CN113640353A - 一种在线监测油液磨粒含量的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在线监测油液磨粒含量的检测方法，属于工业自动化领域。本发明采用专门配置的监测装置，在内部圆柱电极内同轴安装有可旋转的吸附磁铁，阻挡器沿轴向安装于圆柱电极外侧，将金属壳体和圆柱电极之间形成的电容检测腔分隔为两个独立空腔，且吸附磁铁的N极和S极沿圆柱电极的径向呈180°分布。本发明克服现有技术中利用磁铁吸附测量磨粒存在使用不便、检测精度不佳的问题，利用该监测装置，可以实现磨粒的自动释放，因而不需要定期拆卸传感器进行清洗，有效降低使用成本，且本发明的检测方法可以准确区分磨粒引起的电容变化和其他污染引起的电容变化，实现磨粒的连续准确测量。
Description
技术领域
本发明涉及工业自动化技术领域，更具体地说，涉及一种在线监测油液磨粒含量的检测方法。
背景技术
润滑油在线监测技术已广泛应用于大型机械设备工作状态监测领域，主要监测的参数包括润滑油粘度、污染度、磨粒量和水分含量等。
电容传感器由于结构简单，测量精度高和安装使用方便已大量应用于润滑油的水分含量监测，也有报道采用电容测量方式检测润滑油中的磨粒含量，如专利公开号CN109813771A的申请案提出将电容传感器的一个电极用永磁铁材料制作，该电极吸附磨粒引起电容变化，测量电容变化可以反映磨粒量的变化。
以上技术都采用了磁铁吸附磨粒引起电容变化的测量原理，但这种方式在实际应用中存在很多问题：(1)此类传感器需要定期从油路管道中取出来清洗，否则传感器吸附较多磨粒后将无法正常工作。定期拆卸传感器清洗不仅增加工作量，而且会造成生产线停工；(2)现有技术很难区分传感器电容变化是由磨粒量变化引起的，还是污染引起的油液介电系数变化引起的，从而导致测量精度大大降低。
又如中国专利申请号：2007201193098，发明创造名称为：便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置，该申请案包括：压电敏感器件、强力磁铁、油液检测池、驱动和检测电路装置、微处理器及数据显示和存储装置，运用压电敏感器件与油液接触，利用强力磁铁控制穿过压电敏感器件表面的磁场以吸附油液中的铁磁性磨粒，测量压电敏感器件在不同磁场强度下的参数变化以获得油液粘度和铁磁性磨粒量变化信息。该申请案存在的主要问题是：(1)测量的环境不能存在液体压力，因此应用范围大大受限；(2)测量的控制过程复杂且成本较高，实际应用的测量精度不高。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中利用磁铁吸附测量磨粒存在使用不便、检测精度不佳的问题，拟提供一种在线监测油液磨粒含量的检测方法，利用专门配置的监测装置，可以实现磨粒的自动释放，因而不需要定期拆卸传感器进行清洗，有效降低使用成本，且本发明的检测方法可以准确区分磨粒引起的电容变化和其他污染引起的电容变化，实现磨粒的连续准确测量。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种在线监测油液磨粒含量的检测方法，在同轴电容传感器内电极中同轴安装可以旋转的吸附磁铁；吸附磁铁的N极和S极沿内电极的径向呈180°分布；同轴电容传感器内外电极之间安装两条绝缘材料制成的阻挡器，将电容检测腔分割成两个独立空腔；然后按照以下步骤检测：
S1、将监测装置的电容检测腔向下安装于油路管道中，使得被测油液通过金属壳体上的通孔进入到电容检测腔；
S2、将监测装置通电，测控电路通过控制旋转单元使吸附磁铁的工作线位于与阻挡线夹角不为0的位置，测控电路启动计时器，同时测量并记录电容测量值，记为第一测量值C0；
S3、流经电容检测腔中的油液，其中的铁磁性磨粒被吸附磁铁吸附到圆柱电极表面，造成电容测量值变化，同时油液污染造成的介电常数变化也会引起电容的测量值变化；经过时间T1，测控电路测量并记录电容测量值，记为第二测量值C1；然后测控电路控制旋转单元带动吸附磁铁转动，转动角度大于该转动方向上工作线与阻挡线之间的夹角；
S4、吸附磁铁旋转完成后等待时间T2，测控电路测量并记录电容测量值，记为第三测量值C2；则C2-C0的变化反映油液污染造成的介电系数变化；C1-C2的变化代表油液中磨粒含量的变化。
更进一步地，还包括：S5、令C0＝C2，重复以上S3-S4步骤，完成油液参数变化的重复测量。
更进一步地，步骤S2中工作线与阻挡线的夹角为90°；步骤S3中测控电路控制旋转单元带动吸附磁铁转动180°或360°，且上述步骤中在测量电容值时的同时测量温度，并对电容测量值进行温度补偿，以获得更准确的油液性质变化信息。
更进一步地，步骤S1中的监测装置，其中金属壳体和圆柱电极通过隔离套同轴安装，构成电容传感器的两个极板；吸附磁铁则同轴安装于圆柱电极内部，并通过旋转轴与旋转单元相连，旋转单元用于驱动控制吸附磁铁的转动。
更进一步地，步骤S2中的旋转单元和测控电路均安装于金属壳体的电路安装腔中，且测控电路分别与金属壳体、圆柱电极、旋转单元连接；金属壳体内设有电路安装腔和电极安装腔，电路安装腔和电极安装腔之间设有绝缘垫片，圆柱电极一端即穿过绝缘垫片与测控电路相连。
更进一步地，金属壳体和圆柱电极之间安装有径向夹角为180°的两条阻挡器，阻挡器由绝缘材料制成，阻挡器沿轴向安装于圆柱电极外侧，并与金属壳体内表面接触，将金属壳体和圆柱电极之间形成的电容检测腔分隔为两个独立空腔，通过两条阻挡器的径向连线为阻挡线。
更进一步地，吸附磁铁的N极和S极沿圆柱电极的径向呈180°分布，N极与S极的径向连线为工作线，工作线与阻挡线之间的夹角不为0。
更进一步地，金属壳体内还设有温度传感器，测控电路与该温度传感器电连接。
更进一步地，金属壳体依次包括电路安装段、连接螺纹段和外电极段，其中电路安装段内为用于安装旋转单元和测控电路的电路安装腔，外电极段内即为用于配合安装圆柱电极的电极安装腔，通孔即开设于外电极段上。
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)本发明的在线监测油液磨粒含量的检测方法，利用圆柱电极内部设置有可旋转的吸附磁铁，并通过电容检测腔内阻挡器的设置，以及吸附磁铁N、S极的对应位置调整，使得既能够对被测油液内的金属磨粒进行有效吸附收集，又能够在转动过程中减弱吸附磁力，使得金属磨粒能够从圆柱电极表面脱落而随油液自行释放流出电容检测腔，不需要定期拆卸传感器进行清洗，有效降低使用成本。
(2)本发明的在线监测油液磨粒含量的检测方法，检测过程中根据吸附磁铁的不同旋转位置状态，可采集油液不同状态下的多组电容测量值，其中C2-C0的变化反映油液污染造成的介电系数变化；C1-C2的变化代表油液中磨粒含量的变化，由此可以准确区分磨粒引起的电容变化和其他污染引起的电容变化，实现磨粒的连续准确测量。
附图说明
图1为本发明中应用的电容式磨粒监测装置的轴向结构示意图；
图2为本发明中的监测装置的端面视图。
示意图中的标号说明：
100、金属壳体；101、隔离套；102、通孔；103、绝缘垫片；200、圆柱电极；300、吸附磁铁；301、旋转轴；302、工作线；400、阻挡器；401、阻挡线；500、旋转单元；600、测控电路；700、温度传感器。
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和图2所示为本实施例的在线监测油液磨粒含量的监测装置，该监测装置包括金属壳体100和圆柱电极200，金属壳体100和圆柱电极200通过绝缘的隔离套101同轴安装，构成电容传感器的两个极板；吸附磁铁300则同轴安装于圆柱电极200内部，并通过旋转轴301与旋转单元500相连，由旋转单元500驱动在圆柱电极200内进行周向转动，旋转单元500具体可采用步进电机。
本实施例中金属壳体100依次包括有呈阶梯状分布的电路安装段、连接螺纹段和外电极段，其中电路安装段内即为用于安装旋转单元500和测控电路600的电路安装腔，外电极段内即为用于配合安装圆柱电极200的电极安装腔，圆柱电极200和外电极段之间形成的间隙即为电容检测腔，该外电极段上开设有供油液进出的通孔102。更具体地，如图1所示，圆柱电极200包括呈阶梯状分布的宽径段和细径段，其宽径段与外电极段同轴配合形成电容检测腔，其阶梯段利用同样具有阶梯凸起结构的隔离套101实现与金属壳体100的同轴绝缘安装，且圆柱电极200的细径段最终延伸至金属壳体100的电路安装腔内，且与电路安装腔的内壁间具有绝缘垫片103，并且端部可通过锁紧螺母锁紧。测控电路600则分别与金属壳体100、圆柱电极200、旋转单元500电连接。金属壳体100内还设有温度传感器700，测控电路600与该温度传感器700电连接。
需要说明的是，如图2所示，本实施例中，金属壳体100和圆柱电极200之间安装有绝缘材料制成的条形的阻挡器400，该阻挡器400沿轴向安装于圆柱电极200外部两侧，并与金属壳体100内表面接触，两条阻挡器400径向夹角为180°，两条阻挡器400将金属壳体100和圆柱电极200之间形成的电容检测腔分隔为两个独立空腔，即将金属壳体100外电极段与圆柱电极200之间形成的电容检测腔分隔为两个独立空腔，且通过两条阻挡器400的径向连线为阻挡线401。对应地，吸附磁铁300的N极和S极沿圆柱电极200的径向呈180°分布，N极与S极的径向连线为工作线302，工作线302与阻挡线401之间的夹角不为0，具体地，初始状态下，工作线302与阻挡线401之间的夹角为90°，即互相垂直。本实施例中吸附磁铁300可采用同轴的圆柱形磁铁，亦可采用其他形状磁铁，但满足其N极与S极沿圆柱电极200的径向呈180°分布，工作线302与阻挡线401之间的夹角不为0即可，实践中可以有多种结构选择。
本实施例的一种在线监测油液磨粒含量的检测方法，即利用在同轴电容传感器内电极中同轴安装可以旋转的吸附磁铁300；使吸附磁铁300的N极和S极沿径向180°分布；并在同轴电容传感器内外电极之间安装两条绝缘材料制成的阻挡器400，将电容检测腔分割成两个独立空腔；然后按照以下步骤检测：
S1、将监测装置的电容检测腔向下安装于油路管道中，使得被测油液通过金属壳体100上的通孔102进入到电容检测腔；
S2、将监测装置通电，测控电路600通过控制旋转单元500使吸附磁铁300的工作线302位于与阻挡线401夹角不为0的位置，测控电路600启动计时器，同时测量并记录电容测量值，记为第一测量值C0；
S3、流经电容检测腔中的油液，其中的铁磁性磨粒被吸附磁铁300吸附到圆柱电极200表面，造成电容测量值变化，同时油液污染造成的介电常数变化也会引起电容的测量值变化；经过时间T1，测控电路600测量并记录电容测量值，记为第二测量值C1；然后测控电路600控制旋转单元500带动吸附磁铁300转动，转动角度大于该转动方向上工作线302与阻挡线401之间的夹角；更优地，如S2中吸附磁铁300的工作线302与阻挡线401夹角为90°，此时将吸附磁铁300转动180°或360°检测效果更好；
S4、吸附磁铁300旋转完成后等待时间T2，T2＜T1，测控电路600测量并记录电容测量值，记为第三测量值C2；则C2-C0的变化反映油液污染造成的介电系数变化；C1-C2的变化代表油液中磨粒含量的变化。
更进一步地，还包括：S5、令C0＝C2，重复以上S3-S4步骤，完成油液参数变化的重复测量。
更进一步地，在以上测量电容值时的同时测量温度，并对电容测量值进行温度补偿，以获得更准确的油液性质变化信息。
本实施例的检测原理如下：当监测装置通电开始工作时，此时圆柱电极200上还没有吸附任何磨粒，此时测量的电容值为电容初始值C0，随后，随着被测油液由通孔102进入电容检测腔，油液中的金属磨粒会不断被吸附磁铁300吸附到圆柱电极200表面，引起电容测量值的持续增加，同时被测油液由于污染引起到介电系数的升高也会造成电容测量值的增加。
经过时间T1后，测量电容值为C1，测控电路600控制旋转单元500转动，旋转单元500通过旋转轴301带动吸附磁铁300转动。吸附磁铁300的转动会进一步带动吸附在圆柱电极200表面的金属磨粒同步移动，但金属磨粒移动90°后会被阻挡器400阻挡，不能随吸附磁铁300继续移动。吸附磁铁300越过阻挡线401后的继续转动会使金属磨粒受到的磁力迅速减小，进而使金属磨粒从圆柱电极200表面脱落而随油液流出电容检测腔。
当吸附磁铁300旋转180°后，其工作线302重新与阻挡线401垂直，但是吸附磁铁300的N极和S极的位置互换，此时为保证吸附的金属磨粒都从圆柱电极200表面脱落，测控电路600延时T2时间后再次测量电容值，记为C2。由于C2测量时电容检测腔内金属磨粒已脱落，因此C1-C2就反映了吸附的金属磨粒的变化量。而C2和C0都是没有吸附磨粒时的电容测量值，因此C2-C0就反映了油液由于污染引起的介电系数的变化。
本实施例实际应用中，吸附磁铁300也可以旋转360°回到初始测量位置，这样将保证监测装置每次测量的初始状态完全一样，有利于提升测量的重复性和精度。更大的旋转角度会花费更多的时间，进而导致监测装置的测量周期加长，实践中根据具体使用需求而定。
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 (9)
1.一种在线监测油液磨粒含量的检测方法，其特征在于：在同轴电容传感器内电极中同轴安装可以旋转的吸附磁铁(300)；吸附磁铁(300)的N极和S极沿内电极的径向呈180°分布；同轴电容传感器内外电极之间安装两条绝缘材料制成的阻挡器(400)，将电容检测腔分割成两个独立空腔；然后按照以下步骤检测：
S1、将监测装置的电容检测腔向下安装于油路管道中，使得被测油液通过金属壳体(100)上的通孔(102)进入到电容检测腔；
S2、将监测装置通电，测控电路(600)通过控制旋转单元(500)使吸附磁铁(300)的工作线(302)位于与阻挡线(401)夹角不为0的位置，测控电路(600)启动计时器，同时测量并记录电容测量值，记为第一测量值C0；
S3、流经电容检测腔中的油液，其中的铁磁性磨粒被吸附磁铁(300)吸附到圆柱电极(200)表面，造成电容测量值变化，同时油液污染造成的介电常数变化也会引起电容的测量值变化；经过时间T1，测控电路(600)测量并记录电容测量值，记为第二测量值C1；然后测控电路(600)控制旋转单元(500)带动吸附磁铁(300)转动，转动角度大于该转动方向上工作线(302)与阻挡线(401)之间的夹角；
S4、吸附磁铁(300)旋转完成后等待时间T2，测控电路(600)测量并记录电容测量值，记为第三测量值C2；则C2-C0的变化反映油液污染造成的介电系数变化；C1-C2的变化代表油液中磨粒含量的变化。
2.根据权利要求1所述的一种在线监测油液磨粒含量的检测方法，其特征在于：还包括：S5、令C0＝C2，重复以上S3-S4步骤，完成油液参数变化的重复测量。
3.根据权利要求1所述的一种在线监测油液磨粒含量的检测方法，其特征在于：步骤S2中工作线(302)与阻挡线(401)的夹角为90°；步骤S3中测控电路(600)控制旋转单元(500)带动吸附磁铁(300)转动180°或360°，且上述步骤中在测量电容值时的同时测量温度，并对电容测量值进行温度补偿，以获得更准确的油液性质变化信息。
4.根据权利要求1所述的一种在线监测油液磨粒含量的检测方法，其特征在于：步骤S1中的监测装置，其中金属壳体(100)和圆柱电极(200)通过隔离套(101)同轴安装，构成电容传感器的两个极板；吸附磁铁(300)则同轴安装于圆柱电极(200)内部，并通过旋转轴(301)与旋转单元(500)相连，旋转单元(500)用于驱动控制吸附磁铁(300)的转动。
5.根据权利要求4所述的一种在线监测油液磨粒含量的检测方法，其特征在于：步骤S2中的旋转单元(500)和测控电路(600)均安装于金属壳体(100)的电路安装腔中，且测控电路(600)分别与金属壳体(100)、圆柱电极(200)、旋转单元(500)连接；金属壳体(100)内设有电路安装腔和电极安装腔，电路安装腔和电极安装腔之间设有绝缘垫片(103)，圆柱电极(200)一端即穿过绝缘垫片(103)与测控电路(600)相连。
6.根据权利要求4所述的一种在线监测油液磨粒含量的检测方法，其特征在于：金属壳体(100)和圆柱电极(200)之间安装有径向夹角为180°的两条阻挡器(400)，阻挡器(400)由绝缘材料制成，阻挡器(400)沿轴向安装于圆柱电极(200)外侧，并与金属壳体(100)内表面接触，将金属壳体(100)和圆柱电极(200)之间形成的电容检测腔分隔为两个独立空腔，通过两条阻挡器(400)的径向连线为阻挡线(401)。
7.根据权利要求6所述的一种在线监测油液磨粒含量的检测方法，其特征在于：吸附磁铁(300)的N极和S极沿圆柱电极(200)的径向呈180°分布，N极与S极的径向连线为工作线(302)，工作线(302)与阻挡线(401)之间的夹角不为0。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种在线监测油液磨粒含量的检测方法，其特征在于：金属壳体(100)内还设有温度传感器(700)，测控电路(600)与该温度传感器(700)电连接。
9.根据权利要求1-7任一项所述的一种在线监测油液磨粒含量的检测方法，其特征在于：金属壳体(100)依次包括电路安装段、连接螺纹段和外电极段，其中电路安装段内为用于安装旋转单元(500)和测控电路(600)的电路安装腔，外电极段内即为用于配合安装圆柱电极(200)的电极安装腔，通孔(102)即开设于外电极段上。
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