CN2530261Y - 实时间润滑油污染度测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型中的污染度测定装置包括给润滑油样品透射光的红外线发光二极管，传达透射光的第1光纤维，通过第1光纤维传达的光给润滑油样品以平行光入射的第一光学透镜，透过润滑油样品的光集合在一起传达到第2光纤维的第2光学透镜，感知通过第2光纤维传达的光的照明二极管，及润滑油样品里形成磁气场在润滑油内测定磁性体污染粒子和非磁性体污染粒子相对比率的电磁石。

Description

实时间润滑油污染度测定装置

技术领域

本实用新型涉及一种实时间润滑油污染度测定装置。

背景技术

近年来机器、电子等全盘产业领域中科学技术的划时代发展，迫切地需要为了防止机器和各种系统的意外故障及因而造成的意外事故所需的预防整备技术或最适状态判断技术。需要这些技术的除了汽车、飞机等机械类以外发电所、制铁所、石油化学工厂等大型工厂也在内。

到目前为止在国内外已实用化的状态判断技术以测定技术的特性来进行分析：系统动作变数(温度、压力、及速度)测定方法，机器或润滑油的物理化学变化测定方法，磨损能量(震动/噪音)测定或检查被磨损掉的材料损失测定方法等。并且把这些技术按测定周期分类的话周期检验的离线(off-line)方法和实时间(on-line)方法。

这些技术中属于本实用新型的定量测定润滑油内污染度的机器及技术是机器在运转状态中不需要机器的分解也可以随时观察、确认机器消耗部品的破损程度，因此称得上状态判断技术领域中的核心技术。

测定分析润滑油中发生的磨损量而判断机器系统的破坏与否及健全性的所谓通过污染度测定来判断状态的技术是使用润滑油的机器系统内发生的磨损粒子的量及其它从外部渗透的污染度分析技术，跟定量测定人体内血液的白血球及红血球的数，诊断人体健康的技术相似，因此也可称机器健康诊断技术。

通过污染度的测定，判断状态的技术是为了测定定量和定性的结果而使用。第一，定量测定分析按照不同的运作时间所消耗掉的机器消耗部位的磨损粒子量，第二，定性测定分析磨损粒子的成分、磨损粒子的大小变化、外部污染粒子的渗入与否、机器消耗部位的腐朽发生与否及氧化程度等。根据以上的测定分析结果首先判断机器系统的健全性，并且分析磨损现象的迁移特性事前预知机器系统的破坏。而且分析连续发生的磨损特性撑握现使用的机器系统的主要磨损部件，把这些结果活用于改造机器系统设计的基本设计资料。

定量测定润滑油内污染度的原有的状态判断机器是主要有以下几种。第一，在实验室里分析样品的off-line状态判断机器--分光分析器(spectroscopy)及粒子计算器(particle counter)。分光分析器是测定润滑油内已被污染的物质成份及定量含量，现使用于飞机发动机等的状态判断。这个测定器能精确地测定污染度的优点，但它不能获悉有关污染物质大小方面的信息，它能测定的污染粒子的大小大约局限于1-20μm。粒子计算器是测定润滑油内含有的污染粒子的大小，分散程度及总污染度的精密机器，但污染程度严重时不能测定，并且无法知道污染粒子成份的信息。第二，可以举例在美国专利公告第4、187、170号里登出来的ferrography机器，英国专利公告第8、121、183号上登出来的RPD(Rotary Particle Depositor)机器，及PQ(particle quantifier)机器等。以上技术中ferrography及RPD采用在油中已污染的粒子固定在透明的玻璃表面的方法，把这些污染粒子利用光学显微镜或电子显微镜来扩大视觉化后分析污染粒子的大小、形态、颜色等。通过以上的污染粒子特性分析可以得知润滑油内污染发生的基本原因和现况。但是以上技术拥有不同分析者而会有不同的结果的缺点。

实验性测定分析润滑油内污染度的离线(off-line)方法是因为定期抽取润滑油进行测定分析，所以非常麻烦并且会发生抽取工作中产生的各种误差。还有突然发生机器破损时不能事前预知、防止事故的缺点。

实时间测定污染度的原有机器是QDM(Quantitative Debris Monitor)磁芯片探测器(Magnetic Chip Detector)、液体状态显示器(Fluid ConditionMonitor：E.C.M)等。QDM是磁气诱导油内的污染粒子使之冲突在特定的传感器表面，由此产生的电压脉动电流的特性来测定污染度的机器，但它只能测定大于100μm的污染粒子，并且随时交替受损的传感器表面的麻烦。磁芯片探测器是在润滑油内注射磁性体物质后在磁性体表面付着常磁性体污染粒子，之后用肉眼等方法定期分析磁性体物质的机器，它的优点是在现场简单使用，但付着在磁性体表面的常磁性体粒子只能大于100μm，并且不能检测非磁性体污染粒子的缺点。

根据以上情况大韩民国专利第150054号里就记载着“润滑油内磨损粒子判断方法及装置”。其要点是光通过油时测定被污染粒子断绝的光量，测定试料油内粒子的量。并且装试料油容器上部设置永久性磁石后在油内部的常磁性体粒子集中在一边从光通道里排除，之后测定光量，这样可以另测定总污染度中常磁性体成份的污染度。但这样的方法会发生以下情况。第一，利用永久磁石逆反油内的抵抗把油内分散的微小的常磁性体粒子往永久磁石方面诱导，这需要磁性非常强的磁石才行，因此跟这个相关的部分会变大。第二，在现场使用的润滑油用以上机器直接诱导时在试料油测定盒内部不只是油还有很多空气气泡共存的可能性。跟以上方法以光为测定媒体来使用时这些油内的空气气泡往往误认为污染粒子，很可能测定出来的结果比实际污染度高。并且以上方法中只有题目里有on-line的词，其内容并没有具体地说明。第三，以上方法是只考虑光通过油时被不透明的污染粒子所断绝的效果，但实时间测定的油是按油粘度变化被减少的光效果也不同，因此一定程度上维持油粘度的附带装置或按照温度变化自动保存光强度之前以上变化直接影响污染度的测定。

如上述，定量测定润滑油内污染粒子的方法中所要求的技术事项是首先要求上述技术以实时间使用，其次除了定量分析污染粒子的技能以外还要求定性分析污染粒子的分析技能。这是因为机器系统内的主要机器部件以常磁性体的钢铁材料或铝合金及铜等的非磁性体材料来组成，这些机器各种消耗部件被磨损后转化为油内污染粒子的程度同时测定的话，就马上有效地把握机器系统内哪个部位的部件磨损情况严重。

为了在现场长时间使用实时间污染度测定器，以上测定器的维修管理理应是最小程度。观察原有的测定器就不难发现一般使用过滤部品或电磁气性镀膜。使用过滤部品，测定过滤前后的压力差或流体流量的变化，此方法中主要使用测定作业后使流体以逆向流动，除掉过渡器表面的污染粒子的方法，但等作业结束后无法确认过滤器表面是否完整地被洗净的问题，并且使用一段时间之后要替换过滤器部件的麻烦。而且使用电磁气性镀膜的机器也是被测定带来的不可避免的皮膜损伤而交换部品的问题。

发明内容

因此本实用新型就为了解决原有的问题，发明了以下的装置及系统。

一种定量测定透过油样品前后的光强度的变化，由此测定油污染度的装置包括：

给油样品里透射光的发光媒体；

跟发光媒体隔离一定距离并为收纳油样品的油收纳用容器；

设置在离油收纳容器一定距离，为了感知已透过油样品的光强度的收光媒体；

通过发光媒体传达的光以平行光入射到油样品的第(1)光传达媒体，及透过油样品的光传达到收光媒体的第(2)光传达媒体。

按照油样品的温度变化，不要让发光媒体及收光媒体的特性被改变的油污染度测定装置。

在根据本实用新型的另外一个方面的测量油污染度的装置中，第1光传达媒体是跟这个发光媒体连在一起的第1光纤维及从这个发光媒体放出来，并通过第1光纤维传达的光，给油样品以平行光入射的第(1)光学透镜来组成的。

在根据本实用新型的另外一个方面的测量油污染度的装置中，第2光传达媒体是跟这个收光媒体连在一起的第2光纤维及透过油样品的光集合在一起，通过第2光纤维，传达到上述收光媒体的第2光学透镜来组成。

在根据本实用新型的另外一个方面的测量油污染度的装置中，发光媒体是红外线发光二极管，收光媒体是照明二极管。

在根据本实用新型的另外一个方面的测量油污染度的装置中，红外线发光二极管是能透射光波长650nm～1050nm范围的光。

在根据本实用新型的另外一个方面的测量油污染度的装置中，其拥有气泡除去媒体。

在根据本实用新型的另外一个方面的测量油污染度的装置中，其设置在装油容器周围，也可以选择性形成很强的磁气场的电磁石在内，要是在装油容器里形成磁气场，那么油样品里以垂直方向形成磁力线，使油样品内的磁性体粒子按照这个磁力线排列，这样能测定形成磁气场前后的光强度，以此能测定含在油样品内的磁性体污染粒子和非磁性体污染粒子的相对比率。

在根据本实用新型的另外一个方面的测量油污染度的装置中其还包含：

把油样品供应到装油容器的油供应部；

除去装油容器内气泡的气泡除去媒体；

油供应部和除气泡媒体的空压阀及控制电磁边阀的程序逻辑控制器(programmable logic controller：PLC)；

要处理定量测定的数据的处理媒体；

数据处理媒体和外部通讯网相互连接的连接媒体。

本实用新型的污染度测定器是可以任意测定包括润滑油在内的所有油的污染度。但以下主要以润滑油为例说明油内污染度的测定。

本实用新型中的污染度测定器是区别于润滑油内的常磁性粒子及非磁性粒子而可以定量测定的机器。润滑油内磨损粒子的发生及从外部渗透的杂物等原因，被污染的油内污染度用通过润滑油的光磁气量变化的测定来定量测定。

一定量的油样品以实时间装在圆桶形容器里利用光传感器(发光部：红外线发光二极管，收光部：照明二极管)透过光，透过的光量的变化，也就是光学密度变化的结果可以定量测定油内总污染度。一般情况下为了润滑机器类主要部品及系统而使用的油内发生的大部分磨损粒子是以常磁性体或者强磁性体的物质来构成，因此它的性质是从外部渗透的其他不纯物质的磁化性质不一样。本实用新型着重于这种特点在圆桶形容器的周围以选择性的形成很强的磁气场。在样品油内形成磁气场的话在圆桶形容器内以垂直方向形成磁力线，磁性体粒子是按着这个磁力线排列。因此通过油的光的量是比起形成磁气场之前增加，并且测定比较光学密度的相差可以测定油内的磁性体污染粒子和非磁性体不纯物的相对比率。

使透过的光改变成平行光使用两个光学透镜，为了补偿二极管的温度特性先测定发光二极管的光，使之通过反馈(feedback)控制入射到能测定一定光量的油样品内。并且为了发光或收光二极管的特性无关于油温度，为了分离增幅器和传感器，使用光纤维。

附图说明

下面结合相应附图对本实用新型进行详细描述。

图1是本实用新型的污染度测定装置显示图

图2是本实用新型的润滑油流水度和为了排除润滑油内汽泡的真空装置的流水度示意图

图3是本实用新型的测定系统实时间处理过程示意图

图4是本实用新型的测定传感器来测定的润滑油光学密度的变化D1的示意图

图5是本实用新型的测定传感器来测定的润滑油光学密度的变化D1和D2的变化示意图

具体实施方式

图1为本实用新型的污染度测定装置示意图。首先要测定的油以on-line循环，示意油样品入口2和出口3的圆桶形容器1。油样品容器1是以要测定的油样品里透射红外线光的(图1没有示意)红外线发光二极管、从发光二极管传达红外线光的光纤维4、通过光纤维4传达的光改变成平行光入射到油样品的入射用光学透镜5、收集透过样品油减衰的光焦点在光纤维7传达的收信用光学透镜6、从收信用光学透镜6里集合的光通过光纤维7接收的(图1未示)照明二极管、为了样品油容器内的油样品里加磁气场的电磁石电线8、固定光纤维4，7及光学透镜5，6的部分9、及保护内部的箱子(case)10组成。

以下说明本实用新型的测定传感部的测定原理。通常情况下通过媒质的光强度是按光减衰理论可以以下的数学公式来表示。公式1I1＝I0e^-óx公式(1)中I1是已透过的光强度，I0是入射光的强度，x是光的透过的距离，ó是减衰整数，它和在媒质内的污染粒子浓度有比率关系。因此通过媒质的光的相互对数(logarithm)比是跟污染粒子浓度有比率关系。以本实用新型的污染测定器来测定的起源于油内污染粒子的光学密度变化是利用以上原理，按照油污染度及磁气场的有无可以如下表示。公式2D1＝1₁

公式3 D2＝1n

公式4D3＝1n这里J1是新油的光学密度，J2是使用油的光学密度J3是加磁气场时使用油的光学密度J4是除去磁气场后的使用油的光学密度所以测定新油和使用油的光学密度J1和J2后用公式(2)也就是以光量的大小比来计算光学密度的变化D1，存在油内的总污染度量是利用事前按标准污染粒子的污染度测定的D1算出(参考图4及图5)。并且油样品测定盒1周围形成磁气场，那么油内部以垂直方向形成磁力线，使常磁性体污染粒子按这个磁力线排列，而且这样的结果会使光学密度的值从J2变化成J3，用公式(3)算出只因常磁性体污染粒子而造成的污染度。并且这样的常磁性磨损粒子的总量是利用另外预备测验结果来计算。要是除去磁气场，那么被磁力排列的常磁性粒子中小的磨损粒子再次分散油内并以此产生的结果会使光学测定值被减少，J4运用于这些常磁性粒子中相对微小的磨损粒子污染度的测定变数。

图2示意的是从润滑油管20到测定传感部31之间以实时间供应循环润滑油的油线流通度和为了除去润滑油内气泡而设置的真空装置流通度。在图2中润滑油的流通是利用trochoid抽水机(trochoid pump)从油管20到测定传感部31以输入面空压阀21和输出面空压阀22的控制油被供应循环。为了考虑管内油压力超过基准价设置压力开关41，从这儿收到的信号控制电磁边阀27而达到安全的效果。除去润滑油内气泡的真空系统部是从真空抽水机12开始给系统加真空的电磁边阀23，真空还回大气的排气用电磁边阀24，控制油的循环与真空的空压阀25，真空时用真空线堵住油的逆流，而且除去油内气泡时起缓冲作用的腔(chamber)42及集合已蒸发掉的油或已逆流的油，把这些要排出的油汽阀43来组成。

以下是用手工测定使用油的污染度及有关常磁性粒子而引起的污染度作业顺序及要实时间测定的测定构成按照顺序一个个说明。一.手工测定作业顺序

1)污染度测定装置提供主电压

2)启动油循环用抽水机

3)当油充分地循环后停止油循环抽水机，为了除去含在油内的空气气泡启动真空抽水机

4)直到油内气泡完全被除去为止把油内空气状态轮流处在真空状态或大气状态

5)等油内气泡完全被除去之后停止真空抽水机，还回大气条件，测定使用油的光学密度J2

6)供电与污染度测定装置的电磁石电线，等60秒后加磁气场时测定使用油的

光学密度J3，关掉电源60秒后测定除去磁气场后的使用油的密度J4

7)  开闭各种阀，排出测定传感部内的样品油

8)  测定好的J2、J3、J4来计算公式(2)、(3)及(4)的结果，并用它来事前算出含在油内的总污染度和常磁性体及非磁性体粒子的污染浓度二.组成实时间使用测定系统

本实用新型的测定装置是在上面说明的依据手工作业测定的目的以外也可以在生产现场以实时间测定使用。为了这样的实时间使用，利用程序逻辑控制器(programmable logic controller)使空压及电磁边阀等进行自动化，由此促使抽样油技能自动化，利用电脑分析及储存测定结果，连接电脑和外部通讯网进行数据传送的一种独立的测定系统。

为了实时间利用而创造的测定系统是测定润滑油污染度的测定传感部，从润滑油管到测定器间供润滑油的润滑油供应部，为除去润滑油内空气气泡的真空系统部，系统的运转及润滑油供应和真空装置部的电磁边阀的控制而设定的PLC控制部，还有显示、储存数据的综合分析部来组成。

图3示意以实时间控制测定测定传感部和测定系统，电脑51显示数据处理过程。电脑51命令使PLC 52运作，并且以此控制抽水机11、12及阀21-27，发生、感知光源的增幅器53里发生的光通过输入面的光纤维55入射到测定传感部31，透过油的光通过输出面光纤维56收信到增幅器53。测定传感部31以一定的距离连续测定，已测定好的光学密度数据是通过模拟(analog)/数字(digital)信号变换器输入、储存到电脑51里，并且显示器反映其情况。

图4是使用ACMTD粒子使润滑油内的污染度起变化，本实用新型的测定传感部来显示测定的润滑油的光学密度变化D1。测定的油粒子浓度是100、200、400、600、800、1000、1500ppm，它以污染度的增加而变化的光学密度是以扇形增加的现象，按污染度变化(ppm)的光学密度的扇形增加坡度是0.00168，周转系数是0.995，标准偏差是0.11652，因此可以看到按照污染度变化光学密度的变化以扇形测定的很好的特性。

图5是把carbonyl-铁的粒子(carbonyl iron powder)当污染粒子使用，以本实用新型的测定传感器来测定的光学密度的变化D1和D2。测定的油粒子浓度是100、200、400、600、1000、1300、1500ppm，而且按照这些浓度的增加而变化的D1和D2的变化是跟ACMTD粒子的附加一样都是以扇形增加。D1是扇形增加倾斜0.00168，周转系数是0.999，标准偏差是0.02217而显示很好的扇形增加趋势。D2也是扇形增加倾斜0.000577，周转系数0.992，标准偏差是是0.04281而很好的扇形增加趋势。

如此利用本实用新型的润滑油内污染度测定装置，可以实时间定量测定润滑油内污染粒子，也可以定性分析润滑油内污染粒子，这样可以有效地撑握系统内在哪个部位磨损情况严重的问题。

虽然本实用新型通过上述的说明详细地被介绍，但是不脱离下面申请的专利范围的实用新型本质，也可以有关技术领域里拥有相关技术知识的人可以进行丰富的其他变形是不言自明的事。

Claims (8)

1.一种实时间润滑油污染度测定装置，其特征在于包括：

发光媒体；

油收纳用容器；

收光媒体；

光传达媒体；

油污染度测定装置；

其中发光媒体中发出的光，通过光纤传输到入射光学透镜，然后该光通过透镜变为平行光，穿过油收纳用容器，并通过接收光学透镜进行聚集，并通过光纤传输到收光媒体，接着到达油污染度测定装置进行测定。

2.根据权利要求1所述的实时间润滑油污染度测定装置，其特征在于第(1)光传达媒体由第(1)光纤维及第(1)光学透镜组成。

3.根据权利要求1所述的实时间润滑油污染度测定装置，其特征在于第(2)光传达媒体由第(2)光纤维及第(2)光学透镜组成。

4.根据权利要求1所述的实时间润滑油污染度测定装置，其特征在于发光媒体是红外线发光二极管，收光媒体是照明二极管。

5.根据权利要求4所述的实时间润滑油污染度测定装置，其特征在于红外线发光二极管的透光范围为650nm～1050nm。

6.根据权利要求1所述的实时间润滑油污染度测定装置，其特征在于其拥有气泡除去媒体。

7.根据权利要求1所述的实时间润滑油污染度测定装置，其特征在于设置在装油容器周围，也可以选择性形成很强的磁气场的电磁石在内。

8.根据权利要求1所述的实时间润滑油污染度测定装置，其特征在于其还包含：

油供应部；

气泡除去媒体；

程序逻辑控制器；

数据处理媒体；

数据处理媒体和外部通讯网相互连接的连接媒体。

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