CN201034911Y - 便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于压电敏感器件的便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置，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。其特征在于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。本装置可用于现场定量分析油液质量状态，优化换油周期，减少停机时间，延长设备使用寿命。

Description

便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置

技术领域

本实用新型属于工业设备监测仪器领域，特别涉及一种用于现场检测油液中铁磁性磨粒量和油液粘度，实现油液污染状态监测，及时提供设备故障预警并进行数据存储比较的便携式测量装置。

背景技术

油液分析技术是判定机械设备磨损状况，开展设备状态监测和故障诊断的重要手段。目前工业界主要采用定期采集油样，送实验室进行物理化学分析的方法判定油液的质量状态和剩余使用寿命。这种方式的优点是可以获得被测油液多个物理化学参数，如粘度、总碱值、水分含量和颗粒量等，并据此较准确的判断油液的质量状态和失效原因。缺点是所需设备价格昂贵，分析费力费时，测量结果的获得具有较大的滞后性。

近年来，各项油液在线监测技术发展迅猛，它很好克服了传统的实验室离线分析方法成本高，操作复杂，测量样本点有限的不足，成为新一代油液监测技术发展的主要方向。但是，由于油液在线监测技术复杂，实施难度大，目前在工业界还未获得广泛的应用。

与以上两种方式相比，便携式油液测量仪器成本大大低于实验室分析仪器，且可以随身携带，现场测量，现场出结果，因此在工业界的应用增长较快。根据不同的测量原理和油液测量参数，便携式油液测量仪器包括便携式油液粘度仪，铁谱仪、颗粒度仪、以及基于油液介电常数测量的油液污染度测试仪、水分仪等。粘度是衡量油液抵抗流动能力大小的一个关键参数，油液粘度的高低直接影响机械部件摩擦副中油膜的厚度，进而影响润滑的效果。在油液使用过程中，局部的高温高压会使油液氧化，同时各种杂质的掺入也会降低油液的流动性，导致粘度升高。因此粘度测量是判断油液质量状态和失效的最主要方式之一，在实际应用中具有重要的意义。目前测量油液粘度的便携式仪器多采用旋转粘度测量方法，也有利用压电敏感器件测量油液粘度的报道。中国专利ZL02261839.2(智能油品质量监测仪，授权日期2003年6月4日)报道一种采用石英晶体微天平测量油液粘度，利用容栅式传感器测量油液介电常数的方法。

另外，油液中的磨粒量尤其是铁磁性磨粒量也是判定油液失效程度和机械系统磨损状态的重要参数。目前，用于测量油液中微量铁磁性磨粒的仪器除铁谱仪外主要有各种基于光学方法、磁力计和应变式传感器的仪器。光学方法测量磨粒的主要优点是能测小尺寸磨粒，而且能提供磨粒浓度和大小两方面信息。但光学测量方法受油液的污染程度以及其它杂质含量的影响较大，不能区分油液中的颗粒和气泡，易误判。铁谱仪主要对油液中的铁磁性磨粒进行以形貌观测为主的定性分析，其定量分析的误差很大。此外，铁谱仪还存在仪器价格昂贵，操作复杂等缺点，使它们的实际应用受到较大限制。

中国专利ZL03236292.7(一种精确测量油液含铁量的装置，授权日期2004年1月14日)报道一种利用永磁铁吸附铁磁性磨粒然后通过电子天平测量磨粒量的方法。中国专利申请号88201941.4(磁应变式含铁量传感器，公告日1989年6月21日)则是利用应变片测量弹性膜片的位移变化来测量被永磁铁吸附的铁磁性磨粒量。以上仪器的共同优点是操作简单，安装方便，成本较低。共同的问题是灵敏度低，对小磨损颗粒和低浓度磨粒量不敏感。另外，市场上利用精密磁力计来检测油液磨粒量的便携式仪器已有销售，这类仪器测量精度较高，但价格很贵，对小磨粒的测量灵敏度不能令人满意。

以上测量仪器由于测量方法的限制只能检测油液粘度和磨粒量两项指标中的一项，能够同时测量油液中铁磁性磨粒量和油液粘度的仪器未见报道。由于利用单一测量信息对油液质量状态进行判定在可靠性、准确性和实用性方面都存在着不同程度的缺陷，因此能够同时测量油液中铁磁性磨粒量和油液粘度的便携式仪器在实际应用中具有广阔的市场前景。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于压电敏感器件的便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置。此装置不仅可以测量油液粘度变化并进行温度补偿，而且可以同时测量油液中的铁磁性磨粒量，尤其是对小磨粒和低浓度磨粒具有较高的灵敏度。此外，本装置体积小，价格低，现场使用方便，可以进行数据存储和趋势分析，也可用于在线监测，并根据实际应用环境设置预警信号，在机械设备状态监测和故障诊断方面具有广泛的应用。

本实用新型提出的检测装置包括：压电敏感器件、强力磁铁、油液检测池、驱动和检测电路装置、微处理器及数据存储和显示装置。其特征在于压电敏感器件安装于油液检测池底部，单面与被测油液接触，强力磁铁安装于压电敏感器件后面以吸附油液中的铁磁性磨粒到压电敏感器件表面，驱动和检测电路装置与压电敏感器件相连以测量压电敏感器件参数的变化并将信号输出到微处理器及数据显示和存储装置。

本实用新型的测量原理如下：压电敏感器件的谐振或波传输参数对器件表面附着质量和所接触液体的阻尼变化非常敏感。当没有磁场穿过压电敏感器件表面时，油液中的铁磁性磨粒不会附着于压电敏感器件表面，测量压电敏感器件此时的谐振或波传输参数变化，能够获得与之接触的油液粘度变化信息。实际上，此时压电敏感器件的谐振或波传输参数的变化反映的是油液粘度与密度乘积的变化。但由于在油液使用过程中，密度变化很小，压电敏感器件谐振或波传输参数的变化主要与油液粘度变化相关。当有强磁场穿过压电敏感器件表面时，与压电敏感器件接触的油液中的铁磁性磨粒会被该磁场吸引到压电敏感器件表面，引起压电敏感器件的谐振或波传输参数更多变化。因此，测量并比较压电敏感器件在有磁场和无磁场状态下参数的变化可以获得油液中的铁磁性磨损颗粒量信息。

本实用新型所使用的压电敏感器件包括工作于体声波、声表面波、剪切波或超声波的压电晶体和压电陶瓷传感器及换能器，其测量参数包括谐振频率、幅值、相位、阻抗或波速等单一参数或多个参数的组合。压电敏感器件可以直接胶粘到油液检测池底部或通过密封装置安装于油液检测池底部，保证压电敏感器件只有一面与油液接触。

本实用新型所使用的强力磁铁由高磁能积的永磁材料制成或使用电磁铁装置，安装于油液检测池底部的压电敏感器件后面产生磁场。油液检测池用于盛放被测油液，由非磁性材料如不锈钢制成。

本实用新型的驱动和检测电路装置包括传感器前置电路和磁铁控制电路。传感器前置电路与压电敏感器件相连，用于测量压电敏感器件的参数变化。磁铁控制电路按照设计好的时序控制强力磁铁产生磁场强度的变化。使用电磁铁时，由磁铁控制电路控制电磁铁输入电流以实现对穿过压电敏感器件表面的磁场的开关控制。采用永磁铁时，磁铁控制电路控制永磁铁与压电敏感器件的距离和方向以控制穿过敏感器件表面的磁场强度变化，具体的实现方式包括电机附加蜗轮蜗杆装置或电磁推杆装置等。在某些应用领域，也可以手动改变永磁铁与压电敏感器件之间的距离和方向，例如采用螺杆旋出结构、推杆定位装置或磁力表座吸盘类似的调整方式。

本装置中的微处理器可以使用各种通用单片机，用于采集测量数据并按照程序设计控制其它电路模块，还可比较测量值与预先设定的报警值并发出报警信号。数据存储装置采用常用数据存储器，显示装置采用常用的LED或液晶显示器，测量结果根据需要可以在本装置上显示并进行存储。由于油液的粘度随温度变化很大，本使用新型在实际应用中可以将常用的温度传感器集成到油液检测池中，同时测量油液的温度，用以对测量的数据进行温度补偿。

在本装置中，驱动和检测电路装置、微处理器及数据显示和存储装置组成仪器主体，油液检测池与仪器主体的连接方式有两种，第一种是油液检测池直接集成到仪器主体中，第二种是油液检测池制成独立的探头，通过电缆与仪器主体相连。

根据实际应用的需要，本实用新型提出的便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置，具有单油液检测池和双油液检测池两种结构，并对应不同的检测工作方式。其中：

(1)单油液检测池结构使用一个油液检测池，该油液检测池底部装有一个压电敏感器件，强力磁铁安装于压电敏感器件后面以产生磁场。这种结构对应的工作方式为：测量压电敏感器件在无磁场状态下的参数变化量以测定油液粘度的变化，测量压电敏感器件在有磁场状态下的参数变化量并与无磁场状态下参数变化量进行比较，以测定油液中铁磁性磨粒量。

(2)双油液检测池结构在以上单油液检测池结构的基础上增加一个参考油液检测池，用于检测与被测油液相同型号的新油的粘度，其底部的压电敏感器件后面没有安装磁铁。实际应用中，在参考油液检测池中加入与待测油液一样型号的新油，在另外一个油液检测池中加入待测油液，测量两个油液检测池中的压电敏感器件的参数变化不仅可以获得待测油液的磨粒量和粘度，而且能得到待测油液相对新油的粘度变化量。根据不同类型油液检测参数的要求，参考油液检测池底部能附加安装电容传感器或光电传感器等，用于测量被测油液的介电常数或电导率以及透光度等参数。这些参数和油液的粘度及铁磁性磨粒量结合起来，可以更准确判定被测油液的质量状态和失效原因。

在某些应用领域，本检测装置可根据具体情况，单独作为测量油液粘度或油液粘度变化量或油液中铁磁性磨粒量的仪器使用。

附图说明

附图1是本实用新型便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置系统组成框图；

附图2是本实用新型便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置的工作流程图；

附图3是本实用新型实施例1具有单油液检测池的便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置结构示意图；

附图4是本实用新型实施例2具有双油液检测池的便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置结构示意图；

附图5是本实用新型实施例3具有独立探头式油液检测池的便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置结构示意图；

附图6是本实用新型独立探头式油液检测池结构示意图；

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明，但不限制本实用新型。

附图1是本实用新型便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置的系统组成框图，其中1是微处理器，2是安装于测量油液检测池中的压电敏感器件，3是温度传感器，4是安装于参考油液检测池中的压电敏感器件，5是驱动和检测电路装置，6是强力磁铁，7是数据显示装置，8是数据存储装置。

附图1中，微处理器1与驱动和检测电路装置5、显示装置7和存储装置8相连，用于采集测量数据并进行运算，同时按照程序设计控制其它电路模块包括数据显示和存储。驱动和检测电路装置5包括传感器前置电路和磁铁控制电路。传感器前置电路与压电敏感器件2、4及温度传感器3相连，用于测量压电敏感器件的参数变化和油液温度。磁铁控制电路按照设计好的时序控制强力磁铁6产生磁场强度的变化。

本实用新型便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置的基本工作流程如附图2所示，以电磁铁为例说明如下：

(1)经过标定的检测装置开机后首先进行自检，由程序控制依次读取各传感器输出，确定传感器是否处于正常工作状态。

(2)采用专用油液取样器抽取定量被测油液样品，加入油液检测池中。按相应测量功能键，测量开始。

(3)微处理器读取压电敏感器件和温度传感器的输出，等输出稳定后，存储传感器的输出值。

(4)微处理器控制驱动和检测电路装置给电磁铁通电，并读取压电敏感器件输出信号变化，待信号稳定或等待某一固定时间后，存储传感器输出信号。

(5)微处理器控制驱动和检测电路装置给电磁铁断电，进行运算并由显示装置显示测量结果。

(6)按相应存储功能键，存储测量数据，清洗油液检测池。

实施例1是本实用新型具有单油液检测池的实施实例

如附图3所示，7是显示装置-以液晶显示屏为例，9是仪器功能键，10是检测仪器主体，11是油液检测池。本实施例中油液检测池底部的压电敏感器件后面安装有强力磁铁，检测池中加入定量被测油液样品，可以测出被测油液的粘度和铁磁性磨粒量。测得的油液粘度经温度补偿可以换算为标准温度如40℃和80℃下的粘度。本实施例中，油液检测池11与仪器主体10集成为一体，优点是仪器结构简单，但在清洗油液样品时对仪器的密封性要求较高。

实施例2是本实用新型具有双油液检测池的实施实例

如附图4所示，11是盛放被测油液样品的油液检测池，该油液检测池底部的压电敏感器件后面安装有强力磁铁。12是参考油液检测池，用于测量与被测油液相同型号的新油的粘度，其底部的压电敏感器件后面没有安装强力磁铁。测量两个油液检测池中的压电敏感器件的参数变化不仅可以获得待测油液的铁磁性磨粒量和粘度，而且能得到待测油液相对新油的粘度变化量。根据不同类型油液检测参数的要求，参考油液检测池12的底部能附加安装电容传感器或光电传感器等，用于测量被测油液的介电常数或电导率以及透光度等参数。这些参数和油液的粘度及铁磁性磨粒量结合起来，可以更准确判定被测油液的质量状态和失效原因。

实施例3是本实用新型具有独立探头式油液检测池的便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置实施实例

如附图5所示，13是独立探头式油液检测池，14是电缆。在本实施例中，探头式油液检测池通过电缆14与仪器主体连接。本实施例的检测装置结构较为复杂，但油液样品清洗方便且清洗液不会对仪器主体造成损坏。另外，本实施例的探头式油液检测池经过简单结构改变就可以安装到机械系统油液回路中实现在线油液质量监测。

附图6是实施例3中的独立探头式油液检测池的一种结构示意图。15是强力电磁铁，16是探头式油液检测池壳体，17是5MHz工作于剪切波模式的石英晶体谐振器，18是热敏电阻式温度传感器，19是电缆插头。油液检测池壳体16由非磁性材料如不锈钢制成，石英晶体谐振器17是在一定厚度的圆形石英晶体薄片两面真空蒸镀金属构成，采用高强度胶将边缘粘接在油液检测池壳体16上，保证谐振器只有一面接触被测油液。电磁铁的通断电由仪器主体中的驱动和检测电路通过连接电缆控制。

Claims (9)

1.一种便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置，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，其特征在于压电敏感器件安装于油液检测池底部，单面与被测油液接触，强力磁铁安装于压电敏感器件后面以吸附油液中的铁磁性磨粒到压电敏感器件表面，驱动和检测电路装置与压电敏感器件相连以测量压电敏感器件参数的变化并将信号输出到微处理器及数据显示和存储装置。

2.根据权利要求1所述的便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置，其特征在于所述的油液检测池包括单油液检测池和双油液检测池两种结构。

3.根据权利要求1所述的便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置，其特征在于包括油液检测池集成到由驱动和检测电路装置、微处理器及数据显示和存储装置组成的仪器主体中或油液检测池制成独立探头，通过电缆与仪器主体相连两种组合结构。

4.根据权利要求1所述的便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置，其特征在于所述的压电敏感器件为片状压电晶体或压电陶瓷传感器。

5.根据权利要求1所述的便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置，其特征在于所述的强力磁铁是高磁能积的永磁材料或是电磁铁装置。

6.根据权利要求1所述的便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置，其特征在于所述的强力磁铁使用电磁铁时拥有电磁铁控制电路装置，使用永磁铁时拥有手动或自动改变永磁铁与压电敏感器件之间距离和方向的装置。

7.根据权利要求1所述的便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置，其特征在于所述的油液检测池底部能附加安装其它类型传感器，如温度传感器、电容传感器和光电传感器等。

8.根据权利要求1或2所述的便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置，其特征在于所述的单油液检测池结构使用一个油液检测池，该油液检测池底部装有一个压电敏感器件，强力磁铁安装于压电敏感器件后面以产生磁场。

9.根据权利要求1或2所述的便携式油液铁磁性磨粒量和粘度检测装置，其特征在于所述的双油液检测池结构在单油液检测池结构的基础上增加一个参考油液检测池，其底部的压电敏感器件后面没有安装强力磁铁。

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