專利名稱：便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于工業(yè)設(shè)備監(jiān)測儀器領(lǐng)域，特別涉及一種用于現(xiàn)場檢測油液中鐵磁性磨粒量和油液粘度，實 現(xiàn)油液污染狀態(tài)監(jiān)測，及時提供設(shè)備故障預(yù)警并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲比較的便攜式測量裝置。
背景技術(shù)：
油液分析技術(shù)是判定機(jī)械設(shè)備磨損狀況，開展設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的重要手段。目前工業(yè)界主要采用 定期采集油樣，送實驗室進(jìn)行物理化學(xué)分析的方法判定油液的質(zhì)量狀態(tài)和剩余使用壽命。這種方式的優(yōu)點 是可以獲得被測油液多個物理化學(xué)參數(shù)，如粘度、總堿值、水分含量和顆粒量等，并據(jù)此較準(zhǔn)確的判斷油 液的質(zhì)量狀態(tài)和失效原因。缺點是所需設(shè)備價格昂貴，分析費力費時，測量結(jié)果的獲得具有較大的滯后性。近年來，各項油液在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展迅猛，它很好克服了傳統(tǒng)的實驗室離線分析方法成本高，操作復(fù)雜， 測量樣本點有限的不足，成為新一代油液監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的主要方向。但是，由于油液在線監(jiān)測技術(shù)復(fù)雜， 實施難度大，目前在工業(yè)界還未獲得廣泛的應(yīng)用。與以上兩種方式相比，便攜式油液測量儀器成本大大低于實驗室分析儀器，且可以隨身攜帶，現(xiàn)場測量， 現(xiàn)場出結(jié)果，因此在工業(yè)界的應(yīng)用增長較快。根據(jù)不同的測量原理和油液測量參數(shù)，便攜式油液測量儀器 包括便攜式油液粘度儀，鐵譜儀、顆粒度儀、以及基于油液介電常數(shù)測量的油液污染度測試儀、水分儀等。粘度是衡量油液抵抗流動能力大小的一個關(guān)鍵參數(shù)，油液粘度的髙低直接影響機(jī)械部件摩擦副中油膜的厚 度，進(jìn)而影響潤滑的效果。在油液使用過程中，局部的高溫高壓會使油液氧化，同時各種雜質(zhì)的摻入也會 降低油液的流動性，導(dǎo)致粘度升高。因此粘度測量是判斷油液質(zhì)量狀態(tài)和失效的最主要方式之一，在實際 應(yīng)用中具有重要的意義。目前測量油液粘度的便攜式儀器多采用旋轉(zhuǎn)粘度測量方法，也有利用壓電敏感器 件測量油液粘度的報道。中國專利ZL02261839.2 (智能油品質(zhì)量監(jiān)測儀，授權(quán)日期2003年6月4日)報 道一種采用石英晶體微天平測量油液粘度，利用容柵式傳感器測量油液介電常數(shù)的方法。另外，油液中的磨粒量尤其是鐵磁性磨粒量也是判定油液失效程度和機(jī)械系統(tǒng)磨損狀態(tài)的重要參數(shù)。目前,用于測量油液中微量鐵磁性磨粒的儀器除鐵譜儀外主要有各種基于光學(xué)方法、磁力計和應(yīng)變式傳感器的儀器。光學(xué)方法測量磨粒的主要優(yōu)點是能測小尺寸磨粒，而且能提供磨粒濃度和大小兩方面信息。但光學(xué)測量方法受油液的污染程度以及其它雜質(zhì)含量的影響較大，不能區(qū)分油液中的顆粒和氣泡，易誤判。鐵譜儀
主要對油液中的鐵磁性磨粒進(jìn)行以形貌觀測為主的定性分析，其定量分析的誤差很大。此外，鐵譜儀還存 在儀器價格昂貴，操作復(fù)雜等缺點，使它們的實際應(yīng)用受到較大限制。中國專利ZL03236292.7 (—種精確測量油液含鐵量的裝置，授權(quán)日期2004年1月14日)報道一種利用 永磁鐵吸附鐵磁性磨粒然后通過電子天平測量磨粒量的方法。中國專利申請?zhí)?8201941.4 (磁應(yīng)變式含鐵 量傳感器，公告日1989年6月21日)則是利用應(yīng)變片測量彈性膜片的位移變化來測量被永磁鐵吸附的鐵 磁性磨粒量。以上儀器的共同優(yōu)點是操作簡單，安裝方便，成本較低。共同的問題是靈敏度低，對小磨損 顆粒和低濃度磨粒量不敏感。另外，市場上利用精密磁力計來檢測油液磨粒量的便攜式儀器已有銷售，這 類儀器測量精度較高，但價格很貴，對小磨粒的測量靈敏度不能令人滿意。以上測量儀器由于測量方法的限制只能檢測油液粘度和磨粒量兩項指標(biāo)中的一項，能夠同時測量油液中鐵 磁性磨粒量和油液粘度的儀器未見報道。由于利用單一測量信息對油液質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行判定在可靠性、準(zhǔn)確 性和實用性方面都存在著不同程度的缺陷，因此能夠同時測量油液中鐵磁性磨粒量和油液粘度的便攜式儀 器在實際應(yīng)用中具有廣闊的市場前景。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種基于壓電敏感器件的便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置。此裝置不 僅可以測量油液粘度變化并進(jìn)行溫度補(bǔ)償，而且可以同時測量油液中的鐵磁性磨粒量，尤其是對小磨粒和 低濃度磨粒具有較高的靈敏度。此外，'本裝置體積小，價格低，現(xiàn)場使用方便，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和趨勢 分析，也可用于在線監(jiān)測，并根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境設(shè)置預(yù)警信號，在機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷方面具有 廣泛的應(yīng)用。本實用新型提出的檢測裝置包括壓電敏感器件、強(qiáng)力磁鐵、油液檢測池、驅(qū)動和檢測電路裝置、微處理 器及數(shù)據(jù)存儲和顯示裝置。其特征在于壓電敏感器件安裝于油液檢測池底部，單面與被測油液接觸，強(qiáng)力 磁鐵安裝于壓電敏感器件后面以吸附油液中的鐵磁性磨粒到壓電敏感器件表面，驅(qū)動和檢測電路裝置與壓 電敏感器件相連以測量壓電敏感器件參數(shù)的變化并將信號輸出到微處理器及數(shù)據(jù)顯示和存儲裝置。本實用新型的測量原理如下壓電敏感器件的諧振或波傳輸參數(shù)對器件表面附著質(zhì)量和所接觸液體的阻尼 變化非常敏感。當(dāng)沒有磁場穿過壓電敏感器件表面時，油液中的鐵磁性磨粒不會附著于壓電敏感器件表面, 測量壓電敏感器件此時的諧振或波傳輸參數(shù)變化，能夠獲得與之接觸的油液粘度變化信息。實際上，此時 壓電敏感器件的諧振或波傳輸參數(shù)的變化反映的是油液粘度與密度乘積的變化。但由于在油液使用過程 中，密度變化很小，壓電敏感器件諧振或波傳輸參數(shù)的變化主要與油液粘度變化相關(guān)。當(dāng)有強(qiáng)磁場穿過壓 電敏感器件表面時，與壓電敏感器件接觸的油液中的鐵磁性磨粒會被該磁場吸引到壓電敏感器件表面，引 起壓電敏感器件的諧振或波傳輸參數(shù)更多變化。因此，測量并比較壓電敏感器件在有磁場和無磁場狀態(tài)下 參數(shù)的變化可以獲得油液中的鐵磁性磨損顆粒量信息。本實用新型所使用的壓電敏感器件包括工作于體聲波、聲表面波、剪切波或超聲波的壓電晶體和壓電陶瓷 傳感器及換能器，其測量參數(shù)包括諧振頻率、幅值、相位、阻抗或波速等單一參數(shù)或多個參數(shù)的組合。壓 電敏感器件可以直接膠粘到油液檢測池底部或通過密封裝置安裝于油液檢測池底部，保證壓電敏感器件只 有一面與油液接觸。本實用新型所使用的強(qiáng)力磁鐵由高磁能積的永磁材料制成或使用電磁鐵裝置，安裝于油液檢測池底部的壓 電敏感器件后面產(chǎn)生磁場。油液檢測池用于盛放被測油液，由非磁性材料如不銹鋼制成。本實用新型的驅(qū)動和檢測電路裝置包括傳感器前置電路和磁鐵控制電路。傳感器前置電路與壓電敏感器件 相連，用于測量壓電敏感器件的參數(shù)變化。磁鐵控制電路按照設(shè)計好的時序控制強(qiáng)力磁鐵產(chǎn)生磁場強(qiáng)度的 變化。使用電磁鐵時，由磁鐵控制電路控制電磁鐵輸入電流以實現(xiàn)對穿過壓電敏慼器件表面的磁場的開關(guān) 控制。采用永磁鐵時，磁鐵控制電路控制永磁鐵與壓電敏感器件的距離和方向以控制穿過敏感器件表面的 磁場強(qiáng)度變化，具體的實現(xiàn)方式包括電機(jī)附加蝸輪蝸桿裝置或電磁推桿裝置等。在某些應(yīng)用領(lǐng)域，也可以 手動改變永磁鐵與壓電敏感器件之間的距離和方向，例如采用嫘桿旋出結(jié)構(gòu)、推桿定位裝置或磁力表座吸 盤類似的調(diào)整方式。本裝置中的微處理器可以使用各種通用單片機(jī)，用于采集測量數(shù)據(jù)并按照程序設(shè)計控制其它電路模塊，還 可比較測量值與預(yù)先設(shè)定的報擎值并發(fā)出報警信號。數(shù)據(jù)存儲裝置采用常用數(shù)據(jù)存儲器，顯示裝置采用常 用的LED或液晶顯示器，測量結(jié)果根據(jù)需要可以在本裝置上顯示并進(jìn)行存儲。由于油液的粘度隨溫度變化 很大，本使用新型在實際應(yīng)用中可以將常用的溫度傳感器集成到油液檢測池中，同時測量油液的溫度，用 以對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。在本裝置中，驅(qū)動和檢測電路裝置、微處理器及數(shù)據(jù)顯示和存儲裝置組成儀器主體，油液檢測池與儀器主 體的連接方式有兩種，第一種是油液檢測池直接集成到儀器主體中，第二種是油液檢測池制成獨立的探頭， 通過電纜與儀器主體相連。
根據(jù)實際應(yīng)用的需要，本實用新型提出的便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置，具有單油液檢測池和 雙油液檢測池兩種結(jié)構(gòu)，并對應(yīng)不同的檢測工作方式。其中(1) 單油液檢測池結(jié)構(gòu)使用一個油液檢測池，該油液檢測池底部裝有一個壓電敏感器件，強(qiáng)力磁鐵安裝 于壓電敏感器件后面以產(chǎn)生磁場。這種結(jié)構(gòu)對應(yīng)的工作方式為測量壓電敏感器件在無磁場狀態(tài)下 的參數(shù)變化量以測定油液粘度的變化,測量壓電敏感器件在有磁場狀態(tài)下的參數(shù)變化量并與無磁場 狀態(tài)下參數(shù)變化量進(jìn)行比較，以測定油液中鐵磁性磨粒量。(2) 雙油液檢測池結(jié)構(gòu)在以上單油液檢測池結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一個參考油液檢測池，用于檢測與被測油 液相同型號的新油的粘度，其底部的壓電敏感器件后面沒有安裝磁鐵。實際應(yīng)用中，在參考油液檢 測池中加入與待測油液一樣型號的新油，在另外一個油液檢測池中加入待測油液，測量兩個油液檢 測池中的壓電敏感器件的參數(shù)變化不僅可以獲得待測油液的磨粒量和粘度，而且能得到待測油液相 對新油的粘度變化量。根據(jù)不同類型油液檢測參數(shù)的要求，參考油液檢測池底部能附加安裝電容傳 感器或光電傳感器等，用于測量被測油液的介電常數(shù)或電導(dǎo)率以及透光度等參數(shù)。這些參數(shù)和油液 的粘度及鐵磁性磨粒量結(jié)合起來，可以更準(zhǔn)確判定被測油液的質(zhì)量狀態(tài)和失效原因。在某些應(yīng)用領(lǐng)域，本檢測裝置可根據(jù)具體情況，單獨作為測量油液粘度或油液粘度變化量或油液中鐵磁性 磨粒量的儀器使用。


附圖1是本實用新型便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置系統(tǒng)組成框圖； 附圖2是本實用新型便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置的工作流程圖；附圖3是本實用新型實施例1具有單油液檢測池的便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖4是本實用新型實施例2具有雙油液檢測池的便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖5是本實用新型實施例3具有獨立探頭式油液檢測池的便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置結(jié)構(gòu) 示意圖；附圖6是本實用新型獨立探頭式油液檢測池結(jié)構(gòu)示意圖；具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不限制本實用新型。附圖l是本實用新型便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置的系統(tǒng)組成框圖，其中l(wèi)是微處理器，2是安裝于測量油液檢測池中的壓電敏感器件，3是溫度傳感器，4是安裝于參考油液檢測池中的壓電敏感器件，
5是驅(qū)動和檢測電路裝置，6是強(qiáng)力磁鐵，7是數(shù)據(jù)顯示裝置，8是數(shù)據(jù)存儲裝置。附圖1中，微處理器1與驅(qū)動和檢測電路裝置5、顯示裝置7和存儲裝置8相連，用于采集測量數(shù)據(jù)并進(jìn)行運 算，同時按照程序設(shè)計控制其它電路模塊包括數(shù)據(jù)顯示和存儲。驅(qū)動和檢測電路裝置5包括傳感器前置電 路和磁鐵控制電路。傳感器前置電路與壓電敏感器件2、 4及溫度傳感器3相連，用于測量壓電敏感器件的 參數(shù)變化和油液溫度。磁鐵控制電路按照設(shè)計好的時序控制強(qiáng)力磁鐵6產(chǎn)生磁場強(qiáng)度的變化。本實用新型便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置的基本工作流程如附圖2所示，以電磁鐵為例說明如 下(1)經(jīng)過標(biāo)定的檢測裝置開機(jī)后首先進(jìn)行自檢，由程序控制依次讀取各傳感器輸出，確定傳感器是否 處于正常工作狀態(tài)。(2 )采用專用油液取樣器抽取定量被測油液樣品，加入油液檢測池中。按相應(yīng)測量功能鍵，測量開始。(3) 微處理器讀取壓電敏感器件和溫度傳感器的輸出，等輸出穩(wěn)定后，存儲傳感器的輸出值。(4) 微處理器控制驅(qū)動和檢測電路裝置給電磁鐵通電，并讀取壓電敏感器件輸出信號變化，待信號穩(wěn) 定或等待某一固定時間后，存儲傳感器輸出信號。.(5 )微處理器控制驅(qū)動和檢測電路裝置給電磁鐵斷電，進(jìn)行運算并由顯示裝置顯示測量結(jié)果。 (6 )按相應(yīng)存儲功能鍵，存儲測量數(shù)據(jù)，清洗油液檢測池。^MM1是本實用新型具有單油液檢測池的實施實例如附圖3所示，7是顯示裝置-以液晶顯示屏為例，9是儀器功能鍵，IO是檢測儀器主體，ll是油液檢 測池。本實施例中油液檢測池底部的壓電敏感器件后面安裝有強(qiáng)力磁鐵，檢測池中加入定量被測油液樣品， 可以測出被測油液的粘度和鐵磁性磨粒量。測得的油液粘度經(jīng)溫度補(bǔ)償可以換算為標(biāo)準(zhǔn)溫度如40° C和 80° C下的粘度。本實施例中，油液檢測池l l與儀器主體l 0集成為一體，優(yōu)點是儀器結(jié)構(gòu)簡單，但在 清洗油液樣品時對儀器的密封性要求較高。^MM1是本實用新型具有雙油液檢測池的實施實例如附圖4所示，ll是盛放被測油液樣品的油液檢測池，該油液檢測池底部的壓電敏感器件后面安裝有強(qiáng)力 磁鐵。12是參考油液檢測池，用于測量與被測油液相同型號的新油的粘度，其底部的壓電敏感器件后面沒 有安裝強(qiáng)力磁鐵。測量兩個油液檢測池中的壓電敏感器件的參數(shù)變化不僅可以獲得待測油液的鐵磁性磨粒 量和粘度，而且能得到待測油液相對新油的粘度變化量。根據(jù)不同類型油液檢溯參數(shù)的要求，參考油液檢 測池l 2的底部能附加安裝電容傳感器或光電傳感器等，用于測量被測油液的介電常數(shù)或電導(dǎo)率以及透光
度等參數(shù)。這些參數(shù)和油液的粘度及鐵磁性磨粒量結(jié)合起來，可以更準(zhǔn)確判定被測油液的質(zhì)量狀態(tài)和失效 原因。^MMA是本實用新型具有獨立探頭式油液檢測池的便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置實施實例如附圖5所示，1 3是獨立探頭式油液檢測池，1 4是電纜。在本實施例中，探頭式油液檢測池通過電纜 1 4與儀器主體連接。本實施例的檢測裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但油液樣品清洗方便且清洗液不會對儀器主體 造成損壞。另外，本實施例的探頭式油液檢測池經(jīng)過簡單結(jié)構(gòu)改變就可以安裝到機(jī)械系統(tǒng)油液回路中實現(xiàn) 在線油液質(zhì)量監(jiān)測。附圖6是實施例3中的獨立探頭式油液檢測池的一種結(jié)構(gòu)示意圖。15是強(qiáng)力電磁鐵，16是探頭式油液檢 測池殼體，17是5MHz工作于剪切波模式的石英晶體諧振器，18是熱敏電阻式溫度傳感器，19是電纜插 頭。油液檢測池殼體16由非磁性材料如不銹鋼制成，石英晶體諧振器17是在一定厚度的圓形石英晶體薄 片兩面真空蒸鍍金屬構(gòu)成，釆用高強(qiáng)度膠將邊緣粘接在油液檢測池殼體16上，保證諧振器只有一面接觸 被測油液。電磁鐵的通斷電由儀器主體中的驅(qū)動和檢測電路通過連接電纜控制。
權(quán)利要求1.一種便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置，包括壓電敏感器件、強(qiáng)力磁鐵、油液檢測池、驅(qū)動和檢測電路裝置、微處理器及數(shù)據(jù)顯示和存儲裝置，其特征在于壓電敏感器件安裝于油液檢測池底部，單面與被測油液接觸，強(qiáng)力磁鐵安裝于壓電敏感器件后面以吸附油液中的鐵磁性磨粒到壓電敏感器件表面，驅(qū)動和檢測電路裝置與壓電敏感器件相連以測量壓電敏感器件參數(shù)的變化并將信號輸出到微處理器及數(shù)據(jù)顯示和存儲裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置，其特征在于所述的油液檢測池包括 單油液檢測池和雙油液檢測池兩種結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置，其特征在于包括油液檢測池集成到 由驅(qū)動和檢測電路裝置、微處理器及數(shù)據(jù)顯示和存儲裝置組成的儀器主體中或油液檢測池制成獨立探 頭，通過電纜與儀器主體相連兩種組合結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置，其特征在于所述的壓電敏感器件為 片狀壓電晶體或壓電陶瓷傳感器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置，其特征在于所述的強(qiáng)力磁鐵是髙磁 能積的永磁材料或是電磁鐵裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置，其特征在于所述的強(qiáng)力磁鐵使用電 磁鐵時擁有電磁鐵控制電路裝置，使用永磁鐵時擁有手動或自動改變永磁鐵與壓電敏感器件之間距離 和方向的裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置，其特征在于所述的油液檢測池底部 能附加安裝其它類型傳感器，如溫度傳感器、電容傳感器和光電傳感器等。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置，其特征在于所述的單油液檢測池 結(jié)構(gòu)使用一個油液檢測池，該油液檢測池底部裝有一個壓電敏感器件，強(qiáng)力磁鐵安裝于壓電敏感器件 后面以產(chǎn)生磁場。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置，其特征在于所述的雙油液檢測池 結(jié)構(gòu)在單油液檢測池結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一個參考油液檢測池，其底部的壓電敏感器件后面沒有安裝強(qiáng) 力磁鐵。
專利摘要一種基于壓電敏感器件的便攜式油液鐵磁性磨粒量和粘度檢測裝置，包括壓電敏感器件、強(qiáng)力磁鐵、油液檢測池、驅(qū)動和檢測電路裝置、微處理器及數(shù)據(jù)顯示和存儲裝置。其特征在于運用壓電敏感器件與油液接觸，利用強(qiáng)力磁鐵控制穿過壓電敏感器件表面的磁場以吸附油液中的鐵磁性磨粒，測量壓電敏感器件在不同磁場強(qiáng)度下的參數(shù)變化以獲得油液粘度和鐵磁性磨粒量變化信息。本裝置可用于現(xiàn)場定量分析油液質(zhì)量狀態(tài)，優(yōu)化換油周期，減少停機(jī)時間，延長設(shè)備使用壽命。
文檔編號G01N15/00GK201034911SQ200720119309
公開日2008年3月12日 申請日期2007年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月5日
發(fā)明者峰 張 申請人:峰 張