专利名称：润滑油液微量水分传感器探头及在线监测方法
技术领域：
本发明涉及油液在线监测领域，特别是润滑油液微量含水在线监测与分析。
背景技术：
设备润滑油液中水分含量增加将带来以下方面的影响(1)降低润滑油的粘度和油膜强度。(2)影响油膜的形成，使油品氧化，增加油 泥，恶化油质。(3)加速有机酸对金属的腐蚀。(4)使添加剂发生水解反应而失效。因此，对润滑油液含水进行在线监测，对设备的工况监测和摩擦磨损分析具有 重要的意义。早期的油液水分监测采用离线方式进行。如卡尔·费休滴定法。离线分 析从设备油池中提取润滑油样，送往实验室进行含水分析。这种分析方式成本高，效率 低，而且油液样品在提取和运送过程中易受污染。目前在润滑油液微量含水的在线监测 领域，尚无成熟可靠的在线监测技术应用。近年来，水活度测量技术在绝缘油微量含水监测中开始逐步应用。例如芬兰 维萨拉公司的HUNMICAP 系列产品。但其监测含水种类仅限于溶解水，多用于变压 器油(绝缘油)的微量含水监测中。润滑油微量含水监测需要监测溶解水、乳化水和游 离水三种状态的水。因此，水活度监测产品不能直接应用于润滑油液。基于介电常数对油液中含水测量，国内外已经开展了大量研究工作。该方法的 原理基于油液中混入水分会引起等效介电常数的变化。通过测量电容来判断等效介电常 数的变化，进而得出水分的含量。市面上已有一些基于该原理的测量产品。例如美国 迪沃森公司的EASZ-I系列产品。但该系列产品仅适用水分含量较高的情况。对微量水 分含量不能准确测量。而且，此类测量传感器仅给出一个油液中水分含量的相对值。并 不能对实际油液中水分存在的状态，以及油液中是否含有气泡等复杂情况给出分析和判 断。实际中的润滑油液含有一定量的气泡，存在气泡是影响该类方法对水分含量做出正 确判断的主要原因。本发明专利针对该类方法的现有不足，同样采用了基于介电常数测 量的电容法测定油液中的微量含水。设计了同轴形式的传感器探头，并基于该传感器探 头提出一套进行润滑油液微量含水在线监测的方法。该监测方法能够消除气泡的干扰， 此外，还能对油液中是否存在游离状态的水分做出定性的判断。

发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供润滑油液微量水分传感器探头 及在线监测方法，通过等效介电常数值和当时测得的油液温度，可以得出油液中微量水 分的含量。本发明的技术方案是这样实现的一种润滑油液微量水分传感器探头，内电极为圆柱体，外电极为长方体，外电 极内部开设有圆柱形空腔，将内电极包含在其中，内电极与外电极同轴，内电极表面涂
3覆绝缘漆，内外电极之间的间隙形成储油腔，外电极底部有进油口连接储油腔，外电极 顶部有出油口连接储油腔，在储油腔顶部留有气泡收集空间，用于测量过程中收集气泡 到该区域，温度测量晶体管安装口设置在外电极靠近顶部位置。温度测量晶体管测量0 120°C温度变化。一种运用上述传感器探头进行润滑油液微量含水在线监测的方法，按以下步骤 进行首先，启动辅助循环油路，油液流经传感器探头，前端测量电路对流动中油液 的等效介电常数和温度进行第一次测量，前端测量电路由CDC芯片构成；每隔At时间 测量一组电容和温度数据，At通常取1秒，连续测量5 10分钟，得到“介电常数-时 间曲线”和“温度-时间曲线”；其次，辅助循环油路进行油液静置，静置时间3 5 分钟；再次，前端测量电路对静置后的油液等效介电常数和温度进行第二次测量，第二 次测量只测一组电容和温度数据，即一组等效介电常数值和温度值；对上述步骤得到的测量数据分三步进行处理第一步由以下公式，将第二次测量等效介电常数值折算到温度为20°C情况下 数值，
权利要求
1.一种润滑油液微量水分传感器探头，其特征在于，内电极(1)为圆柱体，外电极 (2)为长方体，外电极(2)内部开设有圆柱形空腔，将内电极(1)包含在其中，内电极 (1)与外电极(2)同轴，内电极(1)表面涂覆绝缘漆，内外电极之间的间隙形成储油腔， 外电极⑵底部有进油口(6)连接储油腔，外电极(2)顶部有出油口⑷连接储油腔，在 储油腔顶部留有气泡收集空间(3)，用于测量过程中收集气泡到该区域，温度测量晶体管 安装口(5)设置在外电极(2)靠近顶部位置。
2.根据权利要求1所述的传感器探头，其特征在于，温度测量晶体管测量O 120°C 温度变化。
3.一种使用权利要求1所述的传感器探头进行润滑油液微量含水在线监测的方法，其 特征在于，按以下步骤进行首先，启动辅助循环油路，油液流经传感器探头，前端测量电路对流动中油液的等 效介电常数和温度进行第一次测量，前端测量电路由CDC芯片构成；每隔At时间测量 一组电容和温度数据，At通常取1秒，连续测量5 10分钟，得到“介电常数-时间 曲线”和“温度-时间曲线”；其次，辅助循环油路进行油液静置，静置时间3 5分 钟；再次，前端测量电路对静置后的油液等效介电常数和温度进行第二次测量，第二次 测量只测一组电容和温度数据，即一组等效介电常数值和温度值； 对上述步骤得到的测量数据分三步进行处理第一步由以下公式，将第二次测量等效介电常数值折算到温度为20°C情况下数值，其中ε表示油液的等效介电常数，βν表示油液的体膨胀系数，d￡表示相对介电常 数差值，4表示温度差值；再根据下式，得出油液中微量含水量， ε 20 = 13.0214 α 2+2.6841 α + ε 0其中ε2(ι表示20°C油液的介电常数值，ε C1表示不含水的纯净油液介电常数值，α表 示含水体积分数；第二步从“介电常数-时间曲线”中选取在一个时间段内介电常数变化平滑的 一段曲线，求出其对应的平均介电常数值和平均温度值，即阶段介电常数与阶段温度 值，按照第一步所述方法，将阶段介电常数折算到20°C下，由下式得出气泡含量体积分 数，ε 20" ε t20 = 0.894 α a式中α a为气泡的体积分数，ε t20为阶段介电常数折算到20°C的值； 第三步根据“介电常数-时间曲线”中是否存在凸峰，判断油液中是否存在游离 状态的水分，如果存在凸峰，则存在游离状态的水分，凸峰的高度越大，游离状态水分 的颗粒粒径就越大；凸峰数量越多，游离状态水分含量就越多。
全文摘要
本发明公开了一种润滑油液微量水分传感器探头及在线监测方法，该传感器探头安装于辅助循环油路中，与前端测量电路和通用PC机组成润滑油液在线监测系统。该系统用于润滑油液的微量含水在线监测。前端测量电路首先驱动辅助循环油路将润滑油液送入同轴型传感器探头中，同轴型传感器探头测得油液的等效介电常数值和温度数值。前端测量电路通过串行通信将测得数据传送给PC机。PC机通过程序分析，对油液中微量水分含量、气泡含量以及是否存在游离状态的水分做出判断。
文档编号G01N27/22GK102012387SQ20101029527
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者毛军红, 肖成诚, 谢友柏 申请人:西安交通大学