电桥法的润滑油清洁度监测装置。

背景技术

润滑油在汽车工业、船舶制造、建筑工程机械、矿山机械、农业机械、塑料机械、冶金机械、航空等行业具有广泛应用。各行业中的液压系统元件或其它机械零部件需要润滑油传递动力、润滑、防腐等，保证其正常运行。但是润滑油在循环使用过程中会逐渐受到污染，以至于润滑性能下降、磨损和腐蚀增加，最终导致机械零部件失效，引起机械故障。

润滑油的污染物主要包括金属颗粒和非金属颗粒。金属颗粒污染物来源于机械机构运行过程中由于摩擦而产生的颗粒，是造成故障的主要原因。除了金属颗粒污染物，由于装置和管路的密封不良、真空度过大等因素，润滑油中还存在一些非金属颗粒污染物。其中，润滑油中的水能极大加剧机械设备的氧化过程和腐蚀过程，同时改变润滑油粘度，产生不溶的水解产物，堵塞油路。因此非金属颗粒污染物对机械设备正常运行的影响同样不可忽视，同时在线监测金属颗粒和非金属颗粒对于润滑油的污染程度，对提高机械设备运行的稳定性具有重要意义。

目前，针对油液中的金属颗粒污染物的在线检测技术主要包括：光学检测法、声学检测法、电容检测和电感检测法等。它们利用金属颗粒污染物通过检测装置时产生脉冲，根据脉冲的数量和幅值的大小对油液中的颗粒进行计数、属性判断和尺寸测量，对润滑油的污染程度做出准确的分析。其中，声学检测法和光学检测法精度较高，但是，其易受环境噪声和油液透光度影响，不适用于环境噪声较大，油液透光性差的大型机械系统的检测。相比较而言，电感检测法不易受其他因素，更适用于油液中的金属颗粒检测。而针对油液中水分的在线检测技术主要包括：蒸馏法、卡尔.费休法、红外光谱法和介电常数法。其中蒸馏法、卡尔.费休法和红外光谱法都需要对油样进行预处理，无法实现在线监测。

发明内容

为了克服现有的油液检测电路只能单独监测金属颗粒污染物或非金属颗粒污染物且监测精度有限的问题，本发明提供一种基于多参数电桥法的润滑油清洁度监测装置。本发明基于比较法将电感电桥和电容电桥结合同时在线监测金属污染物(磁性金属磨粒、非磁性金属磨粒)和非金属污染物(水)，具有较高的灵敏度和准确度。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于多参数电桥法的润滑油清洁度监测装置，包括：微流控芯片和设置在微流控芯片中的传感单元；

传感单元包括电容电桥回路和电感电桥回路；

微流控芯片包括至少一根流道、一个流道入口以及一个流道出口。

进一步地，所述电容电桥回路包括电阻R₀、电阻R_x、电阻R₁、电阻R₂、检测电容C₁以及电容C₂；电阻R₀与电阻R_x串联形成第一接线端口、第二接线端口、第三接线端口；电阻R₁与检测电容C₁并联，一端形成第四接线端口，另一端连接第一接线端口；电阻R₂与电容C₂并联，一端连接第四接线端口，另一端连接第三接线端口；第四接线端口与第二接线端口相连作为信号输出端U_a；第一接线端口连接第二接线端口，第二接线端口连接第三接线端口，第三接线端口连接第四接线端口，第四接线端口连接第一接线端口。

进一步地，所述电感电桥回路包括电阻R₀、电阻R_x、检测线圈L₁和线圈L₂；电阻R₀与电阻R_x串联形成第一接线端口、第二接线端口、第三接线端口；检测线圈L₁和线圈L₂串联形成第五接线端口、第六接线端口、第七接线端口；第五接线端口与第一接线端口相连作为一电源输入端；第七接线端口与第三接线端口相连作为另一电源输入端；第六接线端口与第二接线端口相连作为信号输出端U_b；第一接线端口连接第五接线端口，第五接线端口连接第六接线端口，第六接线端口连接第七接线端口，第七接线端口连接第三接线端口，第三接线端口连接第二接线端口，第二接线端口连接第一接线端口。

进一步地，所述电容电桥回路和电感电桥回路共用一对桥臂电阻R₀和电阻R_x。

进一步地，所述电阻R_x、电阻R₁、电阻R₂均采用可调电阻，用于调节所述电容电桥回路和电感电桥回路的平衡。

进一步地，所述微流控芯片的流道布置具体如下：

当布置一根流道时，检测电容C₁和检测线圈L₁共用一根流道；

当布置两根流道时，检测电容C₁和检测线圈L₁共用一根流道，电容C₂和线圈L₂共用一根流道；或检测电容C₁采用一根流道，检测线圈L₁采用一根流道；

当布置三根流道时，检测电容C₁和检测线圈L₁共用一根流道，电容C₂采用一根流道，线圈L₂采用一根流道；或电容C₂和线圈L₂共用一根流道，检测电容C₁采用一根流道，检测线圈L₁采用一根流道；

当布置四根流道时，检测电容C₁采用一根流道，检测线圈L₁采用一根流道，电容C₂采用一根流道，线圈L₂采用一根流道。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的基于多参数电桥法的润滑油清洁度监测装置，基于电桥原理将电感检测法和电容检测法结合，能同时实现对待测油样中的磁性金属颗粒污染物、非磁性金属颗粒污染物、非金属污染物(水，气泡)进行检测。

2、本发明提供的基于多参数电桥法的润滑油清洁度监测装置，将电容电桥回路和电感电桥回路结合，通过设定可调电阻R₁、可调电阻R_x、可调电阻R₂不同的初始电阻值，实现初始状态输出“零电位”，提升检测精度。

3、本发明提供的基于多参数电桥法的润滑油清洁度监测装置，可以根据实际应用场所需要，灵活布置流道，流道越多检测通量越大，流道越少微流体芯片体积越小。

基于上述理由本发明可在润滑油清洁度检测等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明传感单元电路图。。

图2为本发明微流控芯片俯视图。

图3为本发明微流控芯片结构图。

图1中：a、第一接线端口；b、第二接线端口；c、第三接线端口；d、第四接线端口；e、第五接线端口；f、第六接线端口；g、第七接线端口。

图2-3中：1、载玻片；2、基地；3、检测线圈L₁；4、流道；5、检测电容C₁；6、流道出口；7、电阻R₁；8、电容C₂；9、电阻R₂；10、电阻R_x；11、电阻R₀；12、线圈L₂；13、流道入口。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明提供了一种基于多参数电桥法的润滑油清洁度监测装置，包括：微流控芯片和设置在微流控芯片中的传感单元；

传感单元包括电容电桥回路和电感电桥回路；

微流控芯片包括至少一根流道4、一个流道入口13以及一个流道出口6。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图1所示，所述电容电桥回路包括电阻R₀11、电阻R_x10、电阻R₁7、电阻R₂9、检测电容C₁5以及电容C₂8；电阻R₀11与电阻R_x10串联形成第一接线端口a、第二接线端口b、第三接线端口c；电阻R₁7与检测电容C₁5并联，一端形成第四接线端口d，另一端连接第一接线端口a；电阻R₂9与电容C₂8并联，一端连接第四接线端口d，另一端连接第三接线端口c；第四接线端口d与第二接线端口b相连作为信号输出端U_a；第一接线端口a连接第二接线端口b，第二接线端口b连接第三接线端口c，第三接线端口c连接第四接线端口d，第四接线端口d连接第一接线端口a。在电源U_i的激励下，电阻R₀11、电阻R_x10、检测电容C₁5、电容C₂8、电阻R₁7、电阻R₂9如图1所示连接，形成电容电桥回路，输出电压信号U_a。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，继续参见图1，所述电感电桥回路包括电阻R₀11、电阻R_x10、检测线圈L₁3和线圈L₂12；电阻R₀11与电阻R_x10串联形成第一接线端口a、第二接线端口b、第三接线端口c；检测线圈L₁3和线圈L₂12串联形成第五接线端口e、第六接线端口f、第七接线端口g；第五接线端口e与第一接线端口a相连作为一电源输入端；第七接线端口g与第三接线端口c相连作为另一电源输入端；第六接线端口f与第二接线端口b相连作为信号输出端U_b；第一接线端口a连接第五接线端口e，第五接线端口e连接第六接线端口f，第六接线端口f连接第七接线端口g，第七接线端口g连接第三接线端口c，第三接线端口c连接第二接线端口b，第二接线端口b连接第一接线端口a。在电源U_i的激励下，电阻R₀11、电阻R_x10、检测线圈L₁3和线圈L₂12如图1所示连接，形成电感电桥回路，输出电压信号U_b。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述电容电桥回路和电感电桥回路共用一对桥臂电阻R₀11和电阻R_x10。所述电阻R_x10、电阻R₁7、电阻R₂9均采用可调电阻，通过调节电阻R_x10、电阻R₁7、电阻R₂9使得电容电桥回路和电感电桥回路同时达到平衡。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图2、3所示，微流控芯片包括载玻片1以及设置在载玻片上的基底2，基底2内开设有至少一根流道4、一个流道入口13以及一个流道出口6。所述微流控芯片的流道布置具体如下：

当布置一根流道时，检测电容C₁和检测线圈L₁共用一根流道；即流道同时置于检测电容C₁的两电极之间和检测线圈L₁之中。

当布置两根流道时，检测电容C₁5和检测线圈L₁3共用一根流道，电容C₂8和线圈L₂12共用一根流道；或检测电容C₁5采用一根流道，检测线圈L₁3采用一根流道；即：将一根流道同时置于检测电容C₁5的两电极之间和检测线圈L₁3之中，将另一根流道同时置于电容C₂8的两电极之间和线圈L₂12之中；或将一根流道置于检测电容C₁5的两电极之间，另一根流道置于检测线圈L₁3之中。

当布置三根流道时，检测电容C₁5和检测线圈L₁3共用一根流道，电容C₂8采用一根流道，线圈L₂12采用一根流道；或电容C₂8和线圈L₂12共用一根流道，检测电容C₁5采用一根流道，检测线圈L₁3采用一根流道；即：将一根流道同时置于检测电容C₁5的两电极之间和检测线圈L₁3之中，另一根流道置于电容C₂8的两电极之间，第三根流道置于线圈L₂12之中；或者将一根流道同时置于电容C₂8的两电极之间和线圈L₂12之中，将另一根流道置于检测电容C₁5的两电极之间，第三根流道置于检测线圈L₁3之中。

当布置四根流道时，检测电容C₁5采用1根流道，检测线圈L₁3采用1根流道，电容C₂8采用1根流道，线圈L₂12采用1根流道。即：将第一根流道置于检测电容C₁5的两电极之间，第二根流道置于电容C₂8的两电极之间，第三根流道置于检测线圈L₁3之中，第四根流道模具置于线圈L₂12之中。

无论微流体芯片中流道采用哪种布置方式，检测电容C₁5的两电极之间和检测线圈L₁3之中始终通入待测油样。若电容C₂8的两电极之间或线圈L₂12之中含有流道4，则通入未使用过的油样。流道的布置方法只影响电容电桥回路和电感电桥回路同时达到平衡的条件。即，电容C₂8的两电极之间和线圈L₂12之中是否流经未使用过的油样，会影响电容C₂8的电容值以及线圈L₂12的电感值。但是，通过设定可调电阻R₁7、R_x10、R₂9不同的初始电阻值，电容电桥回路和电感电桥回路同样在检测前能实现平衡。

本发明装置的工作原理如下：

电源U_i产生激励电压，当待测油样含有磁性金属颗粒污染物，在检测线圈L₁3之中流经，磁性金属颗粒污染物被磁化的强度大于产生的电涡流效应，检测线圈L₁3所占分压比线圈L₂12大，电阻R₀11、电阻R_x10所占分压不变，电流从高电位流向低电位，第二接线端口b和第六接线端口f之间输出的电压U_b增大。

电源U_i产生激励电压，当待测油样含有非磁性金属颗粒污染物，在检测线圈L₁3之中流经，非磁性金属颗粒污染物被磁化的强度小于产生的电涡流效应，检测线圈L₁3所占分压比线圈L₂12小，电阻R₀11、电阻R_x10所占分压不变，电流从高电位流向低电位，第二接线端口b和第六接线端口f之间输出的电压U_b减小。

电源U_i产生激励电压，当待测油样含有非金属污染物(水)，在检测电容C₁5的两电极之间流经，(油液的介电常数为2.6，水的介电常数为80)引发检测电容C₁5电容值的增加，第二接线端口b和第四接线端口d之间输出的电压U_a减小。

输出电压U_b峰值的变化次数以及变化量大小为金属颗粒污染物浓度和大小信息，从而判断油液的被污染程度、机械设备的磨损程度。输出电压U_b的变化方向为金属颗粒污染物的种类，输出电压U_b峰值向上即为磁性金属颗粒污染物，输出电压U_b峰值向下即为非磁性金属颗粒污染物，从而判断机械设备大致的磨损部位。输出电压U_a的减小量，体现了油液中的含水量，从而判断油液的被污染程度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种基于多参数电桥法的润滑油清洁度监测装置，其特征在于，包括：微流控芯片和设置在微流控芯片中的传感单元；

传感单元包括电容电桥回路和电感电桥回路；

微流控芯片包括至少一根流道、一个流道入口以及一个流道出口。

2.根据权利要求1所述的基于多参数电桥法的润滑油清洁度监测装置，其特征在于，所述电容电桥回路包括电阻R₀、电阻R_x、电阻R₁、电阻R₂、检测电容C₁以及电容C₂；电阻R₀与电阻R_x串联形成第一接线端口、第二接线端口、第三接线端口；电阻R₁与检测电容C₁并联，一端形成第四接线端口，另一端连接第一接线端口；电阻R₂与电容C₂并联，一端连接第四接线端口，另一端连接第三接线端口；第四接线端口与第二接线端口相连作为信号输出端U_a；第一接线端口连接第二接线端口，第二接线端口连接第三接线端口，第三接线端口连接第四接线端口，第四接线端口连接第一接线端口。

3.根据权利要求1所述的基于多参数电桥法的润滑油清洁度监测装置，其特征在于，所述电感电桥回路包括电阻R₀、电阻R_x、检测线圈L₁和线圈L₂；电阻R₀与电阻R_x串联形成第一接线端口、第二接线端口、第三接线端口；检测线圈L₁和线圈L₂串联形成第五接线端口、第六接线端口、第七接线端口；第五接线端口与第一接线端口相连作为一电源输入端；第七接线端口与第三接线端口相连作为另一电源输入端；第六接线端口与第二接线端口相连作为信号输出端U_b；第一接线端口连接第五接线端口，第五接线端口连接第六接线端口，第六接线端口连接第七接线端口，第七接线端口连接第三接线端口，第三接线端口连接第二接线端口，第二接线端口连接第一接线端口。

4.根据权利要求3所述的基于多参数电桥法的润滑油清洁度监测装置，其特征在于，所述电容电桥回路和电感电桥回路共用一对桥臂电阻R₀和电阻R_x。

5.根据权利要求3所述的基于多参数电桥法的润滑油清洁度监测装置，其特征在于，所述电阻R_x、电阻R₁、电阻R₂均采用可调电阻，用于调节所述电容电桥回路和电感电桥回路的平衡。

6.根据权利要求1所述的基于多参数电桥法的润滑油清洁度监测装置，其特征在于，所述微流控芯片的流道布置具体如下：

当布置一根流道时，检测电容C₁和检测线圈L₁共用一根流道；

当布置两根流道时，检测电容C₁和检测线圈L₁共用一根流道，电容C₂和线圈L₂共用一根流道；或检测电容C₁采用一根流道，检测线圈L₁采用一根流道；

当布置三根流道时，检测电容C₁和检测线圈L₁共用一根流道，电容C₂采用一根流道，线圈L₂采用一根流道；或电容C₂和线圈L₂共用一根流道，检测电容C₁采用一根流道，检测线圈L₁采用一根流道；

当布置四根流道时，检测电容C₁采用一根流道，检测线圈L₁采用一根流道，电容C₂采用一根流道，线圈L₂采用一根流道。

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