CN2080672U - 电磁光电在线式铁谱仪 - Google Patents

Abstract

一种用于摩擦磨损机理研究，机械设备工况及磨 损状态监测与诊断、润滑油评价的电磁光电在线式铁 谱仪，它由电磁铁、光电传感式探头、油泵总成、电磁 阀、光电流放大及电流电压变换电路、温度计电路。单 片机扩展系统、采样动作控制电路等组成。本装置安 装在被监测设备的润滑油系统中，可自动抽取润滑 油，单片机扩展系统经数据采集、建立数据库，数学模 型判断以确定磨损状态，发现异常即有声光报警。

Description

本实用新型属于测试技术领域，更进一步涉及一种用于摩擦磨损机理研究，机械设备工况及磨损状态监测与诊断、润滑油评价等目的的测量仪器。

所谓铁谱技术，是利用磁场作用，将机器润滑油或其它工质中的铁质磨屑粒子和沾染物微粒分离出来，并分析其沉积分离物的形态、尺寸、数量及微粒分布情况，从而获取磨损状况的有关信息。

铁谱仪是应用铁谱技术的重要工具，目前使用的铁谱仪可分为三类：分析式铁谱仪、直读式铁谱仪和在线式铁谱仪。分析式铁谱仪可以分析磨屑含量，还可分析磨屑的尺寸、形貌等，分析精度比较高。但取样、制样程序繁杂，需要贵重仪器及辅助设备，只能在实验室中进行操作，用于实时监测比较困难。直读式铁谱仪虽然比分析式铁谱仪简便、快捷些，但只能给出大、小磨粒的尺寸分布，采样参数较少，在取样、制样及使用上仍存在上述问题。而在线式铁谱仪则安装在现场，无需人工取样、制样和其它实验室精密设备，便能自动连续监测设备运行状况，并可发出故障早期预报。

美国Foxboro公司于1980年推出了第一台在线式铁谱仪，它是由两个主要部件组成，一个是装在油循环系统回路中的探测传感器，另一个是显示传感器传送测量值的磨屑分析器，两者是分离的。仪器本身没有油泵，依靠循环油的压力使一部分油通过传感器，经磁场将磨屑从润滑油中分离出来，通过表面效应的电容传感器，对大小磨屑分二级进行测量，利用大小磨屑读数之和与试样体积的关系，测定出总的磨屑浓度和大于5μm的磨屑的百分比读数。加拿大原子能研究有限公司1988年研制出一种在线铁谱装置，其原理是预先用磁场将铁磁粒子浓缩10⁴倍，然后使高浓缩油从通有30MHZ采样振荡电流的电感线圈中流过，采样振荡电流与29.95MHZ的参考振荡电流混频，产生50KHZ的频率差，经调制后的输出信号送微处理机，将由于油流中含有铁质粒子而产生的频率偏移对时间积分，可得出正比于铁粒子数量的数值。另外，国外用于在线测量的探测装置的原理还有采用光学原理测量油样的混浊度；采用导电过滤器原理测量金属粒子的数量，采用电感原理探测铁磁性粒子（参阅“Direct debris detection methods”P108）。国外同类仪器各有不同的特点，但也有许多不足：1、没有油泵，取样要靠外来动力，这样对被监测设备有一定的要求；2、采用永久磁铁产生不可调磁场，有些无磁场。采用的磁场的磁极结构均不同分析式铁谱仪，不能造成从大到小的磨粒均匀分布；3、探测点少，一般只给出油中磨粒的浓度，少数能给出大磨粒和小磨粒两种指标。这样，其结果无法与分析式铁谱仪的结果对应，不能充分发挥在线监测与实验室分析的联合优势；4、不能人机对话，使用的灵活性不大；5、只能给出当前的状态参数，而不能储存历史数据与当前的状态参数加以比较、判断；6、只能单机测试，不能与多功能故障诊断系统联网工作。

本实用新型的目的在于提供一种安装在被监测设备的润滑油系统中，可自动抽取润滑油的在线自动监测及故障预报的电磁光电在线式铁谱仪。

本实用新型的另一个目的是充分利用微型计算机技术，使在线式铁谱仪成为具有人机对话，软件模型判断，建立内部数据库功能的智能化仪器，其数据结果能够与分析式铁谱仪相对应。

本实用新型的再一个目的是提供一种可与微机联网，形成多功能故障诊断监测系统的电磁光电在线式铁谱仪。

本实用新型由电磁铁、光电传感式探头、油泵总成、电磁阀、光电流放大及电流电压变换电路、温度计电路、单片机扩展系统、采样动作控制电路等组成。本装置安装在被监测设备的润滑油循环系统中，自动抽取润滑油样，经过测试仪后再输回循环系统。当油流经探头时，电磁铁形成的高强度、高发散的磁场使油中含有的铁质磨损微粒按尺寸大小从入口端到出口端依次沉积到探头内下部（即磁极上部），入口处微粒较大，出口处较小。磁极上方的探头内装有6对光电传感器，其位置沿磁极长度范围内彼此相隔10mm。各点的光电传感器将该区域内由于磨粒沉积面积不同造成的光通量变化转化为光电流信号，该信号经光电流放大及电流电压变换电路变为便于A／D转换的电压信号。温度计电路通过安装在探头内温度传感器测得与温度成正比的电压信号。单片机扩展系统对各电压信号进行A／D转换、数据采集、建立数据库，并根据磨粒沉积量、尺寸分布、油温等参数进行数学模型判断，以确定当时的磨损状态。如发现异常，可通过喇叭和灯发出声、光报警。本装置与微型智能打印机相连即可实时打印数据结果。本装置还可通过RS232C串行口与上级机联网通讯，参与大型多功能故障诊断系统。另外，本装置可显示当时的时、分、秒时钟和数据结果，还可以从键盘输入采样间隔时间、磁场持续时间等参数以控制采样间隔和每次采样时磁场持续建立的时间。本装置还可通过软件实现对光电传感器件的自检功能。

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述。

图1是本实用新型的总体结构方框图。

图2是本实用新型的取样控制流程图。

图3是本实用新型的电磁铁结构示意图。

图4是本实用新型的磁极结构示意图。

图5是本实用新型的探头结构示意图。

图6是本实用新型单片机扩展系统的电路图。

图7是本实用新型光电流放大及电流电压变换电路图。

本装置将所有元器件均安装在一个箱体内，箱体前面板装有8位LED显示器和3×6的键盘及电源开关、复位键等。后面板装有进、出油管接口和打印机及RS232C接口。本装置取样油路中装有油泵〔1〕，油泵为1l／min的齿轮泵，用25W功率的交流电机〔2〕带动，油泵〔1〕和〔2〕组成油泵总成。油泵〔1〕安装在探头〔3〕的后面，以抽油方式使设备主油管〔4〕中的油经进油管〔5〕进入探头〔3〕，然后由出油管〔6〕送回设备主油管〔4〕。这样，油样中的磨粒就不会在被探测前遭到油泵的破坏。探头〔3〕前端装有电磁阀〔7〕，在不采样时，电磁阀〔7〕处于关闭状态，这样油管中的油不会自行流入探头〔3〕。探头〔3〕安装在电磁铁〔8〕的上部，探头〔3〕有6路光电信号进入光电流放大及电流电压变换电路〔10〕，有一路温度信号进入摄氏温度计电路〔11〕（《电子与微电脑实用电路133例》，王懋庆等编译，电子工业出版社，1990，P150）。单片机扩展系统〔12〕对各信号进行A／D转换。数据可以从GP－16智能微型打印机〔13〕输出，也可通过RS－232C串行口送往上级机（IBMPC等）〔14〕。采样动作控制是由单片机向8155I／O口发出开关量控制指令，经控制电路〔9〕中的MC1413驱动4个继电器（JZC－1M）分别控制油泵〔1〕、电磁阀〔7〕、电磁铁〔8〕、探头〔3〕中的发光二极管〔20〕实现的。

由于从设备进来的油流的复杂性，必须有特殊的动作程序以保证取样的正确。首先由单片机通过继电器控制油泵〔1〕打开，电磁阀〔7〕打开，抽油90秒钟，使电磁阀〔7〕前端的旧存油被抽走，进入探头的是设备油管〔4〕中的新油。然后将电磁阀〔7〕关闭，这样油泵就将探头〔3〕内的油抽空，1分钟后，关闭油泵，将发光二极管〔20〕接通，进行6个测量点的6路A／D转换，从而测得6个位置的本底采样值。然后将油泵〔1〕、电磁阀〔7〕和电磁铁〔8〕同时接通，使油流在有磁场的情况下流过探头〔3〕，抽油的时间由从键盘输入的磁场保持时间定，范围由1分钟至99分钟。时间到后，测量油温，再将电磁阀〔7〕关闭，抽空1分钟后，关闭油泵，接通发光二极管〔20〕进行实时采样，取得两次采样的数据后，由单片机做实时采样值与本底采样值的减法运算，其结果就是标志对应点上磨粒沉积量的数值。如实时采样值小于本底采样值，其结果以零计。这样做可以减少油中非铁磁性颗粒和污物对探测结果的影响。然后单片机将采样结果存入数据库，进行数学模型判断等数据处理，显示采样结果。软件判断测试仪是否接有GP－16智能微型打印机〔13〕，如接有，则打印结果。接着关闭电磁铁〔8〕，最后打开油泵〔1〕和电磁阀〔7〕，使油流将探头〔3〕内的残屑冲掉。冲洗5分钟后，采样过程结束。待单片机判断由键盘输入的采样间隔时间到后，进行下一个采样过程，这期间，面板上的LED显示器显示当时的时钟。

电磁铁〔8〕由磁极〔15〕、铁芯〔17〕和线圈〔16〕组成。磁极〔15〕有两条，长度均为65mm，材料为DT1电工纯铁，铁芯〔17〕的材料为A₃钢。线圈〔16〕为两个互相串联、直径为φ0.69mm的漆包线绕制而成。在通有30V直流电的情况下，两磁极〔15〕的气隙中最大磁感应强度达1.85（T）。磁极〔15〕与铁芯〔17〕以螺栓联接。探头〔3〕直接安装在磁极〔15〕的表面，探头〔3〕中油流方向与两磁极〔15〕形成的气隙方向一致。两磁极〔15〕安装时使气隙形成一个夹角，夹角为2.5度，以使磁极〔15〕的表面形成入口磁场较弱，出口处较强的磁场强度的梯度分布。

探头〔3〕的探头主体〔18〕为铜材，上下表面用环氧树脂粘有0.1mm厚的塑料薄膜〔24〕，这样形成的内腔供油通过。主体〔18〕上方装有灯架〔21〕，灯架〔21〕上装有6个砷化镓发光二极管〔20〕，灯架〔21〕上方装有蔽光盖〔19〕。〔18〕、〔19〕、〔21〕之间用螺钉连接，下塑料薄膜外表面用502胶贴有6片RC3×8硅光电池〔23〕，位置与上方的6只发光二极管〔20〕对应，即两两相隔10mm。硅光电池〔23〕的位置与电磁铁磁极的气隙对中。主体〔18〕侧面装有LM335精密温度传感器IC〔22〕，用于测量油温。

单片机扩展系统是以8031单片机为中心，扩展了8K  ROM、8K  RAM、ADCO8O9、8155  I／O口、RS232C串行口和键盘显示板（SCB31－Ⅲ键盘显示板，带有8位LED显示器和18个键的键盘）。8K  ROM采用2764EPROM芯片，其中固化有键盘管理模块、采样动作控制模块、浮点运算模块、串行通讯模块和自检模块等五个模块的程序。8KRAM采用6264RAM芯片，开机后存储数据库。

本实用新型应用于旋转机械设备磨损状态的在线自动监测及故障预报。目前国内许多应用单位的设备急需在线式铁谱仪进行磨损状态监测，比如石化企业、汽车制造厂、矿山等大型设备，中小型发电厂、海军舰艇及船运公司的动力设备等。由于当前国内没有合适的在线式铁谱仪，磨损分析只能通过定期取样，进行实验室分析的方式，费工费时。而且由于取样间隔时间太长造成漏报。本实用新型将提供一种实时、可靠的在线监测装置。它可使目前大部分设备的离线监测状况逐步改变为在线监测，使状态监测、故障预报更为及时。

Claims (1)

1、一种电磁光电在线式铁谱仪，它包括由磁铁、探头及信号处理系统，其特征在于：本装置取样油路中的油泵[1]由电机[2]带动，油泵[1]安装在探头[3]的后面，以抽油方式使设备主油管[4]中的油经油管[5]进入探头[3]，然后由出油管[6]送回设备主油管[4]，探头[3]前端装有电磁阀[7]；探头[3]安装在电磁铁[8]的上部，磁极[15]的表面，探头[3]内装有6只光电传感器，这6只传感器沿磁极长度范围内彼此相隔10mm；电磁铁[8]由磁极[15]、铁芯[17]和线圈[16]组成，磁极[15]为两条电工纯铁，线圈[16]用漆包线绕制，串连联接，磁极[15]与铁芯[17]以螺栓联接，探头[3]中油流方向与两磁极[15]形成的气隙方向一致；两磁极[15]安装时夹角为2.5度；探头[3]的探头主体[18]上下表面粘有塑料薄膜[24]；主体[18]上方装有灯架[21]，灯架[21]上装有发光二极管[20]，灯架[21]上方装有蔽光盖[19]；[18]、[19]、[21]之间用螺钉连接；塑料薄膜[24]的下片上贴有6片硅光电池[23]，硅光电池[23]的位置与电磁铁磁极的气隙对中，主体[18]侧面装有温度传感器[22]；单片机扩展系统以8031单片机为中心，扩展了8KROM、8KRAM、ADCO809、8155I/O口、RS232C串行口和键盘显示板，8KROM中固化有键盘管理模块、采样动作控制模块、浮点运算模块、串行通讯模块和自检模块的程序。

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