一種采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法
【專利摘要】本發明涉及一種采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法，其依次通過溫控模塊、磁化模塊、機械離心模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監測模塊和消磁模塊進行磨損微粒在線監測；所述溫控模塊的一端設有油液入口；消磁模塊的一端設有油液出口，其由剩磁傳感器和消磁器組成。本發明引入基于電容邊緣效應的相鄰電容傳感器技術，實現磨損微粒非侵入、無約束監測；通過磁化、機械離心使油液中的磨損微粒磁化、聚合成大顆粒并運動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測信號強度；通過溫控模塊及合理設計相鄰電容傳感器極板層結構，抑制噪聲并最優化相鄰電容傳感器監測裝置的整體性能。
【專利說明】一種采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法
[0001]
【技術領域】
本發明涉及一種液壓管路油液中的磨損微粒在線監測方法，具體涉及一種采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法，屬于液壓系統技術領域。
[0002]
【【背景技術】】
液壓系統油液中的磨損微粒不但可以使運動副產生磨粒磨損而且可以使運動副的相對運動受阻而導致控制部件動作失靈。國內外的資料統計表明，液壓機械70%故障源自油液的顆粒污染。因此，對油液中的磨損微粒進行在線監測已成為減少磨損及液壓系統故障的重要途徑之一。
[0003]電容傳感器因其制作方便、成本低廉而被應用于機器油液的污染監測。專利文獻I(中國發明專利授權公告號CN101435788B)公開了一種基于介電常數測量的在線油液監測傳感器及其系統，該發明的傳感器包括支座及其固定在內部的三根極柱，三根極柱構成了差動式圓柱電容，能監測傳感器電容值的微小變化，從而反推油液介電常數的微小變化，進而實現對油液污染度的實施監測。該監測方法中的傳感器極柱浸入到油液中，造成了油液流態的改變，影響了測量精度;油液在傳感器極柱表面會形成沉積油膜，不僅造成測量精度下降，同時還帶來傳感器清洗問題。
[0004]文獻2(趙新澤等，武漢水利電力大學(宜昌)學報，1999(3))公開了一種油液污染監測用電容傳感器探頭，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，其實質為平行板電容傳感器。該電容傳感器激勵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較大，該傳感器靈敏度不夠理想。
[0005]因此，為解決上述技術問題，確有必要提供一種創新的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法，以克服現有技術中的所述缺陷。
[0006]
【
【發明內容】
】
為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法，其采用非侵入的測量方式、對被測量的無約束性、監測信號強且靈敏度高、低成本、環境適應性強。
[0007]為實現上述目的，本發明采取的技術方案為:一種采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法，其采用一種磨損微粒在線監測裝置，該裝置包括溫控模塊、磁化模塊、機械離心模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監測模塊以及消磁模塊;其中，所述溫控模塊、磁化模塊、機械離心模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監測模塊和消磁模塊依次連接;所述溫控模塊的一端設有油液入口 ；所述消磁模塊的一端設有油液出口，其由剩磁傳感器和消磁器組成；
其包括如下工藝步驟:
I)，液壓管路中的油液攜帶磨損微粒通過溫控模塊，通過溫控模塊控制油液溫度恒定在 42°C; 2)，磁化模塊將油液中攜帶的磨損微粒的強力磁化，使微米級的磨損微粒聚合成大顆粒；
3)，磁化聚合顆粒在機械離心模塊中進行離心，使顆粒聚集在管壁附近；
4)，吸附模塊吸附經機械離心模塊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測模塊在線監測液壓管路中磨損微粒狀況；
6)，消磁模塊給磁化顆粒消磁。
[0008]本發明的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法進一步為: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的重慶金鴻的潤滑油加熱器;所述冷卻器選用表面蒸發式空冷器，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]本發明的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法進一步為:所述磁化模塊包括鋁質管道、若干繞組、鐵質外殼、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管道外，各繞組由正繞組和逆繞組組成，正繞組和逆繞組內的電流大小相等;所述鐵質外殼包覆于鋁質管道上;所述法蘭焊接在鋁質管道的兩端;每一磁化電流輸出模塊連接至一繞組。
[0010]本發明的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法進一步為:所述機械離心模塊采用切向進流離心裝置、渦旋發生器離心裝置、液體旋流發生器離心裝置、彎頭式起旋器或者旋流離心模塊。
[0011]本發明的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法進一步為:所述旋流離心模塊包括旋流管壁、第一導流片、第二導流片、步進電機以及流量傳感器;其中，所述第一導流片設有3片，該3片第一導流片沿管壁內圓周隔120°均勻分布，其安放角設為18°;所述第二導流片和第一導流片結構相同，其設置在第一導流片后，并和第一導流片錯開60°連接在管壁內，其安放角設為36°C;所述第一導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;所述步進電機連接并驅動第一導流片和第二導流片，以調節安放角;所述流量傳感器設置在管壁內的中央。
[0012]本發明的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法進一步為:所述吸附模塊采用同極相鄰型吸附環;所述同極相鄰型吸附環包括鋁質環形管道、正向螺線管、反向螺線管以及鐵質導磁帽；所述正向螺線管和反向螺線管分別布置于鋁質環形管道內，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生同性磁極;所述鐵質導磁帽布置于鋁質環形管道的內壁上，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。
[0013]本發明的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法進一步為:所述吸附模塊采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環;所述帶電擊錘的同極相鄰型吸附環包括鋁質環形管道、正向螺線管、反向螺線管、鐵質導磁帽、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環形管道內，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生同性磁極;所述鐵質導磁帽布置于鋁質環形管道的內壁上，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；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電擊錘，使電擊錘敲擊鋁質環形管道內壁。
[0014]本發明的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法進一步為:所述相鄰電容微粒監測模塊包括有機玻璃內壁、接地屏蔽層、接收極板、激勵極板以及外壁;其中，所述機玻璃內壁、接地屏蔽層和外壁呈管狀結構，并依次自內而外設置;所述機玻璃內壁的厚度為0.5mm，介電常數為2.5;所述接地屏蔽層的介電常數為1.5-2.5，厚度為外壁厚度的I至IJ2倍;所述接收極板、激勵極板嵌設在接地屏蔽層上，并位于機玻璃內壁外側;所述接收極板、激勵極板均采用皮亞諾曲線結構極板層，兩者之間設有隔離層;所述隔離層的寬度為有機玻璃內壁厚度的0.8-1倍。
[0015]本發明的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法還為: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、機械離心模塊、吸附模塊和相鄰電容微粒監測模塊均電性連接至ECU上。
[0016]與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:
1.本發明的多對正逆線圈結構的磁化模塊，線圈電流可在線數字設定，以產生磁化需要的非均勻磁場，使油液中的磨損微粒強力磁化并聚合成大顆粒，同時使膠質顆粒分解消融并抑制氣泡生長;機械離心模塊使磁化微粒“分離”并向腔壁運動;通過吸附模塊捕獲管壁表面磁化聚合大顆粒。
[0017]2.在液壓管路磨損微粒監測裝置中引入基于電容邊緣效應的相鄰電容傳感器，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，極大提高了傳感器輸出信號強度并巧妙解決了信號強度和穿透深度指標沖突的矛盾。
[0018]3.在極板層設計中引入了有效邊緣長且結構復雜的皮亞諾曲線結構。該皮亞諾曲線結構極板層中，激勵極板、接收極板和隔離板組成的曲線能遍歷正方形極板層中所有的點，得到一條充滿整個正方形極板層空間的曲線。在極板層面積固定的情況下，該結構具有最長有效邊緣、最大極板面積和最復雜結構，以此來獲得最佳信號強度。
[0019]4.溫控模塊、磁化模塊、機械離心模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監測模塊相結合的液壓管路磨損微粒監測技術路線，既保證了監測可靠性，同時又使得監測系統的整體性能最優。
[0020]
【【附圖說明】】
圖1是本發明的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法的結構示意圖。[0021 ]圖2是圖1中的磁化模塊的結構圖。
[0022]圖3是圖2中的磁化線圈的結構圖。
[0023]圖4是圖2中的磁化電流輸出模塊的結構圖。
[0024]圖5-1是圖1中的切向進流離心裝置的示意圖。
[0025]圖5-2是圖1中的渦旋發生器離心裝置的示意圖。
[0026]圖5-3是圖1中的彎頭式起旋器離心裝置的示意圖。
[0027 ]圖6-1是圖1中的旋流離心模塊的橫向示意圖。
[0028]圖6-2是圖1中的旋流離心模塊的徑向示意圖。
[0029]圖7是圖1中的吸附裝置為同極相鄰型吸附環的結構示意圖。
[0030]圖8是圖1中的吸附裝置為帶電擊錘的同極相鄰型吸附環的結構示意圖。
[0031]圖9-1是圖1中的相鄰電容微粒監測模塊的徑向半剖圖。
[0032]圖9-2是圖1中的相鄰電容微粒監測模塊的橫向剖面圖。
[0033]圖9_3是圖9_1中的接收極板和激勵極板的不意圖。
[0034]圖9-4是圖9-3中A處的局部放大圖。
[0035]圖1O是E⑶的連接示意圖。
[0036]
【【具體實施方式】】
請參閱說明書附圖1至附圖10所示，本發明為一種采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法，其由溫控模塊1、磁化模塊2、機械離心模塊3、吸附模塊5、相鄰電容微粒監測模塊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、機械離心模塊3、吸附模塊5、相鄰電容微粒監測模塊6和消磁模塊7依次連接。
[0037]所述溫控模塊I的一端設有油液入口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，溫度作為最主要的環境噪聲，不同的溫度會導致液壓管路中的油液介電常數發生顯著變化，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。
[0038]所述加熱器為電加熱器，可采用本身帶溫度檢測的重慶金鴻的潤滑油加熱器。冷卻器可選用表面蒸發式空冷器，兼有水冷和空冷的優點，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;空冷器的管排數最優為8 ο溫度傳感器采用鉑電阻溫度傳感器。
[0039]所述磁化裝置2能將油液中攜帶的磨損微粒的強力磁化，并使微米級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強度。同時，由電磁學理論可知，磁場強度越大，對鐵磁性顆粒的吸引力也就越大，大尺寸的鐵微粒移動速度比小尺寸的鐵微粒快得多，將磨損微粒聚合成大顆粒也便于后續分離。
[0040]油液中攜帶的膠質顆粒和氣泡的介電常數和液壓油以及磨損顆粒的介電常數都不相同，為了避免對后面的相鄰電容傳感器監測造成影響，需要設計非均勻磁場分解或去除膠質顆粒和氣泡。
[0041]根據磁場使分子取向排列論，當油液流過磁場時，磁場對油液中的膠質顆粒的運動會產生一定的影響，使得膠質顆粒在管路中作有序流動，減少了膠質顆粒的相互連接，從而起到分離膠質顆粒的降粘作用。同時，磁化的顆粒之間存在著內聚力，此力限制了氣泡的形成和長大。無氣泡時油液中的磁力線分布均勻，處于磁穩狀態。當油液中有氣泡時，氣泡局部的磁力線發生彎由，彎曲的磁力線有恢復成原來均勻、平行、穩定狀態的趨勢，因而產生指向氣泡中心的磁張力，此力能限制氣泡的長大。
[0042]但磁場太強或太弱都很難取得好的磁處理效果。當磁感應強度在某一值附近時，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。液壓油中的膠質顆粒的分解降粘需要一定的溫度和磁場強度，典型值為磁場強度在200mT左右，溫度約42°C。設計非均勻磁場時要考慮到磁場的邊緣效應所造成的影響，磁感應強度應設計為在油液流入的一端較強，而在油液流出的一端較弱，滿足油液流出端，降低磁場、減輕邊緣效應影響的要求，同時保證在油液的流入端的磁化效果。
[0043]本發明的磁化裝置由鋁質管道21、若干繞組22、鐵質外殼23、法蘭24以及若干磁化電流輸出模塊25組成。其中，所述鋁質管道21使油液從其中流過而受到磁化處理，且鋁的磁導率很低，可以使管道21中獲得較高的磁場強度。
[0044]所述若干繞組22分別繞在鋁質管道21外，由直徑為1.0mm左右的銅絲涂覆絕緣漆制成。各繞組22都是相互獨立設置的，分別由相應的磁化電流輸出模塊25控制，其中電流根據系統需要各不相同。由于每圈繞組22相互獨立，其引出端會造成該線圈組成的電流環不是真正的“圓”，而是有個缺口，這會造成鋁質管道21內磁場的徑向分布不均勻，從而影響磁化效果。為解決此問題，本創作的每圈繞組22都由正繞組26和逆繞組27組成，目的是為了產生同極性方向的磁場并同時彌補缺口造成的磁場不均衡。正繞組和逆繞組內的電流大小相等。在鋁質管道21軸線方向上排列有多對正逆繞組，通過不同的電流，用以形成前述要求的非均勾磁場。
[0045]所述鐵質外殼23包覆于鋁質管道21上，鐵質的材料會屏蔽掉大部分的磁通。所述法蘭24焊接在鋁質管道21的兩端。
[0046]每一磁化電流輸出模塊25連接至一繞組22，并由ECUlO控制，其利用數字電位計具有和ECUlO實時通訊并實時修改阻值的特點，實現非均勻磁場的實時控制。所述磁化電流輸出模塊25使用的數字電位計為AD5206，具有6通道的輸出，可以和ECU之間實現單總線數據傳輸。ECU通過單總線實現對磁化繞組的多塊磁化電流輸出模塊的電流設定和恒定輸出。運放AD8601和MOS管2N7002通過負反饋實現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、大電流的運放OPA 549。
[0047]請參閱說明書附圖5-1至附圖5-3所示，所述機械離心模塊3使油液在離心作用下，質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，其可選用切向進流離心裝置、渦旋發生器離心裝置、液體旋流發生器離心裝置、彎頭式起旋器離心裝置以及旋流離心模塊。
[0048]請參閱說明書附圖6-1至附圖6-2所示，所述機械離心模塊3選用旋流離心模塊3，該旋流離心模塊3采用沿程起旋的方式，其設計原理如下:在管道中設置一定高度和長度的扭曲的導流片，并使葉面切線與軸線成一定角度，因管流邊界發生改變可使流體產生圓管螺旋流，該螺旋流可分解為繞管軸的周向流動和軸向平直流動，流體中攜帶的顆粒物產生偏軸線向心螺旋運動。該旋流離心模塊3由旋流管壁31、第一導流片32、第二導流片33、步進電機34以及流量傳感器35等幾部分組成，所述步進電機34和流量傳感器35電性連接至ECUlO0
[0049]其中，所述第一導流片32設有3片，該3片第一導流片32沿管壁31內圓周隔120°均勻分布，其安放角(第一導流片32和旋流管壁31之間的夾角)設為18°，以保證最佳切向流動。所述第二導流片33和第一導流片32結構相同，其設置在第一導流片32后，并和第一導流片32錯開60°連接在管壁31內，其安放角設為36°C，用于減少阻力并加大周向流動的強度。另外，可根據實際分離效果同樣再設置第三或更多的導流片，安放角逐次增加。所述步進電機34連接并驅動第一導流片32和第二導流片33，以調節安放角，從而可獲得更好的離心效果，獲知使導流片32、33適應不同的工況。所述流量傳感器35設置在管壁31內的中央，E⑶10通過讀取流量傳感器35的數值分析旋流分離效果，并據此控制步進電機34，步進電機34調節各導流片32、33的安放角，以獲得更加分離效果。
[0050]進一步的，所述第一導流片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度;長度為管壁31直徑的1.8倍，以保證較大的對油液的作用范圍。
[0051]所述吸附模塊5用于吸附經機械離心模塊3離心后聚集在管壁附近的磁化聚合大微粒。請參閱說明書附圖8所示，所述吸附模塊5采用同極相鄰型吸附環時，該同極相鄰型吸附環由鋁質環形管道51、正向螺線管52、反向螺線管53以及鐵質導磁帽54等部件組成。其中，所述正向螺線管52和反向螺線管53分別布置于鋁質環形管道51內并由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相鄰處產生同性磁極。所述鐵質導磁帽54布置于鋁質環形管道51的內壁上，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。
[0052]所述同極相鄰型吸附環的設計原理如下:吸附環內部有多個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生同性磁極。同時，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的吸附環內壁處設有鐵質導磁帽，呈條狀和吸附環軸線平行，吸附環的外殼為順磁性鋁質外管壁，這種設置有利于改善磁路，加大吸附環內壁處的磁場強度，增強對顆粒的捕獲吸附能力。各螺線管電流由ECU直接控制，可根據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，順磁性鋁質管道失去磁性，附著在管道內壁上磁性聚合大顆粒隨油液沿管壁進入相鄰電容微粒監測模塊。
[0053]進一步的，所述吸附裝置5也可采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環時，該帶電擊錘的同極相鄰型吸附環由鋁質環形管道51、正向螺線管52、反向螺線管53、鐵質導磁帽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分別布置于鋁質環形管道51內并由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相鄰處產生同性磁極。所述鐵質導磁帽54布置于鋁質環形管道51的內壁上，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。所述電擊錘56和電磁鐵57位于隔板55之間。所述電磁鐵57連接并能推動電擊錘56，使電擊錘56敲擊鋁質環形管道52內壁。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。
[0054]所述帶電擊錘的同極相鄰型吸附環的設計原理如下:吸附環內部有多個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生同性磁極。同時，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的吸附環內壁處設有鐵質導磁帽，呈條狀和吸附環軸線平行，吸附環的外殼為順磁性鋁質外管壁，這種設置有利于改善磁路，加大吸附環內壁處的磁場強度，增強對顆粒的捕獲吸附能力。各螺線管電流由ECU直接控制，可根據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。這一電擊錘的設置用于防止顆粒在鐵質導磁帽處大量堆積，影響吸附效果。此時，通過電磁鐵控制電錘敲擊吸附環的內壁，使得被吸附的顆粒向兩側分散開。同時，在清洗吸附環時，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的內壁，使得被吸附的顆粒向兩側分散開，隨后ECU控制電磁鐵斷電，順磁性鋁質管道失去磁性，附著在管道內壁上磁性聚合大顆粒隨油液沿管壁進入相鄰電容微粒監測模塊。
[0055]請參閱說明書附圖9-1至附圖9-4所示，所述相鄰電容微粒監測模塊6在線監測液壓管路中磨損微粒狀況。所述相鄰電容微粒監測模塊6由有機玻璃內壁61、接地屏蔽層62、接收極板63、激勵極板64以及外壁65等幾部分組成。其中，所述機玻璃內壁61、接地屏蔽層62和外壁65呈管狀結構，并依次自內而外設置。
[0056]所述機玻璃內壁61的厚度為0.5mm，介電常數為2.5(液壓油的介電常數約2.1左右)，和液壓油的介電常數接近，因此邊緣電容為固定值；當有機玻璃內壁表面堆滿磁化聚合大顆粒時，磁化聚合大顆粒、液壓油與有機玻璃內壁形成混合電介質，對傳感器邊緣電容共同作用，磁化聚合大顆粒的介電常數通常大于10，是液壓油和有機玻璃內壁的介電常數的數倍，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的微小變化，進而實現對磨損微粒的實施監測。
[0057]基于電容邊緣效應的相鄰電容傳感器性能主要取決于穿透深度(電場線的穿透深度)、信號強度(電容值的大小)以及噪聲抑制、測量靈敏度(對電壓變化或電場變化的靈敏度)和傳感器的測量動態范圍。現有的相鄰電容傳感器測量得到的電容值很微弱，通常為PF級甚至更小，對金屬微粒等低介電常數的介質的測量效果則更差，因此提升傳感器輸出信號強度尤為關鍵。同時，信號強度和穿透深度兩個指標是相互沖突的，這也是該傳感器性能提升難點。
[0058]相鄰電容傳感器信號強度與傳感器極板面積，極板間距，以及傳感器與待測物體間的距離，待測物的介電常數都有著很大的關系。經磁化聚合、離心和吸附處理的磨損微粒在有機玻璃內壁表面聚集，顆粒數量的增加導致油液介電常數的增大，顆粒聚合帶來的粒徑增大也使得油液介電常數的增大，同時磁化也有增加介電常數的功能，三者同時作用，大大加強了信號強度;而又由于顆粒緊貼有機玻璃內壁表面，對穿透深度要求幾乎為零，也解決了指標沖關冋題。
[0059]由于相鄰電容傳感器輸出信號強度非常微弱，噪聲對測量結果的影響顯著。通常噪聲主要來源于兩方面，傳感器自身的噪聲和環境噪聲。為此設計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，以保證測量靈敏度。
[0060]所述接收極板63、激勵極板64嵌設在接地屏蔽層62上，并位于機玻璃內壁61外側，兩者之間形成間隙磁場66，用于檢測聚合顆粒67。所述接收極板63、激勵極板64均采用有效邊緣長且結構復雜的皮亞諾曲線結構極板層。該皮亞諾曲線結構極板層中，激勵極板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，得到一條充滿整個正方形極板層空間的曲線。在極板層面積固定的情況下，該結構具有最長有效邊緣、最大極板面積和最復雜結構，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，降低了對外部接口電路靈敏度的要求。由此可獲得最佳信號強度，傳感器激勵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定性。進一步的，所述接收極板63、激勵極板64兩者之間設有隔離層69;所述隔離層69的寬度為有機玻璃內壁厚度的0.8-1倍，其能有效的將接收極板63、激勵極板64隔離。
[0061 ]所述消磁模塊7的一端設有油液出口 9，其由剩磁傳感器和消磁器組成。由于磁滯現象的存在，當鐵磁材料磁化到飽和狀態后，即使撤消外加磁場，材料中的磁感應強度仍回不到零點，需要外加磁場消磁。為了防止磁化微粒進入液壓回路，對污染敏感液壓元件造成損傷，所述消磁模塊7根據消磁器出口處剩磁傳感器的檢測值控制消磁器的消磁強度。此處采用的消磁方法為電磁退磁，方法是通過加一適當的反向磁場，使得材料中的磁感應強度重新回到零點，且磁場強度或電流必須按順序反轉和逐步降低。
[0062]請參閱說明書附圖10所示，所述磨損微粒在線監測裝置進一步包括所述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、機械離心模塊3、吸附模塊5、相鄰電容微粒監測模塊6均電性連接至E⑶上，并受E⑶控制。
[0063]采用上述磨損微粒在線監測裝置對液壓有中的磨損微粒監測包括如下方法:
1)，液壓管路中的油液攜帶磨損微粒通過溫控模塊，通過溫控模塊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力磁化，使微米級的磨損微粒聚合成大顆粒；
3)，磁化聚合顆粒在機械離心模塊3中進行離心，使顆粒聚集在管壁附近；
4)，吸附模塊5吸附經機械離心模塊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測模塊6在線監測液壓管路中磨損微粒狀況；
6)，消磁模塊7給磁化顆粒消磁，防止磁化微粒進入液壓回路，對污染敏感液壓元件造成損傷。
[0064]以上的【具體實施方式】僅為本創作的較佳實施例，并不用以限制本創作，凡在本創作的精神及原則之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本創作的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法，其特征在于:其采用一種 磨損微粒在線監測裝置，該裝置包括溫控模塊、磁化模塊、機械離心模塊、吸附模塊、相鄰電 容微粒監測模塊以及消磁模塊;其中，所述溫控模塊、磁化模塊、機械離心模塊、吸附模塊、 相鄰電容微粒監測模塊和消磁模塊依次連接;所述溫控模塊的一端設有油液入口；所述消 磁模塊的一端設有油液出口，其由剩磁傳感器和消磁器組成；其包括如下工藝步驟:1)，液壓管路中的油液攜帶磨損微粒通過溫控模塊，通過溫控模塊控制油液溫度恒定 在 42°C;2)，磁化模塊將油液中攜帶的磨損微粒的強力磁化，使微米級的磨損微粒聚合成大顆 粒；3)，磁化聚合顆粒在機械離心模塊中進行離心，使顆粒聚集在管壁附近；4)，吸附模塊吸附經機械離心模塊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測模塊在線監測液壓管路中磨損微粒狀況；6 )，消磁模塊給磁化顆粒消磁。2.如權利要求1所述的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法，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的重慶金 鴻的潤滑油加熱器;所述冷卻器選用表面蒸發式空冷器，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.如權利要求1所述的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法，其特征在 于:所述磁化模塊包括鋁質管道、若干繞組、鐵質外殼、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管道外，各繞組由正繞組和逆繞組組成，正繞組和逆繞組內 的電流大小相等;所述鐵質外殼包覆于鋁質管道上;所述法蘭焊接在鋁質管道的兩端;每一 磁化電流輸出模塊連接至一繞組。4.如權利要求1所述的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法，其特征在 于:所述機械離心模塊采用切向進流離心裝置、渦旋發生器離心裝置、液體旋流發生器離心 裝置、彎頭式起旋器或者旋流離心模塊。5.如權利要求4所述的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法，其特征在 于:所述旋流離心模塊包括旋流管壁、第一導流片、第二導流片、步進電機以及流量傳感器； 其中，所述第一導流片設有3片，該3片第一導流片沿管壁內圓周隔120°均勻分布，其安放角 設為18°;所述第二導流片和第一導流片結構相同，其設置在第一導流片后，并和第一導流 片錯開60°連接在管壁內，其安放角設為36°C;所述第一導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;所述步進電機連接并驅動第一導流片和第二導流片，以調節安放角;所述 流量傳感器設置在管壁內的中央。6.如權利要求5所述的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法，其特征在 于:所述吸附模塊采用同極相鄰型吸附環;所述同極相鄰型吸附環包括鋁質環形管道、正向 螺線管、反向螺線管以及鐵質導磁帽；所述正向螺線管和反向螺線管分別布置于鋁質環形 管道內，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生同性磁極;所 述鐵質導磁帽布置于鋁質環形管道的內壁上，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。7.如權利要求5所述的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法，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;所述帶電擊錘的同極相鄰型吸附環包括鋁質環形管道、正向螺線管、反向螺線管、鐵質導磁帽、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環形管道內，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生同性磁極;所述鐵質導磁帽布置于鋁質環形管道的內壁上，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；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電擊錘，使電擊錘敲擊鋁質環形管道內壁。8.如權利要求1所述的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法，其特征在于:所述相鄰電容微粒監測裝置包括有機玻璃內壁、接地屏蔽層、接收極板、激勵極板以及外壁;其中，所述機玻璃內壁、接地屏蔽層和外壁呈管狀結構，并依次自內而外設置;所述機玻璃內壁的厚度為0.5mm，介電常數為2.5;所述接地屏蔽層的介電常數為1.5-2.5，厚度為外壁厚度的I到2倍;所述接收極板、激勵極板嵌設在接地屏蔽層上，并位于機玻璃內壁外側;所述接收極板、激勵極板均采用皮亞諾曲線結構極板層，兩者之間設有隔離層;所述隔離層的寬度為有機玻璃內壁厚度的0.8-1倍。9.如權利要求1所述的采用溫控、吸附和相鄰電容的磨損微粒在線監測方法，其特征在于:其進一步包括一 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、機械離心模塊、吸附模塊和相鄰電容微粒監測模塊均電性連接至ECU上。
【文檔編號】G01N15/06GK105973780SQ201610313238
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】趙徐濤
【申請人】紹興文理學院