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【在線油污染度傳感器的解決方案】
時(shí)間：2017-06-05
在線油液污染監(jiān)測(cè)是指在設(shè)備正常運(yùn)行不停機(jī)的情況下通過對(duì)在用潤(rùn)滑油的物化參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，判定設(shè)備工況，診斷設(shè)備的的異常部件，異常程度。從而實(shí)現(xiàn)避免重大事故的發(fā)生。
油液污染概述
潤(rùn)滑油和液壓油是機(jī)械生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，液壓系統(tǒng)所發(fā)生的故障中，有80%以上是由于液壓油污染引起的。油液的污染形式通常是金屬磨粒、氧化物、油泥、結(jié)碳、水分、沉淀物、燃油以及氫、氯、熱、電、空氣等造成的污染。油液污染后其物理或化學(xué)性能都會(huì)生變化。傳統(tǒng)的潤(rùn)滑油狀態(tài)監(jiān)測(cè)是指利用實(shí)驗(yàn)室的物理化學(xué)分析技術(shù)對(duì)機(jī)器設(shè)備正在使用的潤(rùn)滑油樣品進(jìn)行綜合分析，獲得設(shè)備潤(rùn)滑與磨損狀況的信息，并據(jù)此預(yù)測(cè)設(shè)備磨損過程的發(fā)展，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障或預(yù)防故障的發(fā)生。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，離線油液分析的有50%沒有發(fā)現(xiàn)問題，45%顯示失效即將發(fā)生，僅5%檢測(cè)出嚴(yán)重問題。這樣消耗了大量人力物力，卻無法及時(shí)診斷問題，因此在線油液監(jiān)測(cè)十分必要。
在線油液污染監(jiān)測(cè)的意義
近年來，隨著設(shè)備系統(tǒng)對(duì)油液污染控制要求的提高，越來越多的場(chǎng)合要求對(duì)油液的污染程度或油液的綜合質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試。在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的層面，大量的油中污染物含量的精密測(cè)試設(shè)備被開發(fā)出來，通過對(duì)油液進(jìn)行取樣，送到專門的實(shí)驗(yàn)室對(duì)油液中的水分、顆粒雜質(zhì)、老化產(chǎn)物和有害氣體等污染物進(jìn)行分析。但由于這些污染物含量（污染度）測(cè)試設(shè)備種類繁多，價(jià)格昂貴，因而在應(yīng)用成本上限制了油液污染控制的普及。
在大量的用油現(xiàn)場(chǎng)，往往并不需要對(duì)油液中的各種污染物進(jìn)行精密的定量測(cè)試，而是需要快速監(jiān)控油液的污染狀態(tài)。通過綜合油液中的水分、顆粒雜質(zhì)、老化產(chǎn)物和有害氣體等因素，快速定性檢測(cè)油液的污染度，當(dāng)油液的污染度趨于不合格時(shí)，采用再生凈化設(shè)備及時(shí)對(duì)油液進(jìn)行處理，可以有效提升油液的品質(zhì)，延長(zhǎng)用油設(shè)備的壽命，提高油液的使用效率。
在線油液污染監(jiān)測(cè)是指在設(shè)備正常運(yùn)行不停機(jī)的情況下通過對(duì)在用潤(rùn)滑油的物化參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，判定設(shè)備工況，診斷設(shè)備的的異常部件，異常程度。從而實(shí)現(xiàn)避免重大事故的發(fā)生。有針對(duì)性地維護(hù)和修理。另外實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可以幫助理解機(jī)械設(shè)備中摩擦副的磨損機(jī)理，潤(rùn)滑機(jī)理，磨損失效類型等，確定潤(rùn)滑油剩余壽命。確定合理的磨合規(guī)范和換油期。目前我國(guó)在"在線潤(rùn)滑油狀態(tài)監(jiān)測(cè)"儀器制造方面仍屬于空白，國(guó)際上少有的同類儀器仍處在體積大，技術(shù)復(fù)雜，應(yīng)用范圍小，單一參數(shù)監(jiān)測(cè)，價(jià)格昂貴，資源浪費(fèi)的狀態(tài)。主要是傳感器技術(shù)無法突破。
電容在線油液傳感器
目前國(guó)內(nèi)在線油污染傳感器仍處于理論嘗試階段，多采用電容式測(cè)量方法，即在檢測(cè)軟件支持下，通過測(cè)定油液綜合介電常數(shù)的變化來確定油質(zhì)的受污染程度。
其工作原理是：把油液作為一種電介質(zhì)，由于新油和在用油的介電常數(shù)不同，當(dāng)油質(zhì)變化時(shí)就會(huì)引起傳感器電容量的變化，通過C/V轉(zhuǎn)換把這一微弱變化的頻率值解調(diào)為直流電信號(hào)，經(jīng)前級(jí)數(shù)據(jù)采集電路采樣放大、A/D轉(zhuǎn)換，送至單片機(jī)軟硬件組成的后級(jí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。系統(tǒng)依據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，分析計(jì)算得到的判定各類油質(zhì)污染程度的上下門限標(biāo)值，經(jīng)包括算法的程序進(jìn)行智能分析處理后，由LCD顯示器報(bào)告用戶定量（污染指數(shù)值）和定性（良好、可用、報(bào)廢）的檢測(cè)結(jié)果。
由于油液污染的成因及環(huán)境因素較復(fù)雜，因此該原理傳感器在生產(chǎn)實(shí)踐中并未得到很好的應(yīng)用。例如：由于發(fā)動(dòng)機(jī)活塞竄漏、燃油延遲噴射導(dǎo)致廢氣處理系統(tǒng)處理后的廢氣進(jìn)入汽缸、或者高壓共軌泄漏導(dǎo)致了標(biāo)準(zhǔn)的2號(hào)柴油污染了機(jī)油，會(huì)引起機(jī)油的粘度下降，但是對(duì)機(jī)油的介電常數(shù)和密度沒有影響。所以，單一維度或參數(shù)的傳感器很難有效判斷油品污染的真實(shí)情況，也就失去了監(jiān)測(cè)的意義。下面就重點(diǎn)介紹MEAS公司最新推出的一款新型多參數(shù)油品特性傳感器。
多參數(shù)油品傳感器FPS2800
發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、齒輪箱、液壓系統(tǒng)，以及其他潤(rùn)滑油操作的設(shè)備都需要定期換油以保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，日益增長(zhǎng)的油價(jià)使維護(hù)成本大增，吞噬著車輛和設(shè)備使用者的利潤(rùn)。我們必須使用更有效的方法來維護(hù)設(shè)備，并降低能源的消耗。換油時(shí)間應(yīng)該并且可以通過一個(gè)在線油品分析傳感器來確定。準(zhǔn)確的油品分析不僅可以減少油品的消耗，降低維護(hù)費(fèi)用，還可以通過潤(rùn)滑油和機(jī)油污染情況的檢測(cè)保護(hù)車輛和設(shè)備。在線油品傳感器必須簡(jiǎn)單易用，以滿足上述需求。
在線多參數(shù)傳感器監(jiān)測(cè)油品污染和降解
MEAS精量電子開發(fā)了一款在線傳感器，可以同時(shí)直接測(cè)量液體的粘度、密度、介電常數(shù)和溫度。這款油品分析傳感器FPS2800B12C4可以探測(cè)機(jī)油和潤(rùn)滑油的污染以及降解程度，甚至判斷燃油的質(zhì)量，以優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能。油品污染和降解時(shí)，其重要的物理特性都會(huì)跟著改變。從而，F(xiàn)PS油品分析傳感器根據(jù)所測(cè)得的物理特性判斷出合適的換油時(shí)間，對(duì)車輛和設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)，減少設(shè)備故障，降低成本。
正如實(shí)驗(yàn)室根據(jù)多種分析試驗(yàn)來判斷機(jī)油等液體的狀態(tài)，F(xiàn)PS油品分析傳感器根據(jù)其多種物理特性的測(cè)量判斷油品的質(zhì)量。通過他們對(duì)機(jī)油粘度、密度和介電常數(shù)的影響和改變，很容易檢測(cè)出機(jī)油中所含有的粉塵顆粒、水、冷卻液，以及燃油。機(jī)油的氧化度也可以通過這些物理特性的變化檢測(cè)出來。
FPS油品分析傳感器的多參數(shù)測(cè)量是有效監(jiān)控油品狀態(tài)的關(guān)鍵。導(dǎo)電系數(shù)傳感器或聲波粘度傳感器之類的單參數(shù)傳感器只能測(cè)量某一個(gè)物理特性，不能提供足夠的依據(jù)來可靠的判斷油品的使用壽命和污染情況。
比如說，標(biāo)準(zhǔn)的2號(hào)柴油由于活塞漏氣、廢氣處理后的二次燃油噴射、或是共軌管的高壓泄露對(duì)機(jī)油造成的污染會(huì)引起機(jī)油粘度的降低。然而，燃油產(chǎn)生的污染并不會(huì)引起機(jī)油介電常數(shù)或密度的變化。即便是機(jī)油已經(jīng)老化，F(xiàn)PS油品分析傳感器也可以立刻根據(jù)銳減的粘度，和并未變化的介電常數(shù)和密度判斷出這一點(diǎn)。
對(duì)比之下，如果機(jī)油被從汽缸墊泄露的冷卻劑
污染，即使?jié)舛群艿?，機(jī)油的介電常數(shù)和密度也會(huì)明顯升高，而粘度不會(huì)明顯變化，除非突然故障即將發(fā)生。FPS油品分析傳感器可以根據(jù)不正常的機(jī)油介電常數(shù)和密度的變化，和粘度的不變，及時(shí)判斷出機(jī)油中含有冷卻劑。冷卻劑泄露的迅速判斷可以防止淤積，以及發(fā)動(dòng)機(jī)的突發(fā)故障。
以上兩個(gè)例子充分顯示了使用可以同時(shí)直接實(shí)時(shí)測(cè)量油品的多個(gè)重要物理參數(shù)的傳感器的必要性，因?yàn)镕PS油品分析傳感器可以有效、可靠的監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)中油品污染和降解的程度。同理，F(xiàn)PS油品分析傳感器還可以用于簡(jiǎn)單一些的系統(tǒng)，例如變速器，齒輪箱和液壓設(shè)備等。而簡(jiǎn)單的導(dǎo)電系數(shù)傳感器或聲波粘度傳感器沒有足夠的分辨能力來有效監(jiān)控油品的污染和降解狀況。FPS油品分析傳感器可以有效區(qū)分普通的污染和油品的老化降解屬性，從而正確判斷是否需要換油。
先進(jìn)的傳感器技術(shù)，專為惡劣環(huán)境設(shè)計(jì)。
FPS油品分析傳感器利用了音叉的機(jī)械諧振，同時(shí)直接測(cè)量粘度，密度和介電常數(shù)，并已取得應(yīng)用該技術(shù)的專利。該傳感器根據(jù)NIST美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院可追溯標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工廠校準(zhǔn)，并不依賴于實(shí)驗(yàn)室方式的相關(guān)性進(jìn)行測(cè)量。傳感器可以直接安裝到高壓力、高流量的管道，或過程流，以及儲(chǔ)油器上。傳感器的測(cè)量精度不會(huì)受液體流量或壓力變化的影響。傳感元件已經(jīng)通過了壓力大于5000psi，溫度范圍在-60°C到150°C，以及振動(dòng)高達(dá)46Grms的惡劣環(huán)境中的測(cè)試，能夠有效監(jiān)測(cè)油品的質(zhì)量。這些傳感器在汽車和工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以及多種工業(yè)應(yīng)用對(duì)液壓油，變速箱油數(shù)千小時(shí)的監(jiān)測(cè)試驗(yàn)中，顯示了其卓越的性能。傳感器抗污染和腐蝕，不受粉塵顆粒、油污、乙二醇、金屬磨損、強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的影響。
實(shí)時(shí)在線測(cè)量的傳感器，實(shí)驗(yàn)室的品質(zhì)和性能
FPS油品分析傳感器測(cè)量粘度，密度和介電常數(shù)的精確度和可靠性比同樣條件的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室分析儀器還要高。類似實(shí)驗(yàn)室儀器性能的在線傳感器使得車輛和設(shè)備的使用者可以依靠FPS油品分析傳感器判斷油齡，污染程度，創(chuàng)建先進(jìn)的可靠性算法，從而獲得有效的過程控制，和維修的早期預(yù)警。
結(jié)論
FPS油品分析傳感器是一種新型的傳感技術(shù)，直接同時(shí)測(cè)量油品的粘度，密度，介電常數(shù)和溫度，已經(jīng)在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域中測(cè)試了將近10年。依靠獲得專利的音叉技術(shù)，傳感器同時(shí)檢測(cè)多個(gè)物理參數(shù)的直接和動(dòng)態(tài)關(guān)系，以確定發(fā)動(dòng)機(jī)油、燃油、變速器和剎車油、液壓油、變速箱油、冷卻液和溶解液之類的液體的品質(zhì)及污染程度。
多參數(shù)測(cè)量和分析的特點(diǎn)改進(jìn)了液體特性的算法。FPS油品分析傳感器可以廣泛的應(yīng)用于OEM和后裝市場(chǎng)，包括汽車、工程機(jī)械、暖通空調(diào)、制冷設(shè)備、壓縮機(jī)、工業(yè)設(shè)備和渦輪機(jī)，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)儲(chǔ)油器、生產(chǎn)過程流水線、受壓的高流量管道（比如說發(fā)動(dòng)機(jī)油道）的液體質(zhì)量。傳感器通過通用的CAN J1939協(xié)議輕松與主控制器連接。簡(jiǎn)單的4針連接器使安裝更經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便。
