一種采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置，其溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械離心模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊和消磁模塊依次連接；所述溫控模塊的一端設(shè)有油液入口；所述機(jī)械離心模塊具體為旋流離心模塊。本發(fā)明引入基于電容邊緣效應(yīng)的相鄰電容傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)磨損微粒非侵入、無約束監(jiān)測(cè)；通過磁化、機(jī)械離心使油液中的磨損微粒磁化、聚合成大顆粒并運(yùn)動(dòng)到管壁附近并被吸附模塊吸附，以提高相鄰電容傳感器的輸出監(jiān)測(cè)信號(hào)強(qiáng)度；通過溫控模塊及合理設(shè)計(jì)相鄰電容傳感器極板層結(jié)構(gòu)，抑制噪聲并最優(yōu)化相鄰電容傳感器監(jiān)測(cè)裝置的整體性能。
【專利說明】一種采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種液壓管路油液中的磨損微粒在線監(jiān)測(cè)裝置，具體涉及一種采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置，屬于液壓系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
[0002]
【【背景技術(shù)】】
液壓系統(tǒng)油液中的磨損微粒不但可以使運(yùn)動(dòng)副產(chǎn)生磨粒磨損而且可以使運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受阻而導(dǎo)致控制部件動(dòng)作失靈。國內(nèi)外的資料統(tǒng)計(jì)表明，液壓機(jī)械70%故障源自油液的顆粒污染。因此，對(duì)油液中的磨損微粒進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)已成為減少磨損及液壓系統(tǒng)故障的重要途徑之一。
[0003]電容傳感器因其制作方便、成本低廉而被應(yīng)用于機(jī)器油液的污染監(jiān)測(cè)。專利文獻(xiàn)I(中國發(fā)明專利授權(quán)公告號(hào)CN101435788B)公開了一種基于介電常數(shù)測(cè)量的在線油液監(jiān)測(cè)傳感器及其系統(tǒng)，該發(fā)明的傳感器包括支座及其固定在內(nèi)部的三根極柱，三根極柱構(gòu)成了差動(dòng)式圓柱電容，能監(jiān)測(cè)傳感器電容值的微小變化，從而反推油液介電常數(shù)的微小變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)油液污染度的實(shí)施監(jiān)測(cè)。該監(jiān)測(cè)方法中的傳感器極柱浸入到油液中，造成了油液流態(tài)的改變，影響了測(cè)量精度;油液在傳感器極柱表面會(huì)形成沉積油膜，不僅造成測(cè)量精度下降，同時(shí)還帶來傳感器清洗問題。
[0004]文獻(xiàn)2(趙新澤等，武漢水利電力大學(xué)(宜昌)學(xué)報(bào)，1999(3))公開了一種油液污染監(jiān)測(cè)用電容傳感器探頭，該探頭由一圓筒玻璃管與緊貼該管外壁的兩半圓形電極組成，其實(shí)質(zhì)為平行板電容傳感器。該電容傳感器激勵(lì)極板與接收極板間距受液壓管道直徑約束，由于液壓管道直徑相對(duì)較大，該傳感器靈敏度不夠理想。
[0005]因此，為解決上述技術(shù)問題，確有必要提供一種創(chuàng)新的采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的所述缺陷。
[0006]
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置，其采用非侵入的測(cè)量方式、對(duì)被測(cè)量的無約束性、監(jiān)測(cè)信號(hào)強(qiáng)且靈敏度高、低成本、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置，其包括溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械離心模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊以及消磁模塊;其中，所述溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械離心模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊和消磁模塊依次連接;所述溫控模塊的一端設(shè)有油液入口 ；所述機(jī)械離心模塊具體為旋流離心模塊;所述旋流離心模塊包括旋流管壁、第一導(dǎo)流片、第二導(dǎo)流片、步進(jìn)電機(jī)以及流量傳感器;其中，所述第一導(dǎo)流片設(shè)有3片，該3片第一導(dǎo)流片沿管壁內(nèi)圓周隔120°均勻分布，其安放角設(shè)為18°;所述第二導(dǎo)流片和第一導(dǎo)流片結(jié)構(gòu)相同，其設(shè)置在第一導(dǎo)流片后，并和第一導(dǎo)流片錯(cuò)開60°連接在管壁內(nèi)，其安放角設(shè)為36°C;所述第一導(dǎo)流片的長邊與管壁相連，短邊沿管壁的軸線延伸；其前緣挫成鈍形，后緣加工成翼形，其高度為管壁直徑的0.4倍，長度為管壁直徑的1.8倍;所述步進(jìn)電機(jī)連接并驅(qū)動(dòng)第一導(dǎo)流片和第二導(dǎo)流片，以調(diào)節(jié)安放角;所述流量傳感器設(shè)置在管壁內(nèi)的中央。
[0008]本發(fā)明的采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)一步設(shè)置為:所述溫控模塊包括加熱器、冷卻器和溫度傳感器;所述加熱器采用帶溫度檢測(cè)的重慶金鴻的潤滑油加熱器;所述冷卻器選用表面蒸發(fā)式空冷器，冷卻器的翅片管選KLM型翅片管;溫度傳感器采用鉑電阻溫度傳感器。
[0009]本發(fā)明的采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)一步設(shè)置為:所述磁化模塊包括鋁質(zhì)管道、若干繞組、鐵質(zhì)外殼、法蘭以及若干磁化電流輸出模塊;其中，所述若干繞組分別繞在鋁質(zhì)管道外，各繞組由正繞組和逆繞組組成，正繞組和逆繞組內(nèi)的電流大小相等;所述鐵質(zhì)外殼包覆于鋁質(zhì)管道上;所述法蘭焊接在鋁質(zhì)管道的兩端;每一磁化電流輸出模塊連接至一繞組。
[0010]本發(fā)明的采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)一步設(shè)置為:所述吸附模塊采用同極相鄰型吸附環(huán);所述同極相鄰型吸附環(huán)包括鋁質(zhì)環(huán)形管道、正向螺線管、反向螺線管以及鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽；所述正向螺線管和反向螺線管分別布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管和反向螺線管相鄰處產(chǎn)生同性磁極;所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道的內(nèi)壁上，其位于正向螺線管和反向螺線管相鄰處、以及正向螺線管和反向螺線管軸線的中間點(diǎn)。
[0011]本發(fā)明的采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)一步設(shè)置為:所述吸附模塊采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán);所述帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)包括鋁質(zhì)環(huán)形管道、正向螺線管、反向螺線管、鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽、隔板、電擊錘以及電磁鐵;所述正向螺線管和反向螺線管分別布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管和反向螺線管相鄰處產(chǎn)生同性磁極;所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道的內(nèi)壁上，其位于正向螺線管和反向螺線管相鄰處、以及正向螺線管和反向螺線管軸線的中間點(diǎn)；所述隔板位于正向螺線管和反向螺線管之間；所述電擊錘和電磁鐵位于隔板之間；所述電磁鐵連接并能推動(dòng)電擊錘，使電擊錘敲擊鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)壁。
[0012]本發(fā)明的采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)一步設(shè)置為:所述相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊包括有機(jī)玻璃內(nèi)壁、接地屏蔽層、接收極板、激勵(lì)極板以及外壁；其中，所述機(jī)玻璃內(nèi)壁、接地屏蔽層和外壁呈管狀結(jié)構(gòu)，并依次自內(nèi)而外設(shè)置;所述機(jī)玻璃內(nèi)壁的厚度為0.5mm，介電常數(shù)為2.5;所述接地屏蔽層的介電常數(shù)為1.5-2.5，厚度為外壁厚度的I到2倍;所述接收極板、激勵(lì)極板嵌設(shè)在接地屏蔽層上，并位于機(jī)玻璃內(nèi)壁外側(cè);所述接收極板、激勵(lì)極板均采用皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)極板層，兩者之間設(shè)有隔離層;所述隔離層的寬度為有機(jī)玻璃內(nèi)壁厚度的0.8-1倍。
[0013]本發(fā)明的采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)一步設(shè)置為:所述消磁模塊的一端設(shè)有油液出口，其由剩磁傳感器和消磁器組成。
[0014]本發(fā)明的采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置還設(shè)置為:其包括一 ECU，所述剩磁傳感器、消磁器、加熱器、冷卻器、溫度傳感器、磁化電流輸出模塊、機(jī)械離心模塊、吸附模塊和相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊均電性連接至ECU上。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
1.本發(fā)明的多對(duì)正逆線圈結(jié)構(gòu)的磁化模塊，線圈電流可在線數(shù)字設(shè)定，以產(chǎn)生磁化需要的非均勻磁場(chǎng)，使油液中的磨損微粒強(qiáng)力磁化并聚合成大顆粒，同時(shí)使膠質(zhì)顆粒分解消融并抑制氣泡生長;機(jī)械離心模塊使磁化微?！胺蛛x”并向腔壁運(yùn)動(dòng);通過吸附模塊捕獲管壁表面磁化聚合大顆粒。
[0016]2.在液壓管路磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置中引入基于電容邊緣效應(yīng)的相鄰電容傳感器，通過將磨損微粒磁化、聚合成大顆粒并離心吸附到管壁以提高顆粒濃度，增加管壁表面油液的介電常數(shù)，極大提高了傳感器輸出信號(hào)強(qiáng)度并巧妙解決了信號(hào)強(qiáng)度和穿透深度指標(biāo)沖突的矛盾。
[0017]3.在極板層設(shè)計(jì)中引入了有效邊緣長且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)。該皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)極板層中，激勵(lì)極板、接收極板和隔離極板組成的曲線能遍歷正方形極板層中所有的點(diǎn)，得到一條充滿整個(gè)正方形極板層空間的曲線。在極板層面積固定的情況下，該結(jié)構(gòu)具有最長有效邊緣、最大極板面積和最復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以此來獲得最佳信號(hào)強(qiáng)度。
[0018]4.溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械離心模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊相結(jié)合的液壓管路磨損微粒監(jiān)測(cè)技術(shù)路線，既保證了監(jiān)測(cè)可靠性，同時(shí)又使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體性能最優(yōu)。
[0019]
【【附圖說明】】
圖1是本發(fā)明的采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是圖1中的磁化模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖3是圖2中的磁化線圈的結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖4是圖2中的磁化電流輸出模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖5-1是圖1中的旋流離心模塊的橫向示意圖。
[0024]圖5-2是圖1中的旋流離心模塊的徑向示意圖。
[0025]圖6是圖1中的吸附裝置為同極相鄰型吸附環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖7是圖1中的吸附裝置為帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖8-1是圖1中的相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊的徑向半剖圖。
[0028]圖8-2是圖1中的相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊的橫向剖面圖。
[0029]圖8-3是圖8-1中的接收極板和激勵(lì)極板的示意圖。
[0030]圖8-4是圖8-3中A處的局部放大圖。
[0031]圖9是E⑶的連接示意圖。
[0032]
【【具體實(shí)施方式】】
請(qǐng)參閱說明書附圖1至附圖9所示，本發(fā)明為一種采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置，其由溫控模塊1、磁化模塊2、機(jī)械離心模塊3、吸附模塊5、相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊6、消磁模塊7以及ECUlO等幾部分組成。其中，所述溫控模塊1、磁化模塊2、機(jī)械離心模塊3、吸附模塊5、相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊6和消磁模塊7依次連接。
[0033]所述溫控模塊I的一端設(shè)有油液入口8，用于將液壓油輸人裝置，其由加熱器、冷卻器和溫度傳感器組成。該溫控模塊I主要目的是為磁化裝置提供最佳的磁化溫度約42°C。同時(shí)，溫度作為最主要的環(huán)境噪聲，不同的溫度會(huì)導(dǎo)致液壓管路中的油液介電常數(shù)發(fā)生顯著變化，保持溫度恒定即可避免相鄰電容傳感器受溫度噪聲的影響。
[0034]所述加熱器為電加熱器，可采用本身帶溫度檢測(cè)的重慶金鴻的潤滑油加熱器。冷卻器可選用表面蒸發(fā)式空冷器，兼有水冷和空冷的優(yōu)點(diǎn)，散熱效果好，采用光管，流體阻力小;冷卻器翅片類型為高翅，翅片管選KLM型翅片管，傳熱性能好，接觸熱阻小，翅片與管子接觸面積大，貼合緊密，牢固，承受冷熱急變能力佳，翅片根部抗大氣腐蝕性能高;空冷器的管排數(shù)最優(yōu)為8 ο溫度傳感器采用鉑電阻溫度傳感器。
[0035]所述磁化裝置2能將油液中攜帶的磨損微粒的強(qiáng)力磁化，并使微米級(jí)的磨損微粒聚合成大顆粒，可提高相鄰電容傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng)度。同時(shí)，由電磁學(xué)理論可知，磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，對(duì)鐵磁性顆粒的吸引力也就越大，大尺寸的鐵微粒移動(dòng)速度比小尺寸的鐵微?？斓枚啵瑢⒛p微粒聚合成大顆粒也便于后續(xù)分離。
[0036]油液中攜帶的膠質(zhì)顆粒和氣泡的介電常數(shù)和液壓油以及磨損顆粒的介電常數(shù)都不相同，為了避免對(duì)后面的相鄰電容傳感器監(jiān)測(cè)造成影響，需要設(shè)計(jì)非均勻磁場(chǎng)分解或去除膠質(zhì)顆粒和氣泡。
[0037]根據(jù)磁場(chǎng)使分子取向排列論，當(dāng)油液流過磁場(chǎng)時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)油液中的膠質(zhì)顆粒的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，使得膠質(zhì)顆粒在管路中作有序流動(dòng)，減少了膠質(zhì)顆粒的相互連接，從而起到分離膠質(zhì)顆粒的降粘作用。同時(shí)，磁化的顆粒之間存在著內(nèi)聚力，此力限制了氣泡的形成和長大。無氣泡時(shí)油液中的磁力線分布均勻，處于磁穩(wěn)狀態(tài)。當(dāng)油液中有氣泡時(shí)，氣泡局部的磁力線發(fā)生彎由，彎曲的磁力線有恢復(fù)成原來均勻、平行、穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢(shì)，因而產(chǎn)生指向氣泡中心的磁張力，此力能限制氣泡的長大。
[0038]但磁場(chǎng)太強(qiáng)或太弱都很難取得好的磁處理效果。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度在某一值附近時(shí)，磁處理具有最佳效果。同樣，溫度太高和太低降粘效果都不好。液壓油中的膠質(zhì)顆粒的分解降粘需要一定的溫度和磁場(chǎng)強(qiáng)度，典型值為磁場(chǎng)強(qiáng)度在200mT左右，溫度約42°C。設(shè)計(jì)非均勻磁場(chǎng)時(shí)要考慮到磁場(chǎng)的邊緣效應(yīng)所造成的影響，磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)設(shè)計(jì)為在油液流入的一端較強(qiáng)，而在油液流出的一端較弱，滿足油液流出端，降低磁場(chǎng)、減輕邊緣效應(yīng)影響的要求，同時(shí)保證在油液的流入端的磁化效果。
[0039]本發(fā)明的磁化裝置由鋁質(zhì)管道21、若干繞組22、鐵質(zhì)外殼23、法蘭24以及若干磁化電流輸出模塊25組成。其中，所述鋁質(zhì)管道21使油液從其中流過而受到磁化處理，且鋁的磁導(dǎo)率很低，可以使管道21中獲得較高的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
[0040]所述若干繞組22分別繞在鋁質(zhì)管道21外，由直徑為1.0mm左右的銅絲涂覆絕緣漆制成。各繞組22都是相互獨(dú)立設(shè)置的，分別由相應(yīng)的磁化電流輸出模塊25控制，其中電流根據(jù)系統(tǒng)需要各不相同。由于每圈繞組22相互獨(dú)立，其引出端會(huì)造成該線圈組成的電流環(huán)不是真正的“圓”，而是有個(gè)缺口，這會(huì)造成鋁質(zhì)管道21內(nèi)磁場(chǎng)的徑向分布不均勻，從而影響磁化效果。為解決此問題，本創(chuàng)作的每圈繞組22都由正繞組26和逆繞組27組成，目的是為了產(chǎn)生同極性方向的磁場(chǎng)并同時(shí)彌補(bǔ)缺口造成的磁場(chǎng)不均衡。正繞組和逆繞組內(nèi)的電流大小相等。在鋁質(zhì)管道21軸線方向上排列有多對(duì)正逆繞組，通過不同的電流，用以形成前述要求的非均勾磁場(chǎng)。
[0041]所述鐵質(zhì)外殼23包覆于鋁質(zhì)管道21上，鐵質(zhì)的材料會(huì)屏蔽掉大部分的磁通。所述法蘭24焊接在鋁質(zhì)管道21的兩端。
[0042]每一磁化電流輸出模塊25連接至一繞組22，并由ECUlO控制，其利用數(shù)字電位計(jì)具有和ECUlO實(shí)時(shí)通訊并實(shí)時(shí)修改阻值的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)非均勻磁場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制。所述磁化電流輸出模塊25使用的數(shù)字電位計(jì)為AD5206，具有6通道的輸出，可以和ECU之間實(shí)現(xiàn)單總線數(shù)據(jù)傳輸。ECU通過單總線實(shí)現(xiàn)對(duì)磁化繞組的多塊磁化電流輸出模塊的電流設(shè)定和恒定輸出。運(yùn)放AD8601和MOS管2N7002通過負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)了高精度的電壓跟隨輸出。恒定大電流輸出采用了德州儀器(TI)的高電壓、大電流的運(yùn)放OPA 549。
[0043]請(qǐng)參閱說明書附圖5-1至附圖5-2所示，所述離心模塊3使油液在離心作用下，質(zhì)量較大的磁化顆粒被甩向腔壁，而油液中的氣泡則在離心力作用下移向管道的中心軸線處，其選用旋流離心模塊3。
[0044]所述旋流離心模塊3采用沿程起旋的方式，其設(shè)計(jì)原理如下:在管道中設(shè)置一定高度和長度的扭曲的導(dǎo)流片，并使葉面切線與軸線成一定角度，因管流邊界發(fā)生改變可使流體產(chǎn)生圓管螺旋流，該螺旋流可分解為繞管軸的周向流動(dòng)和軸向平直流動(dòng)，流體中攜帶的顆粒物產(chǎn)生偏軸線向心螺旋運(yùn)動(dòng)。該旋流離心模塊3由旋流管壁31、第一導(dǎo)流片32、第二導(dǎo)流片33、步進(jìn)電機(jī)34以及流量傳感器35等幾部分組成，所述步進(jìn)電機(jī)34和流量傳感器35電性連接至E⑶I O。
[0045]其中，所述第一導(dǎo)流片32設(shè)有3片，該3片第一導(dǎo)流片32沿管壁31內(nèi)圓周隔120°均勻分布，其安放角(第一導(dǎo)流片32和旋流管壁31之間的夾角)設(shè)為18°，以保證最佳切向流動(dòng)。所述第二導(dǎo)流片33和第一導(dǎo)流片32結(jié)構(gòu)相同，其設(shè)置在第一導(dǎo)流片32后，并和第一導(dǎo)流片32錯(cuò)開60°連接在管壁31內(nèi)，其安放角設(shè)為36°C，用于減少阻力并加大周向流動(dòng)的強(qiáng)度。另外，可根據(jù)實(shí)際分離效果同樣再設(shè)置第三或更多的導(dǎo)流片，安放角逐次增加。所述步進(jìn)電機(jī)34連接并驅(qū)動(dòng)第一導(dǎo)流片32和第二導(dǎo)流片33，以調(diào)節(jié)安放角，從而可獲得更好的離心效果，獲知使導(dǎo)流片32、33適應(yīng)不同的工況。所述流量傳感器35設(shè)置在管壁31內(nèi)的中央，E⑶10通過讀取流量傳感器35的數(shù)值分析旋流分離效果，并據(jù)此控制步進(jìn)電機(jī)34，步進(jìn)電機(jī)34調(diào)節(jié)各導(dǎo)流片32、33的安放角，以獲得更加分離效果。
[0046]進(jìn)一步的，所述第一導(dǎo)流片32的長邊與管壁31相連，短邊33沿管壁31的軸線延伸；為減小阻力，其前緣挫成鈍形；為避免繞流，后緣加工成翼形；其高度為管壁31直徑的0.4倍，使形成的螺旋流具有較大的強(qiáng)度;長度為管壁31直徑的1.8倍，以保證較大的對(duì)油液的作用范圍。
[0047]所述吸附模塊5用于吸附經(jīng)離心模塊3離心后聚集在管壁附近的磁化聚合大微粒。請(qǐng)參閱說明書附圖6所示，所述吸附模塊5采用同極相鄰型吸附環(huán)時(shí)，該同極相鄰型吸附環(huán)由鋁質(zhì)環(huán)形管道51、正向螺線管52、反向螺線管53以及鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽54等部件組成。其中，所述正向螺線管52和反向螺線管53分別布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道51內(nèi)并由ECUlO控制，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管52和反向螺線管53相鄰處產(chǎn)生同性磁極。所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽54布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道51的內(nèi)壁上，其位于正向螺線管52和反向螺線管53相鄰處、以及正向螺線管52和反向螺線管53軸線的中間點(diǎn)。
[0048]所述同極相鄰型吸附環(huán)的設(shè)計(jì)原理如下:吸附環(huán)內(nèi)部有多個(gè)帶鐵芯的通電螺線管，相鄰的螺線管線圈通有方向相反的電流，使得正向螺線管和反向螺線管相鄰處產(chǎn)生同性磁極。同時(shí)，正向螺線管和反向螺線管相鄰處、以及正向螺線管和反向螺線管軸線中間點(diǎn)的吸附環(huán)內(nèi)壁處設(shè)有鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽，呈條狀和吸附環(huán)軸線平行，吸附環(huán)的外殼為順磁性鋁質(zhì)外管壁，這種設(shè)置有利于改善磁路，加大吸附環(huán)內(nèi)壁處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，增強(qiáng)對(duì)顆粒的捕獲吸附能力。各螺線管電流由ECU直接控制，可根據(jù)顆粒的粒徑大小和濃度不同而變化，以獲得最佳吸附性能。吸附完成后，ECU控制電磁鐵斷電，順磁性鋁質(zhì)管道失去磁性，附著在管道內(nèi)壁上磁性聚合大顆粒隨油液沿管壁進(jìn)入相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊。
[0049]進(jìn)一步的，所述吸附裝置5也可采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)，如附圖7所示，該帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)由鋁質(zhì)環(huán)形管道51、正向螺線管52、反向螺線管53、鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽54、隔板55、電擊錘56以及電磁鐵57等部件組成。其中，所述正向螺線管52和反向螺線管53分別布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道51內(nèi)并由ECUlO控制，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管52和反向螺線管53相鄰處產(chǎn)生同性磁極。所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽54布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道51的內(nèi)壁上，其位于正向螺線管52和反向螺線管53相鄰處、以及正向螺線管52和反向螺線管53軸線的中間點(diǎn)。所述電擊錘56和電磁鐵57位于隔板55之間。所述電磁鐵57連接并能推動(dòng)電擊錘56，使電擊錘56敲擊鋁質(zhì)環(huán)形管道52內(nèi)壁。所述ECUlO電性連接并控制正向螺線管52、反向螺線管53和電磁鐵57。
[0050]所述帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)的設(shè)計(jì)原理如下:吸附環(huán)內(nèi)部有多個(gè)帶鐵芯的通電螺線管，相鄰的螺線管線圈通有方向相反的電流，使得正向螺線管和反向螺線管相鄰處產(chǎn)生同性磁極。同時(shí)，正向螺線管和反向螺線管相鄰處、以及正向螺線管和反向螺線管軸線中間點(diǎn)的吸附環(huán)內(nèi)壁處設(shè)有鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽，呈條狀和吸附環(huán)軸線平行，吸附環(huán)的外殼為順磁性鋁質(zhì)外管壁，這種設(shè)置有利于改善磁路，加大吸附環(huán)內(nèi)壁處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，增強(qiáng)對(duì)顆粒的捕獲吸附能力。各螺線管電流由ECU直接控制，可根據(jù)顆粒的粒徑大小和濃度不同而變化，以獲得最佳吸附性能。相鄰螺線管之間還設(shè)有由電磁鐵控制的電錘，兩端通過隔板和螺線管磁隔離。這一電擊錘的設(shè)置用于防止顆粒在鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽處大量堆積，影響吸附效果。此時(shí)，通過電磁鐵控制電錘敲擊吸附環(huán)的內(nèi)壁，使得被吸附的顆粒向兩側(cè)分散開。同時(shí)，在清洗吸附環(huán)時(shí)，電擊錘的敲擊還可以提高清洗效果。吸附完成后，通過電磁鐵控制電錘敲擊吸附環(huán)的內(nèi)壁，使得被吸附的顆粒向兩側(cè)分散開，隨后ECU控制電磁鐵斷電，順磁性鋁質(zhì)管道失去磁性，附著在管道內(nèi)壁上磁性聚合大顆粒隨油液沿管壁進(jìn)入相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊。
[0051]請(qǐng)參閱說明書附圖8-1至附圖8-4所示，所述相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊6在線監(jiān)測(cè)液壓管路中磨損微粒狀況。所述相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊6由有機(jī)玻璃內(nèi)壁61、接地屏蔽層62、接收極板63、激勵(lì)極板64以及外壁65等幾部分組成。其中，所述機(jī)玻璃內(nèi)壁61、接地屏蔽層62和外壁65呈管狀結(jié)構(gòu)，并依次自內(nèi)而外設(shè)置。
[0052]所述機(jī)玻璃內(nèi)壁61的厚度為0.5mm，介電常數(shù)為2.5 (液壓油的介電常數(shù)約2.1左右)，和液壓油的介電常數(shù)接近，因此邊緣電容為固定值；當(dāng)有機(jī)玻璃內(nèi)壁表面堆滿磁化聚合大顆粒時(shí)，磁化聚合大顆粒、液壓油與有機(jī)玻璃內(nèi)壁形成混合電介質(zhì)，對(duì)傳感器邊緣電容共同作用，磁化聚合大顆粒的介電常數(shù)通常大于10，是液壓油和有機(jī)玻璃內(nèi)壁的介電常數(shù)的數(shù)倍，足夠引起電容傳感器邊緣電容的明顯變化，因此可利用相鄰電容傳感器電容值的變化，從而反推油液介電常數(shù)的微小變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)磨損微粒的實(shí)施監(jiān)測(cè)。
[0053]基于電容邊緣效應(yīng)的相鄰電容傳感器性能主要取決于穿透深度(電場(chǎng)線的穿透深度)、信號(hào)強(qiáng)度(電容值的大小)以及噪聲抑制、測(cè)量靈敏度(對(duì)電壓變化或電場(chǎng)變化的靈敏度)和傳感器的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍?，F(xiàn)有的相鄰電容傳感器測(cè)量得到的電容值很微弱，通常為PF級(jí)甚至更小，對(duì)金屬微粒等低介電常數(shù)的介質(zhì)的測(cè)量效果則更差，因此提升傳感器輸出信號(hào)強(qiáng)度尤為關(guān)鍵。同時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度和穿透深度兩個(gè)指標(biāo)是相互沖突的，這也是該傳感器性能提升難點(diǎn)。
[0054]相鄰電容傳感器信號(hào)強(qiáng)度與傳感器極板面積，極板間距，以及傳感器與待測(cè)物體間的距離，待測(cè)物的介電常數(shù)都有著很大的關(guān)系。經(jīng)磁化聚合、離心和吸附處理的磨損微粒在有機(jī)玻璃內(nèi)壁表面聚集，顆粒數(shù)量的增加導(dǎo)致油液介電常數(shù)的增大，顆粒聚合帶來的粒徑增大也使得油液介電常數(shù)的增大，同時(shí)磁化也有增加介電常數(shù)的功能，三者同時(shí)作用，大大加強(qiáng)了信號(hào)強(qiáng)度;而又由于顆粒緊貼有機(jī)玻璃內(nèi)壁表面，對(duì)穿透深度要求幾乎為零，也解決了指標(biāo)沖關(guān)冋題。
[0055]由于相鄰電容傳感器輸出信號(hào)強(qiáng)度非常微弱，噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響顯著。通常噪聲主要來源于兩方面，傳感器自身的噪聲和環(huán)境噪聲。為此設(shè)計(jì)了接地屏蔽層來降低傳感器自身噪聲，接地屏蔽層62的介電常數(shù)為1.5-2.5，屏蔽層厚度為相鄰電容傳感器外壁65厚度的I到2倍之間為佳，以保證測(cè)量靈敏度。
[0056]所述接收極板63、激勵(lì)極板64嵌設(shè)在接地屏蔽層62上，并位于機(jī)玻璃內(nèi)壁61外側(cè)，兩者之間形成間隙磁場(chǎng)66，用于檢測(cè)聚合顆粒67。所述接收極板63、激勵(lì)極板64均采用有效邊緣長且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)極板層。該皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)極板層中，激勵(lì)極板63、接收極板64組成的曲線能遍歷正方形極板層中所有的點(diǎn)，得到一條充滿整個(gè)正方形極板層空間的曲線。在極板層面積固定的情況下，該結(jié)構(gòu)具有最長有效邊緣、最大極板面積和最復(fù)雜結(jié)構(gòu)，增加了有效極板面積與極板邊緣，增加了傳感器邊緣電容值，降低了對(duì)外部接口電路靈敏度的要求。由此可獲得最佳信號(hào)強(qiáng)度，傳感器激勵(lì)極板與接收極板采用弧形邊緣也避免了極板拐角處的高靈敏性與不穩(wěn)定性。進(jìn)一步的，所述接收極板63、激勵(lì)極板64兩者之間設(shè)有隔離層69;所述隔離層69的寬度為有機(jī)玻璃內(nèi)壁厚度的0.8-1倍，其能有效的將接收極板63、激勵(lì)極板64隔離。
[0057]所述消磁模塊7的一端設(shè)有油液出口9，其由剩磁傳感器和消磁器組成。由于磁滯現(xiàn)象的存在，當(dāng)鐵磁材料磁化到飽和狀態(tài)后，即使撤消外加磁場(chǎng)，材料中的磁感應(yīng)強(qiáng)度仍回不到零點(diǎn)，需要外加磁場(chǎng)消磁。為了防止磁化微粒進(jìn)入液壓回路，對(duì)污染敏感液壓元件造成損傷，所述消磁模塊7根據(jù)消磁器出口處剩磁傳感器的檢測(cè)值控制消磁器的消磁強(qiáng)度。此處采用的消磁方法為電磁退磁，方法是通過加一適當(dāng)?shù)姆聪虼艌?chǎng)，使得材料中的磁感應(yīng)強(qiáng)度重新回到零點(diǎn)，且磁場(chǎng)強(qiáng)度或電流必須按順序反轉(zhuǎn)和逐步降低。
[0058]請(qǐng)參閱說明書附圖9所示，所述磨損微粒在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)一步包括所述ECU10，其可選擇Microchip公司的PIC16F877。所述剩磁傳感器、消磁器、加熱器、冷卻器、溫度傳感器、磁化電流輸出模塊25、機(jī)械離心模塊3、吸附模塊5、相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊6均電性連接至E⑶上，并受E⑶控制。
[0059]采用上述磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置對(duì)液壓有中的磨損微粒監(jiān)測(cè)包括如下方法:
1)，液壓管路中的油液攜帶磨損微粒通過溫控模塊I，通過溫控模塊I控制油液溫度恒定在42°c;
2)，磁化模塊2將油液中攜帶的磨損微粒的強(qiáng)力磁化，使微米級(jí)的磨損微粒聚合成大顆粒；
3)，磁化聚合顆粒在機(jī)械離心模塊3中進(jìn)行離心，使顆粒聚集在管壁附近；
4)，吸附模塊5吸附經(jīng)機(jī)械離心模塊3離心后聚集在管壁附近的磁化聚合大微粒；
5)，通過相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊6在線監(jiān)測(cè)液壓管路中磨損微粒狀況；
6)，消磁模塊7給磁化顆粒消磁，防止磁化微粒進(jìn)入液壓回路，對(duì)污染敏感液壓元件造成損傷。
[0060]以上的【具體實(shí)施方式】僅為本創(chuàng)作的較佳實(shí)施例，并不用以限制本創(chuàng)作，凡在本創(chuàng)作的精神及原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本創(chuàng)作的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:包括溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械離心模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊以及消磁模塊;其中，所述溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械離心模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊和消磁模塊依次連接;所述溫控模塊的一端設(shè)有油液入口 ；所述機(jī)械離心模塊具體為旋流離心模塊;所述旋流離心模塊包括旋流管壁、第一導(dǎo)流片、第二導(dǎo)流片、步進(jìn)電機(jī)以及流量傳感器;其中，所述第一導(dǎo)流片設(shè)有3片，該3片第一導(dǎo)流片沿管壁內(nèi)圓周隔120°均勻分布，其安放角設(shè)為18°;所述第二導(dǎo)流片和第一導(dǎo)流片結(jié)構(gòu)相同，其設(shè)置在第一導(dǎo)流片后，并和第一導(dǎo)流片錯(cuò)開60°連接在管壁內(nèi)，其安放角設(shè)為36°C ;所述第一導(dǎo)流片的長邊與管壁相連，短邊沿管壁的軸線延伸;其前緣挫成鈍形，后緣加工成翼形，其高度為管壁直徑的0.4倍，長度為管壁直徑的1.8倍;所述步進(jìn)電機(jī)連接并驅(qū)動(dòng)第一導(dǎo)流片和第二導(dǎo)流片，以調(diào)節(jié)安放角;所述流量傳感器設(shè)置在管壁內(nèi)的中央。2.如權(quán)利要求1所述的采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述溫控模塊包括加熱器、冷卻器和溫度傳感器;所述加熱器采用帶溫度檢測(cè)的重慶金鴻的潤滑油加熱器;所述冷卻器選用表面蒸發(fā)式空冷器，冷卻器的翅片管選KLM型翅片管；溫度傳感器采用鉑電阻溫度傳感器。3.如權(quán)利要求1所述的采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述磁化模塊包括鋁質(zhì)管道、若干繞組、鐵質(zhì)外殼、法蘭以及若干磁化電流輸出模塊;其中，所述若干繞組分別繞在鋁質(zhì)管道外，各繞組由正繞組和逆繞組組成，正繞組和逆繞組內(nèi)的電流大小相等;所述鐵質(zhì)外殼包覆于鋁質(zhì)管道上;所述法蘭焊接在鋁質(zhì)管道的兩端;每一磁化電流輸出模塊連接至一繞組。4.如權(quán)利要求1所述的采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述吸附模塊采用同極相鄰型吸附環(huán);所述同極相鄰型吸附環(huán)包括鋁質(zhì)環(huán)形管道、正向螺線管、反向螺線管以及鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽；所述正向螺線管和反向螺線管分別布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管和反向螺線管相鄰處產(chǎn)生同性磁極;所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道的內(nèi)壁上，其位于正向螺線管和反向螺線管相鄰處、以及正向螺線管和反向螺線管軸線的中間點(diǎn)。5.如權(quán)利要求1所述的采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述吸附模塊采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán);所述帶電擊錘的同極相鄰型吸附環(huán)包括鋁質(zhì)環(huán)形管道、正向螺線管、反向螺線管、鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽、隔板、電擊錘以及電磁鐵;所述正向螺線管和反向螺線管分別布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管和反向螺線管相鄰處產(chǎn)生同性磁極;所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道的內(nèi)壁上，其位于正向螺線管和反向螺線管相鄰處、以及正向螺線管和反向螺線管軸線的中間點(diǎn)；所述隔板位于正向螺線管和反向螺線管之間；所述電擊錘和電磁鐵位于隔板之間；所述電磁鐵連接并能推動(dòng)電擊錘，使電擊錘敲擊鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)壁。6.如權(quán)利要求1所述的采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊包括有機(jī)玻璃內(nèi)壁、接地屏蔽層、接收極板、激勵(lì)極板以及外壁;其中，所述機(jī)玻璃內(nèi)壁、接地屏蔽層和外壁呈管狀結(jié)構(gòu)，并依次自內(nèi)而外設(shè)置;所述機(jī)玻璃內(nèi)壁的厚度為0.5mm，介電常數(shù)為2.5;所述接地屏蔽層的介電常數(shù)為1.5-2.5，厚度為外壁厚度的I到2倍;所述接收極板、激勵(lì)極板嵌設(shè)在接地屏蔽層上，并位于機(jī)玻璃內(nèi)壁外側(cè);所述接收極板、激勵(lì)極板均采用皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)極板層，兩者之間設(shè)有隔離層;所述隔離層的寬度為有機(jī)玻璃內(nèi)壁厚度的0.8-1倍。7.如權(quán)利要求1所述的采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述消磁模塊的一端設(shè)有油液出口，其由剩磁傳感器和消磁器組成。8.如權(quán)利要求1所述的采用溫控、旋流離心和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:其進(jìn)一步包括一 ECU，所述剩磁傳感器、消磁器、加熱器、冷卻器、溫度傳感器、磁化電流輸出模塊、機(jī)械離心模塊、吸附模塊和相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊均電性連接至ECU上。
【文檔編號(hào)】G01N27/22GK105891275SQ201610311281
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】張華芳
【申請(qǐng)人】紹興文理學(xué)院