武漢理工大學(xué) 楊 琨 孫 斌 周新聰 嚴(yán)新平

介紹自行研制的一種用于液壓油顆粒計(jì)數(shù)與水分含量聯(lián)合測(cè)量的便攜式設(shè)備。采用該設(shè)備對(duì)石油醚和HM32/H液壓油的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)果達(dá)標(biāo)?？蓱?yīng)用于船舶液壓系統(tǒng)的狀態(tài)檢測(cè)領(lǐng)域。

一、引言

液壓油污染度檢測(cè)技術(shù)主要包括檢測(cè)油液中固體顆粒、水分、空氣以及能量型污染物（熱能、腐蝕、靜電）等污染物。

目前，現(xiàn)有的液壓油污染檢測(cè)有以下一些特點(diǎn)。各種檢測(cè)方法和原理、儀器的性能差異較大，而且適用的檢測(cè)場(chǎng)合也不同。多數(shù)檢測(cè)設(shè)備屬于離線，設(shè)備較為復(fù)雜，操作起來(lái)也比較繁瑣，而且對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高，檢測(cè)的周期也較長(zhǎng)，不能及時(shí)有效的反映液壓油的污染情況。而現(xiàn)場(chǎng)式的檢測(cè)設(shè)備則是由于價(jià)格過(guò)于昂貴，設(shè)備過(guò)于精密，維修費(fèi)用過(guò)高，以至于不能廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)液壓系統(tǒng)的檢測(cè)。

通過(guò)便攜式液壓油污染度檢測(cè)裝置對(duì)液壓油中顆粒及水分含量實(shí)施有效地聯(lián)合監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)掌握液壓系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)，采取措施消除各種故障源，將對(duì)液壓系統(tǒng)的科學(xué)管理、維修保障和實(shí)施主動(dòng)維修有著十分重要的意義。

二、測(cè)量原理

顆粒計(jì)數(shù)的原理如圖1所示，其流程是：（1）由激光生成器1生成光束，該激光發(fā)生器采用激光二極管。（2）光束2通過(guò)透鏡系統(tǒng)向液壓油介質(zhì)照射。（3）在液壓油流經(jīng)自動(dòng)顆粒激光傳感器時(shí)，激光光束3照射到污染物顆粒上時(shí)由于被顆粒遮擋而削弱。（4）光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器4轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，光電轉(zhuǎn)換器4輸出的負(fù)脈沖的數(shù)目代表顆粒的數(shù)目，負(fù)脈沖的幅度代表顆粒的大小。

圖1 顆粒計(jì)數(shù)傳感器測(cè)量原理

介電常數(shù)法測(cè)量液壓油中水分含量原理是：置于電場(chǎng)中的電介質(zhì)沿電場(chǎng)方向會(huì)產(chǎn)生偶極矩，在電介質(zhì)表面產(chǎn)生束縛電荷的現(xiàn)象稱(chēng)為電介質(zhì)的極化現(xiàn)象。當(dāng)液壓油作為電介質(zhì)放入平行板電容器極板間進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，將會(huì)發(fā)生極化，其場(chǎng)強(qiáng)分布示意圖如圖2所示。在電場(chǎng)存在的情況下，極化分子的偶極矩沿電場(chǎng)方向排列，產(chǎn)生了一個(gè)附加電場(chǎng)，與原來(lái)的電場(chǎng)方向相反，使原電場(chǎng)削弱。這時(shí)平板電容間因被液壓油充滿(mǎn)，電容增大了n倍，n是該介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。介質(zhì)中的極化成分越多，相對(duì)介電常數(shù)就越大。由于平行板電容器的電容C跟介電常量成正比，通過(guò)測(cè)量電容的變化就可以反映液壓油介電常數(shù)的變化，從而計(jì)算出液壓油中的水分污染程度。

圖2 介電常數(shù)傳感器測(cè)量原理

三、設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

整個(gè)設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

液壓油污染度的檢測(cè)過(guò)程中，嵌入式微處理器系統(tǒng)發(fā)出指令，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電器控制雙向柱塞泵上的步進(jìn)電機(jī)，控制柱塞向預(yù)設(shè)位置運(yùn)動(dòng)，然后，嵌入式微處理器系統(tǒng)調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門(mén)，使雙向柱塞泵與放置在加熱器中的取樣瓶或者液壓管路中的待測(cè)液壓油導(dǎo)通。雙向柱塞泵的活塞運(yùn)動(dòng)，使液壓油流經(jīng)自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)傳感器進(jìn)入雙向柱塞泵。此時(shí)該傳感器開(kāi)始計(jì)數(shù)，并與比較器進(jìn)行比較，得出顆粒數(shù)目及污染度等級(jí)，并顯示在顯示屏上。數(shù)據(jù)的結(jié)果存儲(chǔ)在嵌入式微處理器系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中，也可以根據(jù)需要將結(jié)果利用熱敏打印機(jī)打印出來(lái)。

液壓油水分的檢測(cè)過(guò)程中，與液壓油污染度的檢測(cè)過(guò)程類(lèi)似，在液壓油流經(jīng)水分傳感器時(shí)，該水分傳感器得到反映含水量的測(cè)量信號(hào)電壓后，即可推算出液壓油的含水量。微處理系統(tǒng)將水分檢測(cè)值通過(guò)液晶屏顯示出來(lái)，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。同時(shí)亦可以根據(jù)需要利用打印機(jī)打印出含水量信息。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

我們采用石油醚來(lái)測(cè)試該設(shè)備測(cè)量油液污染度的性能。表1中的數(shù)據(jù)為采用該污染度設(shè)備對(duì)石油醚污染度測(cè)量的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)前石油醚的污染度總等級(jí)為7級(jí)（等級(jí)中的最大值）。該等級(jí)符合新石油醚通常的污染度等級(jí)。

表1 石油醚污染度測(cè)量結(jié)果計(jì)數(shù)差值

為了證明該設(shè)備的性能達(dá)到同類(lèi)設(shè)備的性能，我們用該設(shè)備與HIAC PODS顆粒計(jì)數(shù)儀同時(shí)測(cè)量HM32/H液壓油的污染度。表2中給出的是利用兩個(gè)儀器測(cè)量的液壓油中所含顆粒數(shù)的數(shù)據(jù)。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)設(shè)備測(cè)量出的液壓油的污染程度相當(dāng)，我們的設(shè)備的性能達(dá)到通用設(shè)備的性能。

表2 該設(shè)備測(cè)量結(jié)果與HIAC PODS顆粒計(jì)數(shù)儀的比較

五、結(jié)論

所采用的技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要的優(yōu)點(diǎn)：（1）具有聯(lián)合檢測(cè)的功能，能同時(shí)對(duì)顆粒及水分進(jìn)行檢測(cè)，可以克服液壓油檢測(cè)儀僅能對(duì)顆粒或水分進(jìn)行單一檢測(cè)的問(wèn)題；（2）集離線和在線兩用一體，可以直接接入液壓系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓油顆粒及水分的同時(shí)檢測(cè)；（3）體積小，重量輕，適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)使用，對(duì)環(huán)境要求低。

[1]嚴(yán)新平,油液監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的思考[J],中國(guó)設(shè)備工程.2010(2):63-64.

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