KR100356639B1 - Device for measuring oil contamination - Google Patents
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Abstract
본 발명의 오일 오염도 측정 장치는, 오일이 유출입할 수 있도록 일측이 개구된 중공의 하우징, 하우징의 개구부를 통해 유입된 오염도 측정대상 오일을 수용하는 샘플링부, 샘플링부에 대한 오일의 유출입을 조절하도록 하우징의 개구부를 개폐하는 커버, 하우징의 일단에 설치되고 샘플링부내의 오염도 측정대상 오일을 향해 광을 방출하는 발광수단 및 발광수단으로부터 방출되어 오염도 측정대상 오일을 통과한 광을 수신하는 수광수단을 포함한다. 본 발명에 따르면, 오일 오염도를 실시간으로 측정할 수 있고 기계가 작동하는 작업 현장에서 직접 간편하게 측정할 수 있고 경제적으로 측정이 가능한 오일 오염도 측정 장치가 제공된다.The oil pollution degree measuring apparatus of the present invention, the hollow housing in which one side is opened so that the oil can flow in and out, a sampling unit for receiving the pollution degree measurement object oil introduced through the opening of the housing, to adjust the flow in and out of the oil to the sampling unit A cover for opening and closing the opening of the housing, a light emitting means installed at one end of the housing and emitting light toward the oil to be measured for contamination in the sampling unit, and light receiving means for receiving light emitted from the light emitting means and passing through the oil to be measured for contamination. do. According to the present invention, there is provided an oil contamination measuring device which can measure oil contamination in real time, can be directly measured at the work site where the machine operates, and can be measured economically.
Description
본 발명은 오일 오염도 측정 장치에 관한 것으로, 특히, 기계류 윤활 장치의 윤활유(오일)의 오염도 측정에 적합한 오일 오염도 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an oil contamination measuring device, and more particularly, to an oil contamination measuring device suitable for measuring the contamination of lubricating oil (oil) of a machinery lubrication device.
자동차, 항공기 등을 비롯한 운송 기계류와, 발전소, 제철소, 석유화학 플랜트 등의 대형 플랜트에 사용되는 기계류 등, 윤활을 필요로하는 기계류에 있어서는 윤활유의 오염이나 열화로 인한 예기치 않은 고장 및 이로 인한 사고를 방지하기 위한 예방 정비 기술 또는 최적의 상태 진단 기술이 절실하게 요구되고 있다.For machinery that requires lubrication, such as transportation machinery including automobiles, aircraft, and machinery used in large-scale plants such as power plants, steel mills, and petrochemical plants, unexpected failures and accidents caused by contamination or deterioration of lubricants Preventive maintenance techniques or optimal condition diagnosis techniques are urgently needed.
자동차의 경우 주행 거리가 누적됨에 따라, 자동차 엔진 및 변속기 내의 각종 기계 요소들(예를 들어, 실린더, 피스톤, 저널 베어링, 구름 베어링, 캠, 기어류와 같은 기계 부품들)에서 마모가 점차적으로 진행되어 부품 표면으로부터 마모된 입자들이 떨어져 나오게 된다. 이러한 마모 현상은 기계 부품들의 손상을 초래하게 된다. 또한, 이러한 마모의 결과, 연소 압력의 손실 및 마찰 에너지 손실이증가되고 자동차 출력이 감소되며, 소음 및 진동을 유발하여 승차감을 저하시킨다.In the case of automobiles, as the mileage accumulates, wear progressively progresses in various mechanical elements in the automobile engine and transmission (for example, mechanical parts such as cylinders, pistons, journal bearings, rolling bearings, cams, gears). As a result, worn particles come off the surface of the part. This wear phenomenon causes damage to the mechanical parts. In addition, as a result of this wear, the loss of combustion pressure and the loss of friction energy are increased and the output of the automobile is reduced, causing noise and vibration, thereby lowering the riding comfort.
종래의 자동차 상태 진단 기술은 단지 오일의 양을 측정하여 기계 요소들에 급유되는 윤활유의 양이 부족하면 이를 운전자에 경보하며, 냉각수의 온도를 측정하여 작동하고 있는 엔진이 과열되면 이를 운전자에 경보하는 정도의 초보적인 수준에 머물러 있는 실정이다.Conventional vehicle condition diagnosis technology only measures the amount of oil and alerts the driver if the amount of lubricating oil supplied to the machine elements is insufficient, and alerts the driver if the engine running overheats by measuring the temperature of the coolant. It is a fact that stays at a beginner level.
근래에는 기계 시스템 내에서 발생하는 마모 입자 및 기타 외부로부터 침투하는 오염물로 인한 오일의 오염도를 측정하고 분석함으로써, 기계 시스템의 파손 여부 및 건전성을 판단케 하는 이른바 오일 오염도 측정을 통한 상태 진단 기술이 사용되고 있다. 이러한 기술은 인체 혈액(중) 백혈구 및 적혈구 수를 정량적으로 측정하여 인체의 건강을 판단하는 기술에 비유하여 기계 건강 진단 기술로도 불린다.In recent years, the condition diagnosis technology through the so-called oil pollution measurement is used to measure and analyze the pollution level of oil caused by wear particles and other externally penetrating pollutants occurring in the mechanical system. have. Such a technique is also referred to as a mechanical health diagnosis technique in comparison to a technique for quantitatively measuring the number of human blood (medium) white blood cells and red blood cells to determine the health of the human body.
이와 같은 오일 오염도 측정을 통한 상태 진단 기술에서는 크게 나누어 정량적 분석 및 정성적 분석이 사용된다. 예를 들어, 정량적 분석에서는 기계 작동 시간에 따른 기계 요소로부터의 마모 입자의 발생량이 측정ㆍ분석되며, 정성적 분석에서는 마모 입자들의 성분 및 크기, 외부로부터의 오염 입자 침입 여부, 기계 요소 부위의 부식 발생 여부 및 산화 정도 등이 측정ㆍ분석된다. 이상과 같은 측정 및 분석의 결과에 기초하여 기계 시스템의 건전성 여부를 판단하기도 하며, 발생하는 마모 현상의 천이 특성을 분석하여 사전에 시스템의 파손 가능성을 조기 경보하기도 한다. 또한, 지속적으로 발생하는 마모 입자의 특성을 분석하여 현재 사용되는 기계 시스템의 주된 마모 메카니즘을 파악하고, 상기 결과를 개량된 기계 시스템 설계를 위한 기본 설계 자료로서 활용할 수도 있다.Quantitative and qualitative analysis are largely used in the condition diagnosis technology through the oil contamination measurement. For example, in the quantitative analysis, the amount of wear particles from the machine element is measured and analyzed according to the machine operation time, and in the qualitative analysis, the composition and size of the wear particles, the presence of contaminant particles from the outside, the corrosion of the machine element area The occurrence and the degree of oxidation are measured and analyzed. Based on the results of the above measurement and analysis, it is possible to judge the integrity of the mechanical system, and the early warning of the possibility of failure of the system by analyzing the transition characteristics of the occurring wear phenomenon. In addition, it is possible to analyze the characteristics of the wear particles continuously occurring to identify the main wear mechanisms of currently used mechanical systems, and to use the results as basic design data for improved mechanical system design.
따라서, 상태 진단 기술을 적용되면, 적용된 기계 시스템의 건전성을 파악할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 시스템 내에서 불시에 발생할 수 있는 손상을 사전에 감지하여 사고 발생을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.Therefore, if the state diagnosis technology is applied, not only the health of the applied mechanical system can be grasped, but there is an advantage in that accidents can be prevented in advance by detecting in advance possible damages in the system.
이와 같이 기계 시스템을 보호할 수 있는 장점 외에도, 사용하고 있는 오일 오염도 및 열화 정도를 측정함으로써 오일(윤활유)의 사용 수명을 예측할 수 있게 되어 오일의 적절한 교환 시기를 알 수 있다. 예를 들어, 자동차 엔진 오일의 경우, 일반적으로 엔진 오일 제조업체 및 자동차 제조업체들은 엔진 오일의 수명을 대략 10,000 내지 20,000 ㎞의 주행거리 정도로 추천하고 있는 반면에 일반적인 운전자들은 통상적으로 3,000 내지 10,000 ㎞의 주행 거리 사이에 엔진 오일을 교환하여, 필요 이상으로 엔진 오일을 조기에 교체하고 있다. 이와 같은 운전자들의 엔진 오일의 조기 교체 이유들 중 가장 중요한 요인은, 자동차 엔진 오일 내의 오염 상태를 가늠할 수 있는 어떤 측정 장치도 없음에 기인된 운전자의 불안 심리에 의한 것이라 할 수 있다. 엔진 오일을 필요 이상으로 자주 교체함으로써 경제적인 손실을 야기할뿐만 아니라 과도한 폐유 배출로 인한 환경 오염 문제까지도 유발하고 있다.In addition to the advantages of protecting the mechanical system, it is possible to predict the service life of the oil (lubricating oil) by measuring the degree of oil contamination and deterioration in use, so that it is possible to know when to change the oil. For example, in the case of automotive engine oil, engine oil manufacturers and car manufacturers generally recommend engine oil life of approximately 10,000 to 20,000 km, while typical drivers typically drive between 3,000 and 10,000 km. The engine oil is replaced in the meantime, and the engine oil is replaced earlier than necessary. The most important factor among these drivers for the early replacement of engine oil is the driver's anxiety due to the lack of any measuring device to measure the contamination in the automobile engine oil. Replacing engine oil more often than necessary will not only cause economic losses, but also cause environmental pollution from excessive waste oil emissions.
종래의 오일 오염도 측정 장치는 오프-라인(off-line)식 장치이며 대부분 실험실에서만 사용할 수 있게 되어 있어, 자동차의 경우와 같이 현장에서 직접 실시간으로 적용하여 사용하기 어려우며, 기술적으로 적용이 가능하다 하더라도 대부분의 측정 장치들이 경제적으로 고가여서 손쉽게 적용할 수 없는 문제점을 가지고 있다.Conventional oil pollution measuring device is an off-line type device and can be used only in most laboratories, so it is difficult to apply it in real time directly in the field as in the case of automobiles, and even though it is technically applicable, Most of the measuring devices are economically expensive and have a problem that cannot be easily applied.
종래의 오일 오염도 실시간 측정 방법에서는 오일 라인에 새로운 라인을 추가하여 오일 펌프에 의해 상기 추가된 라인으로 오일을 바이패스시키는 방법이 통상 사용된다. 또한, 현장에서 사용중인 오일에는 많은 양의 기포가 존재할 수 있기 때문에, 경우에 따라서는 기포를 제거하기 위한 진공 펌프 등과 같이 부수적인 장치들이 사용되기도 한다. 따라서, 기존 윤활 시스템 라인에 새로운 바이패스 라인 설치 작업을 하여야 한다든지, 또는 이러한 부수적인 장치들에 의해 오염도 측정 장치의 부피가 커지는 문제점이 발생되어, 자동차 등과 같이 측정 대상 윤활 시스템 내에 가능한 한 소규모의 측정 장치가 설치되어야 하는 경우에는 측정 장치 장착에 어려움이 있다.In the conventional method for measuring the oil contamination level in real time, a method of adding a new line to the oil line and bypassing the oil to the added line by an oil pump is commonly used. In addition, since there may be a large amount of bubbles in the oil being used in the field, in some cases, additional devices such as a vacuum pump for removing bubbles are used. Therefore, the installation of a new bypass line in the existing lubrication system line, or the problem of the volume of the contamination measurement device is increased by such ancillary devices, so that the smallest possible If the measuring device is to be installed, it is difficult to install the measuring device.
또한, 실시간 오염도 측정 장치를 현장에서 장기간 사용하기 위해서는 측정 장치의 유지 보수가 최소 한도로 되는 것이 바람직하다. 종래의 오일 오염도 측정 장치에서는, 오염도 측정을 위해 필터 부품이나 전자기 피막 코팅이 통상 사용된다. 필터 부품을 사용하여 필터 전후의 압력차 혹은 유체 흐름량의 변화를 측정하는 장치들에서는 측정 작업 후에 유체를 역방향으로 흐르게 하여 필터에 걸려 있는 오염 입자들을 제거하는 방법이 주로 사용되고 있으나, 이러한 작업 후에 필터 표면이 완벽하게 세정되었는 지를 확인하기 어려운 문제점이 있으며, 일정 기간 사용 후에는 상기 필터 부품을 교체해야 하는 문제점이 있다. 또한, 전자기 피막 코팅을 이용하는 장치들에서는 측정에 따른 불가피한 피막 손상에 의하여 부품을 교체하여야 하는 문제점이 있다.In addition, in order to use the real-time contamination measurement device in the field for a long time, it is desirable that the maintenance of the measurement device be minimized. In a conventional oil pollution measuring device, a filter component or an electromagnetic coating is usually used for the contamination measurement. Devices that measure the difference in pressure or fluid flow before and after the filter by using filter components are mainly used to remove the contaminants from the filter by flowing the fluid in the reverse direction after the measurement operation. There is a problem that it is difficult to confirm whether this is completely cleaned, and there is a problem that the filter component needs to be replaced after a certain period of use. In addition, devices using an electromagnetic coating coating have a problem in that parts must be replaced due to unavoidable coating damage caused by measurement.
실험실에서 오일 오염도를 분석하는 대표적인 오프-라인식 오일 상태 진단 장치로는 분광 분석기(spectroscopy) 및 입자 계수기(particle counter) 등을 들 수 있다. 분광 분석기는 오일 내의 오염 물질의 성분 및 함량을 측정하는 것으로서, 현재 항공기의 엔진 등의 상태 진단을 위하여 사용되고 있다. 이 측정 장치는 오염도를 정밀하게 측정을 할 수 있는 장점은 있으나 오염 물질들의 크기에 관한 정보를 알 수 없으며, 측정 분석이 가능한 오염 입자의 크기가 대략적으로 5 내지 20 ㎛ 정도로 제한되는 문제점을 갖고 있다. 입자 계수기는 윤활유에 함유된 오염 입자들의 크기, 분포 및 오염도를 측정하는 정밀 장치인데, 윤활유의 오염도가 클 경우에는 측정 작업이 불가능하고 오염 입자 성분에 관한 정보를 전혀 알 수 없는 단점이 있다.Representative off-line oil condition diagnostic devices for analyzing oil contamination in a laboratory include spectroscopy and particle counters. Spectroscopic analyzers measure the composition and content of contaminants in oil, and are currently used for diagnosing the condition of an engine of an aircraft. This measuring device has the advantage of being able to accurately measure the degree of contamination, but does not know information on the size of contaminants, and has a problem that the size of contaminant particles that can be measured and analyzed is limited to about 5 to 20 μm. . Particle counter is a precision device for measuring the size, distribution, and degree of contamination of contaminated particles contained in the lubricating oil, when the degree of contamination of the lubricating oil is difficult to measure and there is a disadvantage that no information on the contaminated particle components at all.
다른 오프라인식 오일 상태 진단 장치로는, 미국 특허 제4,187,170호에 기재된 페로그라피(ferrography) 장치, 영국 특허 제8,121,183호에 기재된 알피디(RPD, rotary particle depositor) 장치 및 피큐(PQ, particle quantifier) 장치 등을 들 수 있다. 상기 장치들 중 페로그라피 장치 및 알피디 장치는 오일 내에 오염된 입자들을 투명한 유리 표면에 크기별로 고착시키는 방법을 사용한 장치들로서, 고착된 오염 입자들을 광학 현미경이나 전자 현미경을 이용하여 확대하여 오염 입자들의 크기, 형태, 색깔 등을 분석한다. 이와 같은 오염 입자 특성 분석을 통하여 오일 오염이 발생하는 근본적인 원인 및 현재 상황에 대한 정보를 분석할 수 있다. 그러나, 상기 장치들은 분석 결과가 분석자에 따라 주관적으로 달라질 수 있는 문제들을 지니고 있다.Other off-line oil condition diagnostic devices include the ferrography device described in US Pat. No. 4,187,170, the rotary particle depositor (RPD) device described in UK 8,121,183, and the particle quantifier (PQ) device. Etc. can be mentioned. Among the devices, the ferrography device and the arpidi device are devices using a method of size-fixing contaminated particles in oil to a transparent glass surface. The contaminated particles are enlarged by using an optical microscope or an electron microscope to remove contaminated particles. Analyze size, shape, color, etc. Through this characteristic analysis of contaminated particles, it is possible to analyze information about the root cause and current situation of oil contamination. However, these devices have problems in that the results of the analysis may be subjectively different depending on the analyst.
오일 오염도를 정량적으로 측정하는 기존의 장치들로는 큐디엠(QDM, quantitative debris monitor), 마그네틱 칩 검출기(magnetic chip detector), 에프씨엠(FCM, fluid condition monitor) 등을 예로 들 수 있다. 큐디엠은 오일 내의 오염 입자들을 자기 유도하여 특정한 센서 표면에 충돌하게 하고 상기 결과에 의해 발생하는 전압 펄스 특성으로 오염도를 측정하는 장치이나, 측정이 가능한 오염 입자의 크기가 100 ㎛ 이상으로 제한되어 있는 단점이 있고, 수시로 상처난 센서 표면을 교체해야 하는 번거로움이 있다. 마그네틱 칩 검출기는 윤활유 내에 자성체 물질을 주입하고 상기 자성체 물질 표면에 자성체 오염 입자들을 부착시킨 후에 주기적으로 자성체 물질을 예를 들어 육안으로 분석하는 장치로서 현장에서 간단하게 사용할 수 있는 장점은 있으나, 자성체 표면에 부착되는 자성체 입자의 크기가 100 ㎛ 이상으로 제한되며 비자성체 오염 입자들에 관한 정보를 알 수 없는 단점을 지니고 있다.Existing devices that quantitatively measure oil contamination include QDM (quantitative debris monitor), magnetic chip detector (FCM) and fluid condition monitor (FCM). QDM is a device that magnetically induces contaminant particles in oil to collide with a specific sensor surface and measures the pollution level by the voltage pulse characteristic caused by the result, but the size of the contaminant particles that can be measured is limited to 100 μm or more. There are disadvantages and the hassle of having to replace the wound sensor surface from time to time. Magnetic chip detector is a device that injects magnetic material into lubricating oil, attaches magnetic contaminant particles to the surface of magnetic material and periodically analyzes magnetic material, for example, with the naked eye. The size of the magnetic particles attached to the is limited to more than 100 ㎛ and has the disadvantage that the information about the non-magnetic contaminant particles is unknown.
전술한 바와 같이, 종래의 오일 오염도 측정 장치들로는, 오일 오염도를 실시간으로 측정할 수 있고 기계가 작동하는 작업 현장에서 직접 간편하게 측정할 수 있고 경제적으로 측정이 가능하여야 하는 요구조건을 충족시킬 수 없었다.As mentioned above, the conventional oil pollution measuring devices cannot meet the requirement that oil contamination can be measured in real time and can be easily measured directly and economically at the work site where the machine operates.
따라서, 본원 발명의 목적은 상술한 요구 조건을 충족시킬 수 있는 소형 탑재형 오일 오염도 측정 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a small mounted oil contamination measuring device capable of meeting the above-mentioned requirements.
본 발명에 따르면, 오일 오염도를 실시간으로 측정할 수 있고 기계가 작동하는 작업 현장에서 직접 간편하게 측정할 수 있고 경제적으로 측정이 가능한 오일오염도 측정 장치가 제공된다.According to the present invention, there is provided an oil pollution degree measuring device which can measure the oil pollution degree in real time and can be easily measured directly at the work site where the machine is operated and economically measured.
본 발명에 따르면, 오일이 유출입할 수 있도록 일측이 개구된 중공의 하우징, 하우징의 개구부를 통해 유입된 오염도 측정대상 오일을 수용하는 샘플링부, 샘플링부에 대한 오일의 유출입을 조절하도록 하우징의 개구부를 개폐하는 커버, 하우징의 일단에 설치되고 샘플링부내의 오염도 측정대상 오일을 향해 광을 방출하는 발광수단 및 발광수단으로부터 방출되어 오염도 측정대상 오일을 통과한 광을 수신하는 수광수단을 포함하는 오일 오염도 측정 장치가 제공된다.According to the present invention, a hollow housing in which one side is opened to allow oil to flow in and out, a sampling part accommodating the pollution degree measurement object oil introduced through the opening of the housing, and an opening of the housing to adjust the inflow and outflow of oil to the sampling part. Oil pollution measurement including an opening and closing cover, a light emitting means installed at one end of the housing and emitting light toward the oil to be polluted in the sampling unit, and a light receiving means to be emitted from the light emitting means and to receive light passing through the oil to be measured. An apparatus is provided.
본 발명에 따른 오일 오염도 측정 장치는 오일 오염도를 정량적으로 측정할 수 있도록 안출된 측정 장치로서, 기계 시스템이 작동하는 현장에서 용이하게 설치하고 측정할 수 있도록 오일 배관 또는 오일 탱크 내에 삽입(built-in)할 수 있는 장치로 구성됨으로써, 오일 오염도를 실시간으로 경제적으로 측정할 수 있다.The oil contamination measuring device according to the present invention is a measuring device designed to quantitatively measure oil pollution, and is inserted into an oil pipe or an oil tank so that the machine system can be easily installed and measured at the site where the mechanical system operates. By configuring the device, oil pollution can be measured economically in real time.
도1은 본 발명에 따른 오일 오염도 측정 장치의 개략적도로서, 커버 및 커버 구동 요소들이 제거된 상태를 도시하는 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic diagram of an oil pollution measuring apparatus according to the present invention, showing a state in which a cover and a cover driving element are removed.
도2는 본 발명에 따른 오일 오염도 측정 장치가 오일 저장통에 장착된 사용 상태를 도시하는 도면.2 is a view showing a state in which the oil pollution measuring device according to the present invention is mounted on an oil reservoir.
도3은 오일 내의 표준 오염 입자(ACMTD 입자)의 농도와 본 발명의 오일 오염도 측정 장치로 측정한 오일의 오염도의 관계를 나타내는 그래프.Fig. 3 is a graph showing the relationship between the concentration of standard contaminant particles (ACMTD particles) in oil and the degree of contamination of oil measured by the oil contamination measurement apparatus of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 하우징1: housing
2 : 발신부2: transmitter
3 : 수신부3: receiver
4, 8 : 렌즈4, 8: lens
5 : 발광 다이오드5: light emitting diode
6, 7 : 광섬유6, 7: fiber optic
9 : 프리즘9: prism
10 : 포토 다이오드10: photodiode
11 : 헤드부11: head
12 : 오일 저장통12: oil reservoir
13 : 오일 시일13: oil seal
14 : 샘플링부14: sampling unit
15 : 커버15: cover
17 : 구동부17 drive unit
30 : 오일 오염도 측정 장치30: oil pollution degree measuring device
본 발명의 오일 오염도 측정 장치의 작동 원리는 다음과 같다.The operating principle of the oil pollution measuring device of the present invention is as follows.
일반적으로, 매질을 통과하는 광의 세기는 광감쇠 이론에 의하여 식 (1)과 같이 표시된다.In general, the intensity of light passing through the medium is represented by equation (1) by the light attenuation theory.
I1= I0e-σx(1)I 1 = I 0 e -σx (1)
식 (1)에서, I1은 매질을 통과한 광의 세기이며, I0는 입사된 광의 세기이며, x는 매질을 통해 광이 투과한 거리이며, σ는 감쇠 정수이다. 감쇠 정수 σ는 매질 내에 존재하는 오염 입자의 농도와 비례한다. 즉, 매질 내에서 일정한 거리를 통과한 광의 세기는 오염 입자의 농도에 따라 변화된다. 따라서, 오일의 오염도(D1)는다음 식과 같이 표시될 수 있다.In Equation (1), I 1 is the intensity of light passing through the medium, I 0 is the intensity of incident light, x is the distance that light has passed through the medium, and σ is the attenuation integer. The damping constant σ is proportional to the concentration of contaminating particles present in the medium. In other words, the intensity of light passing through a certain distance in the medium changes depending on the concentration of contaminating particles. Therefore, the contamination degree D1 of the oil can be expressed as follows.
D1 ＝ log(J1/J2) (2)D1 = log (J1 / J2) (2)
여기서, D1: 오일의 오염도,Where D1: contamination of the oil,
J1: 깨끗한 신규 오일을 통과한 광의 세기,J1: intensity of light passing through clean fresh oil,
J2: 오염된 오일을 통과한 광의 세기.J2: The intensity of light passing through the contaminated oil.
따라서, 신유와 사용유를 통과한 광의 세기 J1과 J2를 측정함으로써 식(2)에 의하여 그 광량의 크기 비로써 오일의 오염도(D1)가 계산된다. 표준 오염 입자를사용하여 오일 내의 오염 입자의 농도를 변화 시키면서 오염도(D1)를 측정함으로써, 측정된 광의 세기(J2)와 오일 오염도(D1)의 관계를 얻을 수 있다(도3 참조). 이러한 미리 준비된 데이터로부터, 사용중인 오일을 통과한 광의 세기를 측정하여 오일 오염도(D1) 및 오일 내의 오염 입자의 농도를 추정할 수 있다.Therefore, by measuring the intensities J1 and J2 of the light passing through the fresh oil and the used oil, the pollution degree D1 of the oil is calculated by the formula (2) as the size ratio of the light quantity. By measuring the degree of contamination D1 while varying the concentration of the contaminated particles in the oil using the standard contaminated particles, the relationship between the measured light intensity J2 and the oil contamination level D1 can be obtained (see Fig. 3). From this pre-prepared data, the intensity of light passing through the oil in use can be measured to estimate the oil contamination level (D1) and the concentration of contaminating particles in the oil.
이하, 첨부 도면들을 참조해서 본 발명의 양호한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 도2에서 도시된 커버(15) 및 커버 구동 요소들이 제거된 상태에서 본 발명에 따른 오일 오염도 측정 장치(30)의 주요 구성 요소를 개략적으로 도시하는 도면이다. 본 발명의 오일 오염도 측정 장치(30)는 오염도 측정대상 오일을 향해 광을 방출하는 발광수단과, 발광수단으로부터 방출되어 오염도 측정대상 오일을 통과한 광을 수신하는 수광수단과, 수광수단에서 감지된 광의 세기로부터 상기 식 (1)과 식(2)에 근거하여 오일 오염도를 결정하는 연산 수단으로 구성된다.FIG. 1 schematically shows the main components of the oil pollution degree measuring apparatus 30 according to the present invention with the cover 15 and cover drive elements shown in FIG. 2 removed. The oil pollution degree measuring apparatus 30 of the present invention includes light emitting means for emitting light toward the oil to be polluted, the light receiving means emitted from the light emitting means and receiving the light passing through the oil to be measured for pollution, and detected by the light receiving means. Comprising a calculation means for determining the oil pollution degree based on the above formulas (1) and (2) from the light intensity.
도1에서, 오일 오염도 측정 장치(30)는 중공의 원통형 하우징(1)을 포함한다. 하우징(1)이 오일 저장통의 외벽에 장착될 수 있도록, 하우징(1)의 일 단부에는 플랜지가 형성된다. 하우징(1)의 플랜지가 형성된 단부에는, 발광수단 및 수광수단이 위치되는 헤드부(11)가 형성된다. 하우징(1)의 일측은 오일이 유동할 수 있도록 개구부가 형성되어 있으며, 하우징(1)의 내부 중공부에는 개구부를 통해 유입된 오염도 측정대상 오일을 샘플링하여 수용하는 샘플링부(14)가 구비된다.In FIG. 1, the oil pollution measuring device 30 comprises a hollow cylindrical housing 1. A flange is formed at one end of the housing 1 so that the housing 1 can be mounted on the outer wall of the oil reservoir. At the flanged end of the housing 1, a head portion 11 is formed on which the light emitting means and the light receiving means are located. An opening is formed at one side of the housing 1 to allow oil to flow therein, and a sampling unit 14 is provided at an inner hollow of the housing 1 to sample and receive the contamination measurement object oil introduced through the opening. .
본 실시예에서는 발광수단으로서 발광 다이오드(5)를 사용하였지만, 임의의 다른 광원이 사용될 수도 있다. 양호하게는, 파장이 400 나노 미터 내지 1050 나노 미터 범위의 광원이 사용된다. 발광 다이오드(5)로부터 투사되는 광을 평행 광으로 만들기 위하여 2개의 집광용 볼록 렌즈(4)가 사용되었다. 발광 다이오드(5)가 오일의 온도에 영향을 받아 특성이 변화되지 않도록 광섬유(6)가 발광 다이오드(5)와 집광용 볼록 렌즈(4) 사이에 배치되어, 발광 다이오드(5)로부터 투사된 광이 광섬유(6)를 통해, 그 후, 집광용 볼록 렌즈(4)를 통해 오염도 검사 대상 오일로 투사되도록 설치되었다. 양호하게는, 발광 다이오드(5)의 온도 특성을 보상하기 위해 발광 다이오드(5)로부터 투사되는 광의 세기를 측정하여 피드백 제어를 통해 일정 광량이 검사 대상 오일로 투사되도록 할 수 있다.Although the light emitting diode 5 is used as the light emitting means in this embodiment, any other light source may be used. Preferably, light sources with wavelengths in the range of 400 nanometers to 1050 nanometers are used. Two condensing lenses 4 for condensing were used to make the light projected from the light emitting diode 5 into parallel light. The optical fiber 6 is disposed between the light emitting diode 5 and the convex lens 4 for condensing so that the light emitting diode 5 is not affected by the temperature of the oil so that the characteristic does not change, and the light projected from the light emitting diode 5 is projected. Through this optical fiber 6, thereafter, it was installed to project the contamination degree to the oil to be inspected through the condensing lens 4 for collecting light. Preferably, in order to compensate for the temperature characteristic of the light emitting diode 5, the intensity of light projected from the light emitting diode 5 may be measured so that a certain amount of light is projected to the inspection object oil through feedback control.
또한, 본 실시예에서는 광의 세기를 감지하는 수광수단으로서 포토 다이오드(10)가 사용되었는데, 다른 임의의 광 센서가 사용될 수도 있다. 포토 다이오드(10)가 오일의 온도에 영향을 받아 특성이 변화되지 않도록 광섬유(7)가 포토 다이오드(10)와 수신부(3) 사이에 배치된다.In addition, in this embodiment, the photodiode 10 is used as the light receiving means for detecting the intensity of light, but any other optical sensor may be used. The optical fiber 7 is disposed between the photodiode 10 and the receiver 3 so that the photodiode 10 is influenced by the temperature of the oil so that the characteristic does not change.
발광 다이오드(5)로부터 방사되어 하우징(1)의 샘플링부(14)내의 오일을 통과한 광은, 수신부(3)에 위치된 볼록 렌즈(8)를 통해 집광된다. 상기 집광된 광은 서로 대칭해서 위치하고 있는 한 쌍의 프리즘(9)에 의해 180도 방향이 전환되어, 광섬유(7)를 통해 포토 다이오드(10)로 보내진다. 포토 다이오드(10)에서 광의 세기는 전기 신호로 전환되어 증폭기(도시되지 않음)를 거쳐 연산 수단으로 보내진다.Light emitted from the light emitting diodes 5 and passing through the oil in the sampling section 14 of the housing 1 is condensed through the convex lens 8 located in the receiving section 3. The condensed light is turned 180 degrees by a pair of prisms 9 positioned symmetrically to each other and sent to the photodiode 10 through the optical fiber 7. The intensity of light in the photodiode 10 is converted into an electrical signal and sent to an arithmetic means via an amplifier (not shown).
연산 수단에서, 미리 준비된 데이타(도3 참조)와 증폭기로부터의 전달된 신호값을 비교하여 오일의 오염도를 결정한다.In the computing means, the degree of contamination of the oil is determined by comparing the data prepared in advance (see Fig. 3) with the signal value transmitted from the amplifier.
도2는 본 발명에 따른 오일 오염 측정 장치(30)가 자동차 엔진 오일 저장통(12)에 장착된 상태를 도시한다. 양호하게는, 오일 오염도 측정 장치(30)는 오일 저장통(12) 바닥으로부터 대략 1/3 정도 높이에 장착된다. 하우징(1)의 플랜지부는 오일 저장통(12)의 측면 벽에 나사와 같은 공지의 부착 수단을 사용하여 장착된다. 플랜지부와 오일 저장통의 벽면 사이에는 오일 시일(13)이 삽입되어 밀봉된다. 따라서, 하우징(1)의 샘플링부(14)는 오일 내에 담궈지도록 위치되고, 발광 다이오드(5) 및 포토 다이오드(10)가 위치된 하우징의 헤드부는 오일의 열에 의해 악영향을 받지 않도록 오일 저장통(12) 외부에 위치된다. 그러나, 샘플링부(14)는 오일 저장통(12)에서 상술된 위치 외에도, 오일 내에 존재하는 오염 입자들이 자유롭게 유동될 수 있고 기포들이 존재하지 않는 임의의 다른 위치에 설치될 수도 있다.2 shows a state in which the oil pollution measuring device 30 according to the present invention is mounted on the vehicle engine oil reservoir 12. Preferably, the oil contamination measuring device 30 is mounted about one third of the height from the bottom of the oil reservoir 12. The flange portion of the housing 1 is mounted to the side wall of the oil reservoir 12 using known attachment means such as screws. An oil seal 13 is inserted and sealed between the flange portion and the wall surface of the oil reservoir. Accordingly, the sampling portion 14 of the housing 1 is positioned to be immersed in oil, and the head portion of the housing in which the light emitting diode 5 and the photodiode 10 are located is not adversely affected by the heat of the oil reservoir 12. ) Is located outside. However, in addition to the positions described above in the oil reservoir 12, the sampling unit 14 may be installed at any other position where contaminant particles present in the oil can flow freely and no bubbles exist.
상술한 바와 같이, 본 발명의 오일 오염도 측정 장치(30)의 하우징(1)의 개구부를 통해 오일 저장통(12)내의 오일이 샘플링부(14)내로 자유롭게 유동될 수 있다.As described above, the oil in the oil reservoir 12 may be freely flowed into the sampling unit 14 through the opening of the housing 1 of the oil pollution degree measuring apparatus 30 of the present invention.
오일 오염도 측정 장치(30)의 하우징(1)의 외부에는 샘플링부(14)에 대한 오일의 유출입을 조절하도록 하우징(1)의 개구부를 개폐하는 원통형의 커버(15)가 설치된다. 커버(15)는 그물부(15a)와 판부(15b)로 대략 양분되어 구성되며, 그물부(15a)가 하우징(1)의 개구부와 일치되어 샘플링부(14)내로 오일이 자유로이 유동될 수 있는 제 1위치와, 판부(15b)가 개구부와 일치되어 샘플링부(14)내로 오일의 유동이 차단되는 제 2위치사이에서 회전될 수 있다.A cylindrical cover 15 is installed outside the housing 1 of the oil pollution measuring device 30 to open and close the opening of the housing 1 to control the flow of oil into and out of the sampling unit 14. The cover 15 is roughly divided into a net part 15a and a plate part 15b, and the net part 15a coincides with the opening of the housing 1 so that oil can flow freely into the sampling part 14. It may be rotated between the first position and the second position where the plate portion 15b coincides with the opening and the flow of oil into the sampling portion 14 is blocked.
커버(15)의 절반을 구성하는 그물부(15a)는 저장통(12) 내의 오일에 존재할 수 있는, 오일의 오염도 측정과 직접적으로 관련이 없는 큰 이물질이 샘플링부(14) 내로 들어오는 것을 방지하며, 또한, 오일 내부에 존재할 수 있는 기포들이 촘촘한 그물부(15a)를 통과하면서 분쇄되어 미세한 입자로 되어 기포가 오일의 오염도 측정에 영향을 미치지 않게 하는 효과를 거둘 수 있다. 본 실시예에서는, 그물부(15a)의 메쉬를 대략 500마이크로미터로 하여 오일 내 측정 대상이 될 수 있는 오염 입자들이 상기 그물망(15a)에 걸리지 않도록 하였다.The net portion 15a constituting half of the cover 15 prevents large foreign matter from entering the sampling portion 14, which may be present in the oil in the reservoir 12, which is not directly related to the contamination measurement of the oil, In addition, bubbles that may be present in the oil may be pulverized while passing through the fine net portion 15a to form fine particles, so that the bubbles do not affect the measurement of contamination of the oil. In this embodiment, the mesh of the mesh portion 15a is set to approximately 500 micrometers so that contaminant particles that can be measured in oil are not caught in the mesh 15a.
전술한 원통형 커버(15)의 한쪽 끝 부분에는 커버 구동부(17)의 헬리컬 기어(16b)와 맞물린 헬리컬 기어(16a)가 장착되어 있다. 커버 구동부(17)로부터의 구동력이 헬리컬 기어(16a, 16b)를 통해 커버(15)로 전달되어 커버(15)가 구동된다. 커버 구동부(17)는 오일 시일(13)에 의해 밀봉되어 오일통(12) 외부에 위치하며, 제어 신호에 따라서 커버(15)를 구동하도록 제어된다.At one end of the cylindrical cover 15 described above, a helical gear 16a meshed with the helical gear 16b of the cover drive unit 17 is mounted. The driving force from the cover drive unit 17 is transmitted to the cover 15 through the helical gears 16a and 16b to drive the cover 15. The cover driver 17 is sealed by the oil seal 13 and positioned outside the oil container 12, and is controlled to drive the cover 15 according to a control signal.
다음은 본 발명의 오일 오염도 측정 장치(30)를 사용하여 오일 오염도를 측정하는 작업 순서를 예시한다.The following illustrates a working sequence for measuring the oil contamination level using the oil pollution degree measuring apparatus 30 of the present invention.
(a) 구동부(17)에 의해 원통형 커버(15)의 그물부(15a)가 하우징(1)의 개구부와 일치되는 제1 위치로 회전되어 일정 시간 동안 측정 장치(30)의 샘플링부(14) 내로 오일 저장통(12) 내의 오일이 자유롭게 유동될 수 있도록 한다.(a) The net portion 15a of the cylindrical cover 15 is rotated to a first position coinciding with the opening of the housing 1 by the driving portion 17 so that the sampling portion 14 of the measuring device 30 for a predetermined time. Allow oil in oil reservoir 12 to flow freely.
(b) 구동부(17)에 의해 원통형 커버(15)의 판부(15b)가 하우징(1)의 개구부와 일치되는 제2 위치로 회전되어 측정 장치(30)의 샘플링부(14) 내로 오일 저장통(12) 내의 오일의 유동을 차단한다.(b) The plate portion 15b of the cylindrical cover 15 is rotated by the drive portion 17 to a second position coinciding with the opening of the housing 1 so that the oil reservoir (into the sampling portion 14 of the measuring device 30) 12) Shut off the flow of oil in it.
(c) 샘플링부(14) 내로의 오일 유동이 차단된 후, 약 30초 동안 기다려서 샘플링부(14) 내의 오일을 정적인 상태로 유지한다.(c) After the flow of oil into the sampling section 14 is interrupted, wait for about 30 seconds to keep the oil in the sampling section 14 static.
(d) 오일이 정적인 상태에서, 발광 다이오드(5)로부터 광이 방사되어 광섬유(6) 및 2개의 볼록 렌즈(4)를 통해 샘플링부(14) 내의 오일로 입사된다.(d) In the state where the oil is static, light is emitted from the light emitting diode 5 and is incident on the oil in the sampling section 14 through the optical fiber 6 and the two convex lenses 4.
(e) 오일을 통과한 광은 측정 장치(30)의 수신부(3)측의 볼록 렌즈(8)로 집광되어 한 쌍의 프리즘(9)과 광섬유(7)를 통해 포토 다이오드(10)로 입사되어 전기 신호로 변환된다.(e) The light passing through the oil is collected by the convex lens 8 on the receiving part 3 side of the measuring device 30 and incident on the photodiode 10 through the pair of prisms 9 and the optical fiber 7. Is converted into an electrical signal.
(f) 미리 준비된 데이터(도3 참조)에 기초하여 광의 세기의 측정값(J2)으로부터 연산수단이 오일 오염도를 계산한다.(f) The calculation means calculates the oil contamination degree from the measured value J2 of the light intensity based on the data prepared in advance (see Fig. 3).
(g) 구동부(17)에 의해 커버(15)가 다시 제1 위치로 복귀되어, 커버(15)의 그물부(15a)를 통해 샘플링부(14) 내에 차단되어 있던 오일 및 오염 입자들이 오일 저장통(12)으로 유출됨과 동시에, 오일 저장통(12) 내의 다른 오일이 샘플링부(14) 내로 유입되어 혼합된다.(g) The cover 15 is returned to the first position by the driving unit 17 so that oil and contaminant particles which have been blocked in the sampling unit 14 through the mesh portion 15a of the cover 15 are stored in the oil reservoir. At the same time as it flows out to (12), other oil in the oil reservoir (12) is introduced into the sampling section 14 and mixed.
다음은 자동 측정 시스템의 구성에 대해 설명하기로 한다.Next, the configuration of the automatic measurement system will be described.
본 발명의 오일 오염도 측정 장치(30)를 사용하여 오일 오염도를 수동 작업으로 측정할 수도 있으며, 상기 장치(30)를 휴대용 컴퓨터 등의 제어 장치와 연결하여 소정 시간 간격으로 오일 오염도를 자동으로 측정할 수도 있다. 자동 측정된 오일 오염도는 모니터와 같은 표시 장치 상에서 표시된다.The oil contamination level measuring device 30 of the present invention may be used to measure the oil pollution level by manual operation, and the device 30 may be connected to a control device such as a portable computer to automatically measure the oil pollution level at predetermined time intervals. It may be. Automatically measured oil contamination is displayed on a display device such as a monitor.
도3은 표준 오염 입자(ACMTD 입자)를 사용하여 오일 내의 오염 입자의 농도를 변화시키며, 본 발명의 오염도 측정 장치(30)로 측정한 오일 오염도(D1)를 보여주고 있다. 오염도 측정 오일 내의 오염 입자 농도는 5, 10, 20, 40, 50, 100, 200 PPM이고, 오염 입자 농도에 따라 오일 오염도(D1)가 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 오염도 PPM 변화에 따른 광학 밀도의 선형 증가 기울기는 0.00679이며, 회귀 계수(regression coefficient)가 0.999, 표준 편차가 0.00664로 양호한 선형적 증가 추이임을 알 수 있다.Fig. 3 shows the oil contamination level D1 measured by the pollution degree measuring device 30 of the present invention by varying the concentration of contaminant particles in the oil using standard contamination particles (ACMTD particles). Contamination degree measurement Contaminant particle concentration in the oil is 5, 10, 20, 40, 50, 100, 200 PPM, it can be seen that the oil contamination degree (D1) increases linearly with the contaminant particle concentration. The linear increase slope of the optical density according to the pollution degree PPM change was 0.00679, and the regression coefficient was 0.999 and the standard deviation was 0.00664, indicating a good linear increase trend.
상술된 본원 발명의 오일 오염도 측정 장치를 기계에 장착하여 오일 오염도를 실시간으로 측정할 수 있기 때문에, 오일 샘플을 별도로 채취할 필요가 없다. 따라서, 실험실에서 오프-라인 방법에 의하여 오일 오염도를 측정하는 것에 비하여, 오일 오염도 측정에 요하는 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있으며, 측정 결과를 즉시 경고할 수 있다. 또한, 수 ㏄ 정도의 적은 양의 측정 오일 샘플이 오일 전체를 적절히 대표할 수 있는지, 또는 샘플 용기 내에서 샘플 오일이 오염되는지 등의, 오프 라인식 오일 오염도 측정 장치에서 샘플을 수동으로 채취할 때에 종종발생하는 문제점들을 방지할 수 있다.Since the oil contamination degree measuring device of the present invention described above can be mounted on the machine to measure the oil pollution degree in real time, it is not necessary to take an oil sample separately. Therefore, compared to measuring the oil contamination level by the off-line method in the laboratory, it is possible to drastically shorten the time required for measuring the oil contamination level, and to immediately warn the measurement result. In addition, when the sample is manually taken by an offline oil contamination measuring device, such as whether a small amount of measuring oil samples can adequately represent the entire oil, or whether the sample oil is contaminated in the sample container. Often occurring problems can be avoided.
본 발명을 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 기술 분야에서 숙련된 자들은, 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고, 본 발명을 여러가지로 변경 또는 변형시킬수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to Examples, the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art will be able to make various changes or modifications to the invention without departing from the spirit and scope of the invention.
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| KR (1) | KR100356639B1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100501254B1 (en) * | 2002-03-02 | 2005-07-18 | 오앤드브이코리아 주식회사 | A measuring device oil a pollution level of real time |
| KR100981950B1 (en) | 2010-06-03 | 2010-09-13 | 김대연 | Use the fiber-optic laser sensor with the structure of the nine densitometer articl |
| KR101899139B1 (en) | 2017-12-27 | 2018-09-14 | 창원대학교 산학협력단 | method for measuring oil contamination using Liquid Crystal |
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|---|---|---|---|---|
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60111942A (en) * | 1983-11-22 | 1985-06-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical oil sensor |
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1999
- 1999-11-06 KR KR1019990049045A patent/KR100356639B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
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| KR101899139B1 (en) | 2017-12-27 | 2018-09-14 | 창원대학교 산학협력단 | method for measuring oil contamination using Liquid Crystal |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20010045678A (en) | 2001-06-05 |
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