CN215985840U - 一种电容式磨粒监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电容式磨粒监测装置，属于工业自动化领域。本实用新型包括通过绝缘的隔离套同轴安装的金属壳体和圆柱电极，构成电容传感器的两个极板；圆柱电极内部同轴安装有吸附磁铁，且吸附磁铁与旋转单元相连；金属壳体和圆柱电极之间安装有绝缘材料制成的阻挡器，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。本实用新型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，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。

Description

一种电容式磨粒监测装置

技术领域

本实用新型涉及工业自动化技术领域，更具体地说，涉及一种电容式磨粒监测装置。

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。目前有关润滑油在线监测技术已成熟应用于各种大型的机械设备工作状态监测领域，主要监测的参数包括粘度、总碱值、污染度、颗粒量和水分含量等。

近年来，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，也有关于采用电容测量方式检测润滑油中的磨粒含量的相关报道，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油液中颗粒量的变化。

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。

实用新型内容

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型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，拟提供一种电容式磨粒监测装置，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，且能够实现磨粒的连续准确测量。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种电容式磨粒监测装置，包括通过绝缘的隔离套同轴安装的金属壳体和圆柱电极，构成电容传感器的两个极板；圆柱电极内部同轴安装有吸附磁铁，且吸附磁铁与旋转单元相连；金属壳体和圆柱电极之间安装有绝缘材料制成的阻挡器，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。

更进一步地，金属壳体和圆柱电极之间安装有两条径向夹角为180°的阻挡器，阻挡器由绝缘材料制成，两条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，初始状态下，工作线与阻挡线之间的夹角为90°。

更进一步地，金属壳体依次包括有电路安装段、连接螺纹段和外电极段，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，外电极段内为用于配合安装圆柱电极的电极安装腔，圆柱电极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；测控电路分别与金属壳体、圆柱电极、旋转单元电连接。

更进一步地，金属壳体的电路安装段、连接螺纹段和外电极段依次呈直径缩小的阶梯状分布，连接螺纹段上还设有密封圈。

更进一步地，圆柱电极通过隔离套与金属壳体同轴安装，且圆柱电极的一端延伸至金属壳体的电路安装腔内，与电路安装腔的内壁间具有绝缘垫片，并且端部通过锁紧块锁紧。

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，吸附磁铁通过旋转轴与旋转单元的输出端相连，旋转单元采用步进电机。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的电容式磨粒监测装置，圆柱电极内部设有可旋转的吸附磁铁，且电容检测腔内设置有阻挡器，吸附磁铁旋转过程中既可以实现对金属磨粒的吸附状态，又可以在磨粒被阻挡器阻挡后磁力迅速降低，使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)本实用新型的电容式磨粒监测装置，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，检测过程中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。

(3)本实用新型的电容式磨粒监测装置，通过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，能够区分是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为本实用新型的监测装置的轴向结构示意图；

图2为本实用新型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

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图对本实用新型作详细描述。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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实用新型作进一步的描述。

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，连接螺纹段上还设有密封圈，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块锁紧，如采用螺母锁紧等。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°，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之间的夹角可为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。

利用本实施例的监测装置可进行油液磨粒含量的在线检测，其检测过程如下：

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。

以上示意性的对本实用新型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实用新型的实施方式之一，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，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，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，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种电容式磨粒监测装置，其特征在于：包括通过绝缘的隔离套(101)同轴安装的金属壳体(100)和圆柱电极(200)，构成电容传感器的两个极板；圆柱电极(200)内部同轴安装有吸附磁铁(300)，且吸附磁铁(300)与旋转单元(500)相连；金属壳体(100)和圆柱电极(200)之间安装有绝缘材料制成的阻挡器(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。

2.根据权利要求1所述的一种电容式磨粒监测装置，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，两条阻挡器(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)。

3.根据权利要求2所述的一种电容式磨粒监测装置，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。

4.根据权利要求3所述的一种电容式磨粒监测装置，其特征在于：初始状态下，工作线(302)与阻挡线(401)之间的夹角为90°。

5.根据权利要求1所述的一种电容式磨粒监测装置，其特征在于：金属壳体(100)依次包括有电路安装段、连接螺纹段和外电极段，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)；测控电路(600)分别与金属壳体(100)、圆柱电极(200)、旋转单元(500)电连接。

6.根据权利要求5所述的一种电容式磨粒监测装置，其特征在于：金属壳体(100)的电路安装段、连接螺纹段和外电极段依次呈直径缩小的阶梯状分布，连接螺纹段上还设有密封圈。

7.根据权利要求5所述的一种电容式磨粒监测装置，其特征在于：圆柱电极(200)通过隔离套(101)与金属壳体(100)同轴安装，且圆柱电极(200)的一端延伸至金属壳体(100)的电路安装腔内，与电路安装腔的内壁间具有绝缘垫片(103)，并且端部通过锁紧块锁紧。

8.根据权利要求5所述的一种电容式磨粒监测装置，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1-8任一项所述的一种电容式磨粒监测装置，其特征在于：吸附磁铁(300)通过旋转轴(301)与旋转单元(500)的输出端相连，旋转单元(500)采用步进电机。

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