TWI490490B - A method for measuring deterioration of lubricating oil and a measuring device thereof, and a lubricating oil monitoring system for a machine and a device - Google Patents
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Description
本發明係有關於潤滑油之劣化度測定方法等，詳細而言，係有關於可測定潤滑油之劣化程度、且預測劣化機構之潤滑油之劣化度測定方法及其測定裝置、以及機械、裝置中之潤滑油監視系統。
潤滑油之劣化度會對使用其之機械、裝置等之性能或耐久性、以及節能性能等造成相當大的影響。又，潤滑油之劣化的進展速度會因使用潤滑油之條件而有顯著差異。因此，必須可以簡易且正確地測定潤滑油之劣化狀態。
習知，引擎油等潤滑油之劣化度之測定，曾執行過以潤滑油之使用時間為基準之方法、或測定潤滑油之性質狀態(例如：動力黏度(kinetic viscosity)、不溶份(insoluble fraction)、酸值、鹼值等)、並從其結果加以判斷之方法等。但該等方法並非可簡易且正確測定潤滑油之劣化度者。
針對上述問題，例如專利文獻1中揭示有於油盤中安裝電阻感測器，並藉由引擎油之電阻變化測定潤滑油之壽命之方法。又，亦揭示有諸多於油盤中設置pH感測器，從油之酸度、鹼性之變化所伴隨之pH變化，測定潤滑油之壽命之方法。
該等方法在可時時確認潤滑油中之電阻變化或pH變
化、並以電阻或pH變化率達至預定之值或狀況之時間點判斷為壽命之觀點上，可謂簡易方法。
然而，由於前述電阻亦會因伴隨潤滑油之劣化所產生之非極性物質之煙灰(碳)的混入而變動，因此無法正確測定潤滑油之劣化度。又，前述pH雖呈現有劣化程度，但並無法藉此獲得判斷潤滑油有劣化之劣化原因(劣化機構)的線索。因此，在管理潤滑油之劣化上有所問題。
近年，不斷發展有以測定潤滑油之阻抗(impedance)測定潤滑油之劣化度、且亦有欲對因煙灰混入所造成之影響一探究竟之研究。
例如，在非專利文獻1中，有測定頻率20Hz~600kHz之廣泛區域中之潤滑油之阻抗，並區分阻力(resistance)(電阻成分)及電抗(reactance)(電容成分)檢討因煙灰或柴油之混入所造成之阻抗變化。但，從該檢討結果並未明確解釋煙灰或柴油之濃度與阻抗之關係。
又，在專利文獻2中揭示有一裝置，其係可測定油之複阻抗(complex impedance)，並將其逆數之實部視為電阻成分求算導電率、及將複阻抗之逆數之虛部視為電容成分求算電容率，再從該導電率及電容率檢測油之劣化者。
然而，在上述專利文獻2記載之方法中，難以從電容率之測定值正確測定劣化度、且難以解析潤滑油劣化機構(劣化原因)。
又，非專利文獻1或專利文獻2中所揭示之測定阻抗之裝置，亦有測定電路複雜、且極為高價裝置之問題。
專利文獻1：特開平10-78402號公報
專利文獻2：特開2009-2693號公報
非專利文獻1：Sensors and Actuators, 8127(2007), 613-818
在此種狀況下，本發明之目的在於提供一種可簡易且正確測定潤滑油之劣化程度、同時可預測其劣化機構之潤滑油之劣化度測定方法及其測定裝置，以及使用有該潤滑油之劣化度測定裝置之機械、裝置中之潤滑油監視系統。
本發明人等為達成前述目的而不斷重複精闢研究之結果發現，潤滑油之酸度會依潤滑油之劣化所產生之極性物質之量而變化、以及2個以上的相異頻率中之潤滑油之電容率或靜電容之變化比例乃提供有潤滑油之劣化機構(劣化原因)之相關資訊。本發明係依據該等發現所完成者。
即，本發明係提供下述者：[1]一種潤滑油之劣化度測定方法，其特徵在於：(a)以氫離子感應型ISFET測定酸度、且(b)求算2個以上的相異頻率中之電容率或靜電容；並依據前述自主性度及前述複數電容率或靜電容之值，判斷前述潤滑油之劣化狀態；
[2]上述[1]之潤滑油之劣化度測定方法，其係將使用前述(a)之氫離子感應型ISFET所測定之酸度達及設定值之狀況判斷為潤滑油有劣化，並依據電容率或靜電容對由前述(b)之2個以上的相異頻率中之電容率或靜電容所求得之該頻率間之頻率的變化比例，預測潤滑油之劣化機構者；[3]上述[1]或[2]之潤滑油之劣化度測定方法，其中前述(a)之以氫離子感應型ISFET測定酸度之方法為對氫離子感應型ISFET中之汲極(drain)及源極(source)間施加恆定電壓，以測定於該汲極及源極間流動之電流之方法、或為於前述汲極及源極間流通恆定電流，以測定該汲極及源極間之電壓之方法；[4]上述[3]之潤滑油之劣化度測定方法，其係對前述汲極及源極間施加不同的電壓，以測定在各個電壓值之該汲極及源極間電流之差之方法、或是對前述汲極及源極間流通不同的電流，以測定在各個電流值之該汲極及源極間電壓之差之方法；[5]上述[1]~[4]中任一項之潤滑油之劣化度測定方法，其中前述(b)之2個以上的相異頻率當中至少一頻率(H1
)在100Hz以下，而其他一頻率(H2
)在超過(H1
)、且在10000Hz以下；[6]上述[5]之潤滑油之劣化度測定方法，其係求算在頻率(H1
)之電容率(ε1
)或靜電容(C1
)、及在頻率(H2
)之電容率(ε2
)或靜電容(C2
)，並依據電容率對該頻率之變化比例[(ε1
-ε2
)/(H2
-H1
)]、或靜電容對該頻率之變化比例
[(C1
-C2
)/(H2
-H1
)]，判斷潤滑油之劣化狀態者；[7]一種潤滑油之劣化度測定裝置，其特徵在於具備：(A)氫離子感應型ISFET及酸度測定部。酸度測定部具備：電流測定電路，係對該氫離子感應型ISFET中之汲極及源極間施加恆定電壓，以測定於該汲極及源極間流動之電流者；及電壓測定電路，係對前述汲極及源極間流通恆定電流，以測定該汲極及源極間之電壓者；以及(B)一對電極及靜電容測定部。靜電容測定部具有：交流電源，係於該一對電極間，將頻率控制在100Hz以下區域內、並施加交流電壓者；及靜電容測定電路，係測定前述一對電極間之靜電容者；[8]上述[7]之潤滑油之劣化度測定裝置，其另具備：(C)電容率算出部，係具有依據藉由前述靜電容測定部所得之靜電容測定值、算出電容率之電容率算出電路者；及[9]一種機械、裝置中之潤滑油監視系統，其特徵在於：使用上述[7]或[8]之潤滑油之劣化度測定裝置而形成。
依據本發明，可提供一種可簡易且正確測定潤滑油之劣化程度、同時可預測其劣化機構之潤滑油之劣化度測定方法及潤滑油之劣化度測定裝置、以及使用有該潤滑油之劣化度測定裝置之機械、裝置中之潤滑油監視系統。
第1圖係顯示用於本發明之潤滑油之劣化度測定方法之氫離子感應型ISFET之一例的示意圖。
第2圖係顯示用於本發明之潤滑油之劣化度測定方法之氫離子感應型ISFET之其他一例的示意圖。
第3圖係顯示本發明之潤滑油之劣化度測定裝置(靜電容測定部及電容率算出部)之一例的概念圖。
第4圖係顯示本發明之潤滑油之劣化度測定裝置(靜電容測定部及電容率算出部)之其他一例的概念圖。
第5圖係顯示在實施例中所使用之潤滑油之電容成分(靜電容)與頻率之關係之圖(圖表)。
第6圖係顯示在比較例中所使用之潤滑油之電阻成分與頻率之關係之圖(圖表)。
本發明係一種潤滑油之劣化度測定方法及潤滑油之劣化度測定裝置，其係就潤滑油，(a)以氫離子感應型ISFET(以下有時亦稱為「pH-ISFET」)測定酸度、且(b)測定2個以上的相異頻率中之電容率或靜電容，並依據前述酸度及前述複數電容率或靜電容之值，判斷潤滑油之劣化狀態者。
在本發明之劣化狀態之判斷意指測定劣化程度、且預測劣化機構(劣化原因)者。可藉由該兩者，正確預測所使用之潤滑油之壽命，且可進行適當的潤滑管理。
而，在本發明之「酸度」意指以藉由pH-ISFET所測定之新油及劣化油(已達及使用壽命之潤滑油)之電壓值或電流值之差(變化量)為基準，顯示試料潤滑油之電壓值或電流值之變化比例之指數。
用於本發明之潤滑油之劣化度測定之裝置為氫離子感應型ISFET(Ion Sensitive Field Effect Transistor：離子感測場效電晶體)。
pH-ISFET係將N型半導體之島(源極及汲極)設置在於P型基板之上二處，並設置有為一般使用由絕緣膜形成之閘極(gate)者，作為閘極材料，例如可舉五氧化二鉭(Ta2
O5
)或氮化矽(Si3
N4
)等。
第1圖係顯示用於本發明之潤滑油之劣化度測定方法之pH-ISFET之一例的示意圖，而第2圖係顯示用於本發明之劣化度測定方法之pH-ISFET之其他一例的示意圖。以下，將依據第1圖及第2圖，說明使用pH-ISFET之潤滑油之酸度之測定方法及其測定裝置。
在第1圖及第2圖中，P型半導體1之兩端形成有二個N型半導體之島、汲極2、與源極3，且從各個接於島之汲極電極2'與源極電極3'拉出有配線。於形成有汲極2與源極3之P型半導體1之單面，形成有閘極4，該閘極4之表面與潤滑油5相接觸。
一旦潤滑油5之氫離子聚集在閘極4，則P型半導體1之最主要的載體-自由電洞-會排斥並自閘極4遠離，相反地，少數存於P型半導體1之電子會被吸引至閘極4，形成N溝道(N channel)。因此，汲極2與源極3之間會有電流流通。
而，在第2圖所示之例中，於閘極4之潤滑油5側雖設置有氫離子穿透膜6，但其就ISFET而言原理上為測定閘極之
電位，就實施本發明而言並非必需品。
當潤滑油5之氫離子愈高時，前述N溝道會變得愈厚，且汲極2與源極3之間會成為有較多的電流流動。因而，當將施加於汲極2與源極3之間的電壓(Vds)設定為恆定時，潤滑油5之氫離子愈高，則流動於汲極2與源極3之間的電流(Ids)會變得愈大，又，當將流通於汲極2與源極3之間的電流(Ids)設定為恆定時，潤滑油之氫離子愈高，則汲極2與源極3之間的電壓(Vds)會變得愈小。
藉由測定於上述汲極2與源極3之間施加有恆定電壓時的電流值、或、流通有恆定電流時的電壓值，可判斷潤滑油之氫離子濃度(換言之，劣化程度)，因此長期下藉由測定該等電流值或電壓值，可把握劣化之進展狀況。
如第2圖所示之例，pH-ISFET與一般情況相同，可設置比較電極7而使用，但亦可未設置比較電極7而使用，而且在後者的情況下，電路會變得較簡單，又無需管理比較電極，故為理想。
而，雖未圖示，但實際上，潤滑油劣化度測定裝置中之酸度測定部係浸漬於潤滑油中、使閘極4(在第2圖之例中為氫離子穿透膜6)與潤滑油5接觸而使用，因此將採用可實現上述處理之構造。又，於汲極2與源極3之間，有結合用以藉由測定電壓裝置施加恆定電壓、並測定當時之電流值的測定電路，或用以藉由定電流裝置流通恆定電流、並測定當時之電壓值的測定電路。
使用上述pH-ISFET測定酸度時，在汲極2與源極3之間
施加恆定電壓或流通恆定電流、並開始測定後立刻會有測定值未穩定、施加有恆定電壓時的電流值Ids逐漸變大、且流通有恆定電流時的電壓值Vds逐漸變小之傾向，然而，不論何種情況，都會逐漸變成恆定值。因此，測定時間以設在5秒以上為宜，尤以設在10秒以上為宜。
又，在僅只一次的測定中，由於僅測定最初的輸出、且測定值有不穩定之傾向，因此宜設定施加與第一次不同的電壓之時間、或流通與第一次不同的電流之測定時間，並進行複數次測定，而且作為前述不同的電壓或電流之測定時間，以10秒以內為宜，但作為測定次數，則以測定值在5次以上即收斂之條件為宜。
從上述所測定之電壓值或電流值求算酸度之方法，以下述方法為宜。
當測定值為電壓值時，預先以初步實驗先行測定新油之電壓值(v0
)及劣化油(壽命到達油)之電壓值(vE
)，再從試料潤滑油之電壓值(vX
)以下述式(1)計算酸度(酸度指數)。
酸度指數={[(v0
)-(vX
)]/[(v0
)-(vE
)]}×10……(1)
在此，作為試料潤滑油之酸度，係以0為指數表示新油之酸度、且以10為指數表示劣化油之酸度，但亦可將劣化油之酸度設為100予以算出。即，本發明中之「設定值」在上述情況意指0或100。
又，從潤滑管理之觀點看來，上述劣化油係達及壽命且判斷為適合加以更油之程度者，可予以適當地選定設
定。又，當測定值為電流值時，亦可準據上述測定值為電壓值之情況之方法求得。
在本發明中，係測定2個以上的相異頻率中之電容率或靜電容，並依據該電容率或靜電容之值，判斷潤滑油之劣化狀態。因此，必需求算2個以上的相異頻率中之電容率或靜電容。
而，在上述之「2個以上的」之中，包含為「2」之情況、及為「3以上」之情況，對其測定數之上限並無特別限制。即，係測定在頻率H1
、H2
、…、Hn
之靜電容C1
、C2
、…、Cn
，並據此求算電容率ε1
、ε2
、…、εn
。
如此一來，若可測定在2個以上的相異頻率之潤滑油之電容率或靜電容，即可測定電容率或靜電容對頻率變化之變化比例，且如後述可了解潤滑油之劣化狀態。又，若為3以上的相異頻率，可更廣泛確實地把握電容率或靜電容對頻率之變化。
前述2個以上的相異頻率係以其中至少一頻率(通常為最低的頻率)(H1
)在100Hz以下為宜。若該頻率(H1
)在100Hz以下，由於因應極性物質(因潤滑油之劣化所生成)之濃度而變化之電容率或靜電容之變化很大，因此可正確地區別判斷潤滑油間之劣化狀態。因此，頻率(H1
)以在80Hz以下較佳、以在60Hz以下更佳。
該100Hz以下之頻率(H1
)之下限並無特別限制，但在極
度低的低頻之中，測定之電容率或靜電容之值無法穩定、於測定時需要相當的時間，且雜訊亦多，因此有無法獲得具有重現性之測定值之虞，故而以1Hz以上為佳，以5Hz以上較佳，以10Hz以上更佳。
又，從上述看來，2個以上的相異頻率之至少一頻率(H1
)以5~80Hz之範圍為佳，以10~60Hz之範圍較佳。
另一方面，(H1
)以外的其他頻率(H2
)以頻率大於前述(H1
)且在10000Hz以下為佳。若頻率在10000Hz以下，則因應極性物質(因潤滑油之劣化所生成)之濃度而變化之電容率或靜電容之變化相當充分，因而可正確地區別判斷潤滑油間之劣化狀態。(H2
)之頻率上限以未滿10000Hz為佳，以1000Hz以下較佳，以500Hz以下更佳，且以200Hz以下尤佳。
而，測定在3以上的相異頻率之電容率等之情況的頻率(H3
)、…、(Hn
)之範圍係超過(H2
)且在10000Hz以下，理想者係選擇在1000Hz以下之範圍內即可。
依據以上所述之適當條件所得之2個以上的相異頻率中之電容率或靜電容之值，例如，與新油時相比，若該等值為較大之值，即可判斷該潤滑油為劣化狀態。
接著，說明依據2個以上的相異頻率中之電容率或靜電容之值，預測潤滑油之劣化機構(劣化原因)之方法。
作為依據2個以上的相異頻率中之電容率或靜電容之值，預測潤滑油之劣化機構(劣化原因)之方法，可舉如依據電容率或靜電容對頻率之變化比例(大小)，預測潤滑油之劣化狀態之方法。
具體而言，例如著眼在電容率對頻率之變化比例[(ε1
-ε2
)/(H2
-H1
)]、或靜電容對頻率之變化比例[(C1
-C2
)/(H2
-H1
)]。
當[(ε1
-ε2
)/(H2
-H1
)]或[(C1
-C2
)/(H2
-H1
)]較一般大很多(較一般大超過200%)時，除因潤滑油之劣化所生成之極性物質以外，推測係有因其他因素所產生之極性物質混入(劣化狀態I)。此種劣化機構確認有在用於汽油引擎之汽油引擎油中發現。
相對地，若[(ε1
-ε2
)/(H2
-H1
)]或[(C1
-C2
)/(H2
-H1
)]雖僅較一般大一些(僅較一般大200%以內)、但前述酸度很高且確認有潤滑油之劣化時，預測有因潤滑油之劣化所造成之極性物質之增大，及混入有其他非極性物質或弱極性物質(劣化狀態II)。起因於此種劣化機構之劣化會在用於柴油引擎之柴油引擎油中混入有煙灰時發現。此乃顯示：包含引擎內之燃燒狀態之調整或煙灰之捕捉裝置之改善等，必需採取對策。
而，電容率或靜電容對頻率之變化比例是否很大之判斷基準，係設定執行如就不同種類之規格引擎試驗前後的引擎油之計算值加以比較之初步實驗即可。又，此時，宜於測定裝置中預備黏度計或色相計。
如此一來，可預測潤滑油之劣化機構。
接下來，說明用以測定本發明中之電容率或靜電容的適當測定裝置。
第3圖係顯示用於本發明之潤滑油之劣化度測定方法
之潤滑油之劣化度測定裝置中的靜電容測定部及電容率算出部之一例的概念圖。
該潤滑油之劣化度測定裝置係具備一對電極11及靜電容測定部12者。靜電容測定部12具有：交流電源12a，係可對該一對電極間施加將頻率控制在100Hz以下區域內之交流電壓者；及靜電容測定電路12b，係測定該一對電極間之靜電容者。該測定裝置亦可另具備有電容率算出部13，係具有依據在前述靜電容測定部12所得之靜電容測定值，算出電容率之電容率算出電路13a者。
前述交流電源12a以可控制在10Hz以下區域內者為宜，以可控制在1Hz為止範圍內者較佳。
作為潤滑油之靜電容之測定方法或電容率之算出方法，首先將一對電極11浸漬於潤滑油內，並藉由靜電容測定部12之交流電源12a將目的之頻率(H1
)之交流電壓施加到電極間，並以靜電容計算出電路12b測定電極間之靜電容C1
。接著，視必要，以電容率算出定電路13a從靜電容C1
算出電容率ε1
。以同樣方法測定在相異頻率(H2
)中之靜電容C2
，並以同樣方法算出電容率ε2
。而，電容率ε與靜電容C具有下述(II)式之關係。因此，作為求算電容率之前提，必然需要測定靜電容。
ε=C×d/s……(II)
(式中，d為顯示一對電極間之距離，而s為顯示電極之表面積。)
又，上述靜電容之測定中之測定電壓以設定在
0.1~10Vp-p
之範圍內為宜。
第3圖中之一對電極11以櫛型電極為宜，尤以櫛型微小電極為理想。又，可使用LCR測量儀器(LCR meter=Inductance,Capacitance,and Resistance meter)或電容計(Capacitance meter)作為靜電容測定部12、或電容率算出部13。
若為如此種可直接測定潤滑油之靜電容C、又可從其靜電容C之值求算電容率ε之方法，即為簡樸的裝置，因此可廉價且簡易、並以高精確度測定算出潤滑油之靜電容或電容率。
尤其在以櫛型電極作為一對電極11時，評估裝置可設為極小型化，且有僅微量採取試料油(潤滑油)即可測定潤滑油之劣化度之效果，同時又易於測定時觀察試料油，因此亦有可從試料油之外觀(色相等)或味道，獲得有關潤滑油之劣化程度或劣化機構之補充資訊之效果。
第4圖係顯示用以實施本發明之潤滑油之劣化度測定方法所使用的潤滑油之劣化度測定裝置(靜電容測定部及電容率算出部)之其他例的概念圖。
該測定裝置係具備一對電極21、可控制頻率在100Hz以下的區域內之交流電源22、電流計23、電壓計24、以及靜電容測定部25(具有複數阻抗算出電路25a及靜電容算出電路25b)之潤滑油之劣化度測定裝置，該測定裝置亦可另具備具有電容率算出電路26a之電容率算出部26。
作為測定算出靜電容或電容率之方法，首先，使一對
電極21浸漬到潤滑油內，並以可將頻率控制在100Hz以下的區域內之交流電源22，對電極間施加頻率H1
之交流電壓。接著，從以電流計、電壓計所測定之電流I、電壓V、以及電流與電壓之位相差，算出潤滑油之阻抗Z(複阻抗)，並從構成其阻抗之實數部分(電阻成分)ZR
與虛數部分(電抗)ZC
當中的虛數部分(電抗)ZC
之值，算出電容成分(即靜電容)C1
(參考下述式(III))。接著，視必要從靜電容C1
之值求算電容率ε1
。又，同樣地測定在相異頻率H2
之靜電容C2
。
Z=V/I=ZR
+ZC
=R+1/jωC……(III)
(式中，Z表示阻抗、ZR
表示電阻成分、ZC
表示阻抗之虛數部分、R則表示電阻值、j表示虛數單位、ω
表示交流之角頻率(angular frequency)、且C表示靜電容。)
上述靜電容之測定中之測定電壓以設定在0.1~10Vp-p
之範圍內為宜。
本發明之潤滑油之劣化度測定裝置，只要可進行使用前述pH-ISFET之酸度之測定、及2個以上的相異頻率中之靜電容之測定或電容率之算出，可為任意種類的測定裝置，且以使用將兩者(酸度測定部及靜電容測定部(此外還有電容率算出部))構成為一體之裝置為宜。
例如，以具備下述元件之潤滑油之劣化度測定裝置為宜：(A)pH-ISFET及酸度測定部。酸度測定部：電流測定電路，係對該pH-ISFET中之汲極及源極間施加恆定電壓，以測定流動於該汲極及源極間之電流者；及電壓測定電路，
係對前述汲極及源極間流通恆定電流，以測定該汲極及源極間之電壓者；以及(B)一對電極及靜電容測定部。靜電容測定部具有：交流電源，係於該一對電極間，將頻率控制在100Hz以下區域內、並施加交流電壓者；及靜電容測電路，係測定前述電極間之靜電容者。此外，另具備：(C)電容率算出部，係具有依據在前述靜電容測定部所得之靜電容之值，算出電容率之電容率算出電路者。
如上述之本發明之潤滑油之劣化度測定裝置可安裝在引擎等機械、裝置之運轉監視系統之一部分，以判斷潤滑油之狀態。因此可作為機械、裝置中之潤滑油監視系統使用。
接著，進一步說明本發明之實施例，但本發明並非因該等例而有所受限者。
測定出下述試料油(i)-(iii)之潤滑油之酸度及電容成分(靜電容)。
(i)潤滑油A(無灰引擎油)之新油
(ii)潤滑油A(無灰引擎油)之劣化油(GE)[使用於汽油引擎(GE)而使劣化者：極性物質物混入]
(iii)潤滑油A(無灰引擎油)之劣化油(DE)[使用於柴油引擎(DE)而使劣化者：煙灰混入]
就上述試料油(i)~(iii)，以第1圖所示之裝置對汲極2與源極3之間流通0.5mA之恆定電流，且以每一個恆定時間測定汲極2與源極3之間之電壓(Vds)。測定係將非測定時間設為2秒鐘，而測定出測定開始後(從開始流通恆定電流後)18秒內之電壓。重複10次其測定操作後，將所測定之電壓值之收斂值(在其時間點之汲極-源極間電壓(Vds))設為測定值。又，從其電壓值依前述式(I)求出酸度(酸度指數)。結果顯示在表1。
就試料油(i)~(iii)，使用第4圖所示之潤滑油劣化度測定裝置(靜電容測定部及電容率算出部)，以下述測定條件測定頻率在40、100、150、1000、及10000Hz之複阻抗之電容成分(靜電容)。
‧電極：櫛型微小電極
‧測定電壓：1Vp-p
將結果作為頻率中之電容成分(靜電容)之變化，顯示在第5圖。又，當將在頻率40Hz及100Hz之電容成分(靜電容)設為C40
(pF)及C100
(pF)時，以下述式計算電容成分對頻率之變化比例。
電容成分(靜電容)對頻率之變化比例(%)=[(C40
-C100
)/(100-40)]×100
又同樣地，當將從在頻率40Hz及100Hz之電容成分所求出之電容率設為ε40
及ε100
時，亦可以下述式計算電容率對
頻率之變化比例。
電容率對頻率之變化比例(%)=[(ε40
-ε100
)/(100-40)]×100
在此，前述電容成分對頻率之變化比例之結果顯示在表1。
由表1可知，以pH-ISFET所測定之酸度，在試料油(i)之新油為「0」，而在使用於試料油(ii)之汽油引擎之劣化油(GE)及使用於試料油(iii)之柴油引擎之劣化油(DE)兩者皆為「10」。因此，可知就試料油(ii)及試料油(iii)之劣化程度而言，並無太大差異。
另一方面，電容成分(靜電容)對在頻率40Hz與100Hz之頻率之變化比例(%)，在因劣化而生成極性物質、且同時混入有酸性化合物等極性物質之試料油(ii)為21.5%，相對
地，在因劣化而生成極性物質且進一步混入有煙灰之試料油(iii)為8.7%。因此，從電容成分(靜電容)對頻率變化之變化比例可知：試料油(ii)相當於前述劣化狀態I之劣化油，而試料油(iii)相當於前述劣化狀態II之劣化油，可預測潤滑油之劣化機構(劣化原因)。
此外，從第5圖所示之電容成分(靜電容)對各試料油之2個以上的頻率之變化方式的差異可知，同樣可預測潤滑油之劣化機構(劣化原因)。
就實施例中所使用之試料油，以第4圖所示之潤滑油之劣化度測定裝置，測定有複阻抗之電阻成分(Ω)。測定裝置、電壓、所測定之頻率、及所使用之試料油，皆與實施例相同。
將其結果作為電阻成分對頻率之變化顯示在第6圖。自第6圖可知，試料油(i)~(iii)之潤滑油A之新油及劣化油，在電阻成分對頻率之變化上皆無發現明確的差異。故可知，以該方法無法進行潤滑油之劣化機構之預測。
依據本發明，可簡易且正確地測定潤滑油之劣化程度、同時亦可預測其劣化機構(劣化原因)。又，本發明之潤滑油之劣化、變質度測定裝置在微量的試料油中亦可判斷劣化、變質狀態，此外，亦可設置在汽車引擎等機械、裝置作為潤滑管理系統加以有效地利用。
1‧‧‧P型半導體
2‧‧‧汲極
2'‧‧‧汲極電極
3‧‧‧源極
3'‧‧‧源極電極
4‧‧‧閘極
5‧‧‧潤滑油
6‧‧‧氫離子穿透膜
7‧‧‧比較電極
11、21‧‧‧一對電極
12、25‧‧‧靜電容測定部
12a、22‧‧‧交流電源
12b‧‧‧靜電容測定電路
13、26‧‧‧電容率算出部
13a、26a‧‧‧電容率算出電路
23‧‧‧電流計
24‧‧‧電壓計
25a‧‧‧複數阻抗算出電路
25b‧‧‧靜電容算出電路
V、(Vds)‧‧‧電壓
I、(Ids)‧‧‧電流
(v0
)‧‧‧新油之電壓值
(vE
)‧‧‧劣化油之電壓值
(vx
)‧‧‧試料潤滑油之電壓值
H1
、H2
、H3
、…、Hn
‧‧‧頻率
C、C1
、C2
、…、Cn
、C40
、C100
‧‧‧靜電容(電容成分)
ε、ε1
、ε2
、…、εn
、ε40
、ε100
‧‧‧電容率
(Ω)‧‧‧電阻成分
d‧‧‧一對電極間之距離
s‧‧‧電極之表面積
Z‧‧‧阻抗
ZR
‧‧‧電阻成分
ZC
‧‧‧阻抗之虛數部分
R‧‧‧電阻值
j‧‧‧虛數單位
ω
‧‧‧交流之角頻率
第1圖係顯示用於本發明之潤滑油之劣化度測定方法之氫離子感應型ISFET之一例的示意圖。
第2圖係顯示用於本發明之潤滑油之劣化度測定方法之氫離子感應型ISFET之其他一例的示意圖。
第3圖係顯示本發明之潤滑油之劣化度測定裝置(靜電容測定部及電容率算出部)之一例的概念圖。
第4圖係顯示本發明之潤滑油之劣化度測定裝置(靜電容測定部及電容率算出部)之其他一例的概念圖。
第5圖係顯示在實施例中所使用之潤滑油之電容成分(靜電容)與頻率之關係之圖(圖表)。
第6圖係顯示在比較例中所使用之潤滑油之電阻成分與頻率之關係之圖(圖表)。
1‧‧‧P型半導體
2‧‧‧汲極
2'‧‧‧汲極電極
3‧‧‧源極
3'‧‧‧源極電極
4‧‧‧閘極
5‧‧‧潤滑油
Vds‧‧‧電壓
Ids‧‧‧電流
Claims (8)
- 一種潤滑油之劣化度測定方法，其特徵在於：(a)以氫離子感應型ISFET(Ion Sensitive Field Effect Transistor：離子感測場效電晶體)測定酸度、且(b)求算2個以上的相異頻率中之電容率或靜電容，並依據前述酸度與前述複數電容率或靜電容之值，測定前述潤滑油之劣化度，求算在頻率(H1 )之電容率(ε1 )或靜電容(C1 )、及在頻率(H2 )之電容率(ε2 )或靜電容(C2 )，並依據電容率相對於該頻率之變化比例[(ε1 -ε2 )/(H2 -H1 )]、或靜電容相對於該頻率之變化比例[(C1 -C2 )/(H2 -H1 )]，預測前述潤滑油機構之劣化機構。
- 如申請專利範圍第1項之潤滑油之劣化度測定方法，其係將使用前述(a)之以氫離子感應型ISFET所測定之酸度到達設定值之狀況判斷為潤滑油已劣化，並依據電容率或靜電容相對於由前述(b)之2個以上的相異頻率中之電容率或靜電容所求得之該頻率間之頻率的變化比例，預測潤滑油之劣化機構者。
- 如申請專利範圍第1項或第2項之潤滑油之劣化度測定方法，其中前述(a)之以氫離子感應型ISFET測定酸度之方法，為對氫離子感應型ISFET中之汲極(drain)及源極(source)間施加恆定電壓，以測定於該汲極及源極間流動之電流之方法、或為於前述汲極及源極間流通恆定電流，以測定該汲極及源極間之電壓之方法。
- 如申請專利範圍第3項之潤滑油之劣化度測定方法，其係對前述汲極及源極間施加不同的電壓，以測定在各個電壓值之該汲極與源極間電流之差之方法、或是對前述汲極及源極間流通不同的電流，以測定在各個電流值之該汲極與源極間電壓之差之方法。
- 如申請專利範圍第1或2項之潤滑油之劣化度測定方法，其中前述(b)之2個以上的相異頻率當中至少一頻率(H1 )在100Hz以下，其他一頻率(H2 )超過(H1 )、且在10000Hz以下。
- 一種潤滑油之劣化度測定裝置，其特徵在於具備：(A)酸度測定部，係具備：氫離子感應型ISFET；及電流測定電路，係對該氫離子感應型ISFET中之汲極與源極間施加恆定電壓，以測定於該汲極與源極間流動之電流者；或電壓測定電路，係對前述汲極與源極間流通恆定電流，以測定該汲極與源極間之電壓者；以及(B)靜電容測定部，係具有：一對電極；交流電源，係於該一對電極間，將頻率控制在100Hz以下區域內、並施加交流電壓者；及靜電容測定電路，係測定前述一對電極間之靜電容者。
- 如申請專利範圍第6項之潤滑油之劣化度測定裝置，其另具備：(C)電容率算出部，係具有依據藉由前述靜電容測定部所得之靜電容測定值算出電容率之電容率算出電路者。
- 裝置中之潤滑油監視系統，其特徵在於：使用如申請專利範圍第6項或第7項之潤滑油之劣化度測定裝置而形成。
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