CN210294007U - 一种能区分气泡的润滑油金属磨粒检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能区分气泡的润滑油金属磨粒检测装置，包括安装在润滑油传输管道上的三螺线管传感器和电容传感器；润滑油输送管道、三螺线管传感器和电容传感器三者的中心轴线共线；三螺线管传感器连接有用于检测感应螺线管的感应电动势的第一信号调理模块，电容传感器由电容正电极、电容负电极和电容保护层组成，安装时，电容负电极接地；电容传感器通过三同轴电缆连接有用于检测电容传感器的电容值的第二信号调理模块，第一、二信号调理模块将转换后的电压信号输出给AD采集模块，而后利用计算模块对润滑油中金属磨粒的尺寸大小实现精确检测的同时，还能够实现非铁磁磨粒和气泡的区分。

Description

一种能区分气泡的润滑油金属磨粒检测装置

技术领域

本实用新型涉及滑油金属磨粒检测领域，特别是一种能区分气泡的润滑油金属磨粒检测装置。

背景技术

设备润滑油中常常携带着大量设备磨损信息，人们通过检测设备内流动的润滑油，间接地提取设备磨损信息，诊断磨损故障，为预测磨损趋势以及识别磨损模式提供依据。目前传统的润滑油金属磨粒检测方法主要为超声检测法、电容检测法和电感检测法。

超声检测法是利用传感器发出的超声波发射到磨粒上会发生的散射特性来检测磨粒的大小和分布，它能分辨滑油中的气泡、水滴，对不同成份的磨粒也有一定的分辨力，同时滑油不需要做预处理，从而实现在线检测；但是，超声检测法只能检测油液中尺寸小于100μm的磨粒，而不能鉴别该磨粒是金属磨粒还是非金属磨粒，从而不能为分析设备发生失效磨损的部位等信息提供更多的帮助；

电容检测法主要是利用电容传感器检测油液中金属磨粒。电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器，但是该方法仅能检测油液中铁粉含量的变化，不能检测金属磨粒的大小；

电感检测法主要通过检测电感受金属磨粒影响后的变化来识别磨粒的大小，但是该方法难以将铁磁磨粒和非铁磁磨粒区分开来，容易造成误判和“虚警”。

实用新型内容

针对上述现有技术，本实用新型设计了一种结合电容检测技术和电感检测技术的润滑油金属磨粒检测装置，本实用新型在对润滑油中金属磨粒的尺寸大小实现精确检测的同时，还能够实现非铁磁磨粒和气泡的区分。

为了解决上述技术问题，克服现有技术中润滑油液中的气泡和非铁磁磨粒之间难以区分的问题，提供了一种基于电容传感器和三螺线管传感器联合测量的装置，实现气泡和铁磁磨粒的区分。

本实用新型提出的一种能区分气泡的润滑油金属磨粒检测装置，包括安装在润滑油传输管道上的三螺线管传感器，所述润滑油传输管道上还安装有一个电容传感器；所述润滑油输送管道、三螺线管传感器和电容传感器三者的中心轴线共线；所述三螺线管传感器由第一激励螺线管、第二激励螺线管和感应螺线管组成，所述感应螺线管连接有第一信号调理模块，第一信号调理模块用于检测所述感应螺线管的感应电动势，并将其转换为电压信号输出给一AD采集模块；所述电容传感器由电容正电极、电容负电极和电容保护层组成，安装时，所述电容负电极接地；所述电容传感器通过三同轴电缆连接有第二信号调理模块，所述第二信号调理模块用于检测电容传感器的电容值，同时将电容值转换为电压信号输出给所述AD采集模块；所述AD采集模块将采集结果传输给计算模块，利用所述计算模块区分润滑油输送管道中的金属磨粒和气泡，并计算出金属磨粒的大小；所述计算模块将计算结果传输给上位机，所述上位机根据计算结果对金属磨粒统计。

进一步讲，本实用新型能区分气泡的润滑油金属磨粒检测装置，其中，所述第一激励螺线管、第二激励螺线管和感应螺线管沿着所述三螺线管传感器的的轴线位置安放；所述第一激励螺线管和第二激励螺线管的匝数相同且绕向相反、线圈轴长相同，所述第一激励螺线管和第二激励螺线管通交流电后串联并以感应螺线管为中心对称安放。

进一步讲，本实用新型能区分气泡的润滑油金属磨粒检测装置，其中，所述电容传感器的所述电容保护层和所述电容负电极围绕在所述润滑油传输管道的外表面上，所述电容保护层设有一沿所述润滑油传输管道轴向布置的方孔，所述方孔在所述润滑油传输管道的轴向长度等于所述电容正电极的长度L，所述电容正电极嵌装在所述方孔中。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型及装置结合了电容检测技术和电感检测技术，解决了传统方法难以区分气泡与铁磁磨粒的难题，使最终的检测结果更加准确；

(2)本实用新型及装置所设计的电容传感器区别于传统只有正负电极的传感器，由正电极、负电极和保护层三者组成；基于本实用新型装置中电容传感器的特殊结构，该电容传感器的电容值仅与传感器电极的长度有关，从而大大降低了传感器安装及制作所带来的误差；

附图说明

图1示出本实用新型润滑油金属磨粒检测装置的主要功能框图；

图2-1是本实用新型中电容传感器结构的侧视图；

图2-2是图2-1所示电容传感器结构的横截面示意图；

图2-3是图2-1所示电容传感器结构的轴向截面示意图。

图中：1-电容正电极；2-电容保护层；3-电容负电极；4-电容传感器；5-润滑油输送管道；6-金属磨粒；7-气泡；8-第二激励螺线管；9-感应螺线管；10-第一激励螺线管；11-三螺线管传感器；12-三同轴电缆；13-第二信号调理模块；14-第一信号调理模块；15-AD采集模块；16-计算模块；17-上位机。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。

通常，润滑油输送管道中的金属磨粒分为两种，即金属铁磁磨粒和金属非铁磁磨粒，此外在润滑油液中还夹杂有气泡会影响金属磨粒的检测结果。

如图1所示，本实用新型提出的一种能区分气泡的润滑油金属磨粒检测装置，包括安装在润滑油传输管道5上的三螺线管传感器11和一个电容传感器4；所述润滑油输送管道5、三螺线管传感器11和电容传感器4三者的中心轴线共线。

所述三螺线管传感器11由第一激励螺线管8、第二激励螺线管10和感应螺线管9组成，所述第一激励螺线管10、第二激励螺线管8和感应螺线管9沿着所述三螺线管传感器11的的轴线位置安放；所述第一激励螺线管8和第二激励螺线管10的匝数相同且绕向相反，所述第一激励螺线管10和第二激励螺线管8通交流电后串联并以感应螺线管9为中心对称安放。所述感应螺线管9连接有第一信号调理模块14，第一信号调理模块14用于检测所述感应螺线管9的感应电动势，并将其转换为电压信号输出给一AD采集模块15。

如图2-1、图2-2和图2-3所示，本实用新型中的所述电容传感器4由电容正电极1、电容负电极3和电容保护层2组成，所述电容保护层2和所述电容负电极3围绕在所述润滑油传输管道5的外表面上，所述电容保护层2设有一沿所述润滑油传输管道5轴向布置的方孔，所述方孔在所述润滑油传输管道5的轴向长度等于所述电容正电极1的长度L，所述电容正电极嵌装在所述方孔中。安装时，所述电容负电极3接地；所述电容传感器4通过三同轴电缆12连接有第二信号调理模块13，所述第二信号调理模块13用于检测电容传感器4的电容值，同时将电容值转换为电压信号输出给所述AD采集模块15；所述AD采集模块15将采集结果传输给计算模块16，利用所述计算模块16区分润滑油输送管道5中的金属磨粒6和气泡7，并计算出金属磨粒6的大小；所述计算模块16将计算结果传输给上位机17，所述上位机17根据计算结果对金属磨粒6统计。

利用本实用新型提出的能区分气泡的润滑油金属磨粒检测装置的检测方法，包括以下步骤：

所述三螺线管传感器11的感应螺线管9与第一信号调理模块14相连接，该第一信号调理模块14检测所述感应螺线管9的感应电动势，并将其转换为电压信号输出给AD采集模块15；

所述电容传感器4通过三同轴电缆12与第二信号调理模块13相连接，第二信号调理模块13检测所述电容传感器4的电容值，同时，将电容值转换为电压信号输出给所述AD采集模块15；

所述AD采集模块15将采集结果传输给计算模块16；

所述计算模块16通过检测电容传感器4的电容变化，并结合所述三螺线管传感器11的电感变化，区分润滑油传输管道5内的金属磨粒6和气泡7，并计算出金属磨粒6的大小；

所述计算模块16将计算结果传输给所述上位机17，所述上位机17根据计算结果对金属磨粒统计。

在没有金属磨粒经过三螺线管传感器11的时候，假设润滑油输送管道5的半径远小于所有螺线管轴长，则第一激励螺线管10和第二激励螺线管8产生的磁场可以表示为：

式中，μ₀为真空磁导率，l₁为激励螺线管的轴长。因此，第一激励螺线管10和第二激励螺线管8产生的磁场是等大反向的，在中间的感应螺线管9处相互抵消，此时位于中间的感应螺线管9处于零磁场中，其感应电动势为零。

当金属磨粒6进入第一激励螺线管10或第二激励螺线管8中时，金属磨粒6的进入会引起磁感应强度的变化，从而令第一激励螺线管10或第二激励螺线管8的局部电感产生变化，假设金属磨粒6均为标准球形，第一激励螺线管10和第二激励螺线管8线圈匝数相同，线圈轴长相同，所述第一激励螺线管10或第二激励螺线管8的电感变化量为：

其中，μ₁为金属磨粒的相对磁导率，r_d为金属磨粒半径，N₁为第一激励螺线管10或第二激励螺线管8线圈匝数，l₁为第一激励螺线管10或第二激励螺线管8的线圈轴长，μ₀为真空磁导率；则由于金属磨粒6或气泡7进入所引起的电感变化率为：

其中，L_c为感应螺线管(9)原电感量，L'_c为感应螺线管(9)变化后的电感量；

若金属磨粒为铁磁金属磨粒，其磁导率远远大于1，所述感应螺线管9输出信号的幅值与金属磨粒的尺寸大小成正比，感应螺线管9输出信号的幅值V_L，V_L表达式为：

式中，M，B均为常数，进而通过测量V_L的大小，即可测出铁磁磨粒的尺寸；

对于气泡，当气泡7进入第一激励螺线管10或第二激励螺线管8时，除了引起电感的变化外，还会与螺线管之间产生电容，电容和电感的变换都会作用于第一信号调理模块14，导致该信号调理模块输出一个与铁磁磨粒类似的脉冲信号；进而导致铁磁磨粒6和气泡7难以区分。

对于非铁磁磨粒，本实用新型中将非铁磁的金属磨粒6通过螺线管时产生的涡流损耗作为判定磨粒大小的依据，得到输出信号与磨粒的尺寸之间关系。金属磨粒6都是有电阻的，所以在产生涡流现象时，便会耗损一部分电磁能量，若金属磨粒6为非铁磁金属磨粒，所述感应螺线管9的感应电动势表达式为：

其中，K为常数，v为润滑油液流速；μ₁为金属磨粒的相对磁导率，当流速润滑油液v和金属磨粒的相对磁导率μ₁已知时，可以确定非铁磁金属磨粒的直径r_d。

本实用新型中，电容传感器4的电容负电极3接地；在没有金属磨粒6或气泡7经过电容传感器4时，电容值为

式中，K为常数，L为电容正电极长度，ε为介电质常数；电容正电极、负电极和保护层之间的缝隙可认为无限小，这时根据计算电容器的静电学原理，正电极和负电极之间的电容与电极形状和极板间距无关，该电容只与极板长度L有关；因此，该电容结构可以有效避免安装误差和传感器加工误差对测量结果的影响。

对于金属磨粒，无论其是铁磁磨粒还是非铁磁磨粒，其进入电容传感器4后，都会引起介电质常数ε的增加，进而引起电容传感器电容值C的增大；而气泡7的进入，会引起介电质常数ε的减小，进而引起电容传感器电容值C的减小。

本实用新型中，所述计算模块16通过检测电容传感器4的电容变化，并结合三螺线管传感器11的电感变化，就可以判断出润滑油传输管道5内的金属磨粒6和气泡7，并计算出金属磨粒大小的具体过程如下：

若电容传感器4电容值减小，则润滑油传输管道5内有气泡7通过，无需进行尺寸计算。

若电容传感器4电容值增大，且所述三螺线管传感器11的输出信号先增大后减小，则润滑油传输管道5内有金属磨粒6通过，且所述金属磨粒为铁磁金属磨粒，根据公式(2)计算出该金属磨粒的直径。

若电容传感器4电容值增大，且所述三螺线管传感器11的输出信号先减小后增大，则润滑油传输管道5内有金属磨粒6通过，且所述金属磨粒为非铁磁金属磨粒，根据公式(3)计算出该金属磨粒的直径。

尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (3)

1.一种能区分气泡的润滑油金属磨粒检测装置，包括安装在润滑油传输管道(5)上的三螺线管传感器(11)，其特征在于：

所述润滑油传输管道(5)上还安装有一个电容传感器(4)；所述润滑油传输管道(5)、三螺线管传感器(11)和电容传感器(4)三者的中心轴线共线；

所述三螺线管传感器(11)由第一激励螺线管(10)、第二激励螺线管(8)和感应螺线管(9)组成，所述感应螺线管(9)连接有第一信号调理模块(14)，第一信号调理模块(14)用于检测所述感应螺线管(9)的感应电动势，并将其转换为电压信号输出给一AD采集模块(15)；

所述电容传感器(4)由电容正电极(1)、电容负电极(3)和电容保护层(2)组成，安装时，所述电容负电极(3)接地；所述电容传感器(4)通过三同轴电缆(12)连接有第二信号调理模块(13)，所述第二信号调理模块(13)用于检测电容传感器(4)的电容值，同时将电容值转换为电压信号输出给所述AD采集模块(15)；

所述AD采集模块(15)将采集结果传输给计算模块(16)，利用所述计算模块(16)区分润滑油输送管道(5)中的金属磨粒和气泡，并计算出金属磨粒的大小；所述计算模块(16)将计算结果传输给上位机(17)，所述上位机(17)根据计算结果对金属磨粒统计。

2.根据权利要求1所述能区分气泡的润滑油金属磨粒检测装置，其特征在于，所述第一激励螺线管(10)、第二激励螺线管(8)和感应螺线管(9)沿着所述三螺线管传感器(11)的轴线位置安放；所述第一激励螺线管(10)和第二激励螺线管(8)的匝数相同且绕向相反、线圈轴长相同，所述第一激励螺线管(10)和第二激励螺线管(8)通交流电后串联并以感应螺线管(9)为中心对称安放。

3.根据权利要求1所述能区分气泡的润滑油金属磨粒检测装置，其特征在于，所述电容保护层(2)和所述电容负电极(3)围绕在所述润滑油传输管道(5)的外表面上，所述电容保护层(2)设有一沿所述润滑油传输管道(5)轴向布置的方孔，所述方孔在所述润滑油传输管道(5)的轴向长度等于所述电容正电极(1)的长度L，所述电容正电极嵌装在所述方孔中。

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