CN201034909Y - 一种在线油液污染自动检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种在线油液污染自动检测装置，所述装置是基于滤膜堵塞原理设计的，由取样部、测试部、控制部构成；取样部由测试液压管路1、换向阀2、取样油缸3、柱塞4、配重5、行程开关6构成；测试部由滤膜8、位移传感器9、测试油缸10、行程开关11、活塞杆12、换向阀14构成；控制部通过微型计算机控制电磁阀的开启和关闭。本实用新型利用机电一体化技术和计算机技术，实现测试系统的自动控制、监测、信号采集、结果存储与输出、结果查询等功能，获得液压系统中油液污染度的变化规律，实现污染控制自动化和智能化，及早发现液压系统潜伏的故障隐患，达到预知性维修的目的。

Description

一种在线油液污染自动检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种在线油液污染自动检测装置，属于自动检测技术领域。

背景技术

液压系统的故障至少有75％是由于油液及其污染造成的。液压系统油液污染对液压系统、元件和液压油所产生的影响和危害是非常严重的。因此，如何消除和降低油液污染、提高液压元件的抗污染能力，延长液压元件的使用寿命、提高液压系统的工作可靠性，都是十分重要的。

现有的油液污染检测技术，如：显微镜检测技术，自动颗粒计数器检测技术，铁谱分析技术，光谱分析技术等，虽然有较高的准确性，但都因技术性太强，对检测环境要求严格，购置和分析的费用高，测试的时间太长等因素，都不能普遍地应用于油液污染的在线监测。现在，市场上的各种自动颗粒计数器，都因价格昂贵，而不能广泛地应用于现场的液压系统。

油液中的各种固体颗粒污染物既是引起机械设备磨损失效的原因，同时也是设备发生磨损的产物，其中蕴含着大量的表征机器内部磨损状态的信息。因此，对设备用油的污染度进行检测，对实现主动维修及故障诊断，有着十分重要的意义。

油液固体颗粒污染分析的状态检测按照检测方式与检测对象的关系可分为两大类：离线检测和在线检测。离线检测方法包括实验室检测和现场取样检测，实验室检测是通过定期在现场取样，将样品带回实验室进行分析，以获得机械运行状况的检测方法。此方法本身存在一些不足，主要表现在：(1)取样测试过程中送检时间过长，获得信息周期长，不能及时反映设备的运行状况。因此，对机械设备的诊断结果往往严重滞后于机械运行现状。同时，由于测试过程中污染侵入环节较多，产生较大的检误差的可能性增大，影响了检测精度，从而造成对液压系统的诊断误差。(2)为了便于实验分析，在实验过程中通常要对采集的油样进行处理，处理过程也会造成大量的信息损失，失去了对系统的实际污染水平的认知。(3)无法实现油液污染的连续监测。(4)对实验操作员个人的经验和水平依赖比较大。另一种是现场的简易检测，如便携式油液污染检测仪，这种方法属于现场取样检测，由于依旧存在人为因素的干扰，仍然无法实现油液污染度的在线检测。

在线检测是指在机械设备正常运转过程中，对机械设备中的油液进行实时、动态地监测，并及时动态地获取被监测对象运行状态的有关信息的方法。具有检测过程实时性，检测过程连续性，检测结果与被检测对象运行状态的同步性重要特征。

由于在线检测技术将传感器或传感探头直接安装在系统管路或油箱上，在系统工作过程中，可以随时进行检测，省略了繁琐的取样、脱水、脱气、稀释等操作程序，避免了检测过程中外界的附加污染，因而检测速度快，成本低，测量结果更能代表系统油液的真实污染状况，能连续监测系统的工作状况，为及时根据油液的污染程度，采取相应的控制、净化措施及实施按质换油提供依据，是液压和润滑系统达到主动预防性维护的重要途径。

目前，尚无对油污自动在线检测的产品。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种在线油液污染自动检测装置。

所述装置是基于滤膜堵塞原理设计的。

所述滤膜堵塞原理是通过检测油液流经滤膜的流量或压力变化来评定油液污染程度的。当污染油液通过滤膜时，油液中的颗粒污染物被滤膜收集，使滤膜逐渐堵塞。若滤膜两端的压差一定，则油液通过滤膜的流量随着堵塞程度的增加而逐渐减小；若通过滤膜的流量一定，则滤膜两端的压差会相应逐渐增大。因此，流量或压差的变化与油液的污染程度有关。因此，通过检测流量和压差有关参数，可以半定量地评定油液的污染度。

本实用新型所述的在线油液污染自动检测装置由取样部、测试部、控制部构成；取样部由测试液压管路1、换向阀2、取样油缸3、柱塞4、配重5、行程开关6构成，其中，测试液压管路1通过换向阀2与取样油缸3连接，取样油缸3中设有一柱塞4，在柱塞4的轴向上设有行程开关6，并连接一配重5；测试部由滤膜8、位移传感器9、测试油缸10、行程开关11、活塞杆12、换向阀14构成，滤膜8位于测试油缸10的一端，测试油缸10的另一端设有一活塞杆12，活塞杆12的一端设有一位移传感器9，位移传感器9在活塞柱的轴向设有一行程开关11；换向阀14与滤膜8连接，用以排出油液；取样部与测试部通过换向阀7连接；控制部通过微型计算机控制电磁阀的开启和关闭。

上述装置的测试部还设有一反冲装置13，该反冲装置13为一步进电机带动的齿轮齿条活塞装置，可以推动活塞杆12运动。

所述反冲装置的动作由控制部控制。

所述的控制部为以微机为核心的可编程的数据采集及处理系统。

所述的数据采集的对象是活塞位移、行程开关信号。

所述的控制部由虚拟仪器软件LabView进行编程设置。

所述的换向阀14连接有一回油管路15。

本实用新型能完成自动清洗、自动取样、自动测试、数据采集分析处理等环节，数据显示、存储、查询和报告的功能，以及污染度超限报警、与过滤器等污染控制装置的控制接口。

取样系统完成测试装置从液压系统主管路的取样任务，采用电磁阀控制完成测试系统与主管路的连接，电控单向阀给电信号，油路打开，完成取样任务，电磁阀断电。

检测时的恒压是通过专门设计的取样油缸实现的，当测试时，取样油缸采用专门的配重完成测试油液从取样缸到测试缸的过程。

反冲装置的设置使测试结束后可以及时清洗过滤膜，避免影响下次测试的准确度，使得本装置得以连续工作。

反冲装置采用步进电机控制测试缸活塞杆的移动。

控制部能完成检测系统对取样量、反冲位置、液压系统油路控制阀的开启、关闭以及测试缸活塞位移的实时测量的控制。

油液污染在线检测装置中，数据采集与控制系统用于精确地测量油液污染在线监测过程中随着滤膜堵塞测试缸活塞的位移、控制测试循环中电磁阀的开、关以及取样和反冲行程开关的动作的协调运动。数据处理系统用来对采集的活塞的位移和输出控制信号进行处理，从而得出油液污染数学模型函数，最终得出油液污染在线监测的污染度结果。

本实用新型采用以计算机为核心的现代测试系统，利用计算机进行数学运算与信号分析处理，获得了最大限度的信息与测量功能。

本实用新型用配重获得测试时压力不变，通过测量一定压差下通过滤膜流量的改变引起的活塞位移的变化，从而确定油液的污染度。

本装置工作时，将进油口并连到监测系统的污染度监测点管路上，出油口与油箱相连。首先电磁阀打开，油液从液压系统进入特制取样缸，然后放掉油液，重复几次完成取样缸的清洗工作。测试开始，将测试缸筒进油口与液压油的取样缸连通，在压力的作用下油液通过滤膜进入缸筒并推动活塞杆向外移动。油液中的颗粒污染物被截留在滤膜表面并堵塞滤膜的部分孔口，从而引起滤膜的流量逐渐减小。当滤膜完全堵塞时，流量降低到接近零，这时活塞杆的移动速度也几乎降低到零。从测试开始到滤膜完全堵塞，在这段时间内通过滤膜的油液体积可以通过柱塞的位移来测定。油液的过滤体积与油液的污染度成反比，并且与系统压力和油液粘度等因素有关。通过位移传感器测定柱塞的位移，再经过换算处理，即可得出油液的污染度等级。

本装置通过微型计算机控制电磁阀开启、关闭完成从监测点的取样、测试，测试结束后，通过反冲装置冲洗滤膜。数据采集与控制卡采集位移传感器转化来的电信号，通过滤波、运算处理，并利用数学模型函数得出对应的油液污染度值，然后将油液污染度值显示器显示，并可打印输出，若油液污染度值不符合所在系统的要求时，在线监测系统将发出报警信号。

控制部中数据采集处理系统的采集对象是活塞位移、行程开关信号，控制的对象包括步进电机和驱动电磁阀接触器，系统的数据采集与控制系统的硬件是采用以微机为核心的可编程的数据采集及处理系统。在微机扩展插槽内插上一块数据采集控制卡，并利用虚拟仪器开发软件开发出一套应用软件，很方便地组成一套微机数据采集与处理系统。

图3是控制部的硬件结构原理图，其中的测试缸的活塞位移，通过放大器与采集控制卡的输入接口相连。步进电机驱动器与采集控制卡输出接口相连，发出脉冲信号反冲装置的步进电机的动作。行程开关信号与输入接口相连，发出开关电平来控制驱动取样和反冲结束，配合电磁阀的通电和断电，完成在线测试系统的自动清洗、自动取样、自动测试、自动反冲等环节。这些信号通过PC机进行处理和分析，从而实现用键盘、鼠标、显示器等对软件进行控制，达到控制本系统硬件的目的。

本实用新型利用滤膜作为传感元件用于油液污染检测，通过反冲机构的设置，使得该滤膜具有重复使用性，易于反向冲洗，使用寿命长，可靠性较高等特点。实现了在线自动清洗、自动取样、自动检测，避免了二次污染和人工干涉对检测结果的不利影响。全部功能通过虚拟仪器软件LabView来控制，并可以通过软件设置污染度超限报警。恒压测试通过专门设计的配重系统实现。本实用新型能实时监测系统中油液的污染程度，实时记录、随时调用、打印输出，显示记录数据，报警，具有很强的现场抗干扰性；并能给出相应的NAS和ISO油液清洁度等级。全部监测数据均可以实时显示并自动保存，从而为进一步优化目标清洁度、和提高主动维护的智能化奠定了数据基础，而且也为故障诊断提供了可靠的数据。本油液污染在线监测系统是将虚拟仪器的先进技术应用于工程实际，该系统具有许多老式污染检测仪无法比拟的优势。

本实用新型利用机电一体化技术和计算机技术，研究基于滤膜堵塞原理的在线油液污染度监测系统，满足生产现场油液污染在线状态监测和集中控制的要求，实现测试系统的自动控制、监测、信号采集、结果存储与输出、结果查询等功能，获得液压系统中油液污染度的变化规律，实现污染控制自动化和智能化，及早发现液压系统潜伏的故障隐患，达到预知性维修的目的。

附图说明

图1为本实用新型结构原理图

1-测试液压管路  2-换向阀     3-取样油缸  4-柱塞       5-配重

6-行程开关      7-换向阀     8-滤膜      9-位移传感器

10-测试油缸     11-行程开关  12-活塞杆   13-反冲装置

14-换向阀      15-回油管路

图2为本实用新型在线测试流程图

图3为本实用新型控制部的数据采集与控制系统硬件结构原理图

具体实施方式

如图1所示，在线油液污染自动检测装置包括取样部、测试部、控制部构成，取样部由测试液压管路1、换向阀2、取样油缸3、柱塞4、配重5、行程开关6构成；测试部由换向阀7、滤膜8、位移传感器9、测试油缸10、行程开关11、活塞杆12、反冲装置13、换向阀14构成；控制部是本装置的数据处理部分，其通过微型计算机控制电磁阀开启、关闭，完成从监测点取样、测试，测试结束后，通过反冲动作，对滤膜进行冲洗。

本装置运行时的流程见图2所示。

测试液压管路1与待测点的油路连通，测试时，换向阀2开启，由于实际待测设备中的油路处于高压力状态下，待测油液会进入取样油缸3中，此时的换向阀7处于关闭状态；取样油缸3中的油液不断增加，推动柱塞4上升，直至完成取样，此时柱塞4的上升至接触行程开关6的位置，由此接触动作转换成电信号，通过行程开关6传至控制部，控制部据此发出信号，使换向阀1关闭，完成取样。

然后，换向阀7开启，测试油缸10与取样油缸3连通，待测油液在配重5的作用下，通过滤膜8被压入测试油缸10，进行测试；活塞杆12的另一端设有一位移传感器9。

油液中的颗粒污染物被截留在滤膜8表面，并逐渐堵塞滤膜的通孔，从而引起通过滤膜的流量逐渐减小。当滤膜完全堵塞时，流量降低到接近零，这时活塞杆12的移动速度也几乎降低到零，完成测试，换向阀7关闭。

从测试开始到滤膜完全堵塞，在这段时间内通过滤膜的油液体积可以通过活塞柱12的位移来测定。

油液的过滤体积与油液的污染度成反比，并且与系统压力和油液粘度等因素有关。

通过位移传感器9测定活塞柱12的位移，再经过换算处理，即可得出油液的污染度等级。数据采集与控制卡采集位移传感器转化来的电信号，通过滤波、运算处理，并利用数学模型函数得出对应的油液污染度值，然后将油液污染度值显示器显示，并可打印输出，若油液污染度值不符合所在系统的要求时，在线监测系统将发出报警信号。

测试结束后，换向阀14开启，发冲装置13开始工作，活塞柱12向下移动，使待测油液反向通过滤膜8，实现对滤膜8的冲洗；

反向装置13是一步进电机带动的齿轮齿条活塞装置，当活塞柱12触及行程开关11时，冲洗结束，换向阀14关闭。

冲洗后的油液由回油管路15流回油箱。

图3是控制部的硬件结构原理图，其中的测试缸的活塞位移，通过放大器与采集控制卡的输入接口相连。步进电机驱动器与采集控制卡输出接口相连，发出脉冲信号反冲装置的步进电机的动作。行程开关信号与输入接口相连，发出开关电平来控制驱动取样和反冲结束，配合电磁阀的通电和断电，完成在线测试系统的自动清洗、自动取样、自动测试、自动反冲等环节。这些信号通过PC机进行处理和分析，从而实现用键盘、鼠标、显示器等对软件进行控制。

Claims (1)

1.一种在线油液污染自动检测装置，其特征在于，所述装置由取样部、测试部、控制部构成；

取样部由测试液压管路(1)、换向阀(2)、取样油缸(3)、柱塞(4)、配重(5)、行程开关(6)构成，其中，测试液压管路(1)通过换向阀(2)与取样油缸(3)连接，取样油缸(3)中设有一柱塞(4)，在柱塞(4)的轴向上设有行程开关(6)，并连接一配重(5)；

测试部由滤膜(8)、位移传感器(9)、测试油缸(10)、行程开关(11)、活塞杆(12)、换向阀(14)构成，滤膜(8)位于测试油缸(10)的一端，测试油缸(10)的另一端设有一活塞杆(12)，活塞杆(12)的一端设有一位移传感器(9)，位移传感器(9)在活塞柱的轴向设有一行程开关(11)；换向阀(14)与滤膜(8)连接，用以排出油液；

取样部与测试部通过换向阀(7)连接；

控制部通过微型计算机控制电磁阀的开启和关闭。