張賢明 熊少軍 陳 彬 武宏陽

(重慶工商大學廢油資源化技術與裝備教育部工程研究中心，重慶 400067)

液壓油在液壓系統(tǒng)中起著能量傳遞、系統(tǒng)潤滑、防腐、防銹及冷卻等作用。元件和系統(tǒng)在加工、裝配、實驗、包裝、儲存和運輸過程中殘留下來且未被清除的污染物(如鑄造型砂，切屑、焊渣及修片等)和在工作過程中從外界侵入的污染物都會污染液壓油，影響其理化性，從而使設備不能正常工作[1]。據統(tǒng)計，75%以上的液壓油污染是其中固體顆粒的污染[2～4]，因此固體顆粒對設備液壓系統(tǒng)造成的危害最大，同時固體顆粒含量是衡量油液能否繼續(xù)使用的依據。顆粒污染物會導致液壓元件快速磨損、性能下降，進而改變液壓系統(tǒng)的工作性能，引起動作失調，甚至系統(tǒng)完全失靈。

通過對液壓油性能和狀態(tài)進行監(jiān)測，可以得到油液顆粒度相關信息，及時對被污染油液進行凈化處理，避免污染環(huán)境，同時還可以及時發(fā)現設備運行故障，對液壓系統(tǒng)和油液污染進行有效控制，因此在線監(jiān)測液壓油的顆粒污染度對國民經濟建設和節(jié)能環(huán)保事業(yè)有著十分重要的意義。

傳統(tǒng)離線式檢測主要集中在光譜分析、鐵譜分析、顆粒計數及油品理化分析等方面，檢測周期長，不能及時反映設備運行狀況，具有很大滯后性[5,6]。根據有關調查表明：離線油樣分析結果有50%沒有發(fā)現問題，45%顯示失效即將發(fā)生，僅5%檢測出嚴重問題[7,8]。近年來，隨著計算機電子技術和信號處理技術的發(fā)展，油液在線監(jiān)測技術由于具有及時性及便捷性等特點[5]，成為工況檢測和故障診斷的主要手段。筆者介紹了顆粒度在線監(jiān)測技術，并指出其發(fā)展趨勢。

1 油液顆粒度在線監(jiān)測技術的研究現狀①

目前顆粒度在線監(jiān)測技術主要利用電學、光學及磁場理論等原理，監(jiān)測相應的油液理化指標(如介電常數、顆粒濃度)變化趨勢或顆粒圖像來判斷顆粒污染狀況。國內、外在線監(jiān)測技術主要有電測法、光測法和磁塞法。

1.1 電測法

陳世明等設計了一種可直接讀取油液污染度的在線監(jiān)測電容傳感器(圖1)，并通過實驗驗證了此傳感器適用于機械裝備的油液在線監(jiān)測[9]。傳感器0的進、出油口直接接入油路中，可測得污染油液總介電常數；傳感器1～m的進、出油口與油液之間通過濾清器連接，可測得除去金屬顆粒后的污染油液介電常數。兩者的差值就是污染油液中金屬顆粒的介電常數，從而確定金屬顆粒的含量。但油液經過濾清器后會產生流量壓力改變，極有可能影響傳感器所采集到的油液介電常數，導致最終結果不正確。

圖1 在線監(jiān)測電容傳感器

1.2 光測法

殷勇輝等基于Beer-Lambert定律設計了光纖油液污染監(jiān)測傳感器[10]。圖2為傳感器探頭結構，主體部分由樣品池和透鏡系統(tǒng)組成，入射和出射部分通過螺紋與主體連接，光學系統(tǒng)通過調整螺釘進行校準，確保了光學系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由光源產生的光通量I0通過入射光纖接頭和透鏡進入測量區(qū)域(即布置于光路主體上的油液樣品池)；油液管路中未被顆粒散射和吸收的部分出射光由透鏡會聚，經出射光纖接頭導出到光探測器單元(即光電接收管的光敏表面上)，利用光電信號放大器可以測量出載有信息的光通量。通過測量發(fā)光強度的變化即可反演計算出油液中所有固體顆粒物的分布，從而表征設備潤滑系統(tǒng)的顆粒污染度。但為了保證測量精度，該方法只適用于流速低工況中，且只能監(jiān)測適當粘度的油樣。

圖2 光纖油液污染監(jiān)測傳感器探頭結構

1.3 磁塞法

磁塞檢測技術是在油液系統(tǒng)中安裝磁塞或探針，將油液中的顆粒吸附到磁塞上，利用磁塞檢測儀和磁強針估量所收集到的顆粒數量和顆粒產生趨勢[11～13]。磁塞檢測的特點是安裝方便、結構簡單。使用磁塞法可通過判斷微粒種類、形狀、粒度和顏色判斷系統(tǒng)故障性質，適用于200℃以下、工作尺寸為100～400μm的機械裝備顆粒在線檢測，但其缺點是只能用于檢測黑色金屬顆粒，對非磁性材料無效。

此外，國外也有針對油液顆粒的在線監(jiān)測傳感器，比如由美國MACOMT echnologies公司開發(fā)的 TechAlertTM10型顆粒傳感器、加拿大GasTops公司開發(fā)的MetalSCAN顆粒傳感器[14]、英國Kittiwake公司開發(fā)的 FG 型在線顆粒量傳感器[15]和Smith公司的EODM系統(tǒng)的 OLS傳感器[16]，但只能檢測最小為50μm的鐵屑顆粒，Harvey T J等開發(fā)的在線顆粒計數器也只能定量估計油液中的顆粒度[17,18]。

2 基于壓差原理的的油液污染度在線監(jiān)測儀

根據液體過濾原理[19]，陳彬等根據過濾壓差引起活塞伸出位移與污染度成正比的關系，設計了一種油液污染度在線監(jiān)測裝置(圖3)[20]。該在線監(jiān)測裝置主要由復合活塞缸體、5～15μm污染物檢測活塞、位移傳感器、壓力傳感器、數據采集處理及控制系統(tǒng)等組成，其工作原理為油液經5、15μm多級過濾網后產生不同的壓差，并推動多級液壓缸運動，通過設置在各活塞桿處的位移傳感器監(jiān)測各位移量，與經實驗建立的數據庫進行比較，得出對應的油液污染度。該裝置的特點是可以實時在線監(jiān)測油液運動狀態(tài)，監(jiān)測結果以標準形式輸出油液的污染等級，結構簡單，且不受油液性能、監(jiān)測過程中油液運行參數影響，監(jiān)測結果準確、可靠，減少了人為因素對系統(tǒng)的影響。

圖3 油液污染度在線監(jiān)測裝置

3 結束語

液壓油中顆粒污染物對設備正常運行危害最大，通過對油液在線監(jiān)測，可及時獲知油液性能參數的變化，實現主動預防，減少和杜絕設備事故的發(fā)生。油液顆粒污染度的在線監(jiān)測是預防設備事故發(fā)生的重要途徑，目前其監(jiān)測方法較多，但普遍存在測量油液污染度精度不高、測量數據響應較慢及穩(wěn)定性較差等不足。根據對現有在線監(jiān)測技術的分析，發(fā)現還需從很多方面進行更深層次的設計和優(yōu)化(例如傳感器監(jiān)測技術的智能化及降低虛警率等)，找到最合理的油液在線監(jiān)測技術，才能及時對污染油液做出正確處理。