便攜式液壓油污染度和水分聯合測量設備的研制

武漢理工大學 楊 琨 孫 斌 周新聰 嚴新平

介紹自行研制的一種用于液壓油顆粒計數與水分含量聯合測量的便攜式設備。采用該設備對石油醚和HM32/H液壓油的檢測實驗結果表明，結果達標。可應用于船舶液壓系統的狀態檢測領域。

一、引言

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

目前，現有的液壓油污染檢測有以下一些特點。各種檢測方法和原理、儀器的性能差異較大，而且適用的檢測場合也不同。多數檢測設備屬于離線，設備較為復雜，操作起來也比較繁瑣，而且對實驗人員的經驗要求較高，檢測的周期也較長，不能及時有效的反映液壓油的污染情況。而現場式的檢測設備則是由于價格過于昂貴，設備過于精密，維修費用過高，以至于不能廣泛應用于現場液壓系統的檢測。

通過便攜式液壓油污染度檢測裝置對液壓油中顆粒及水分含量實施有效地聯合監測，可以及時掌握液壓系統的技術狀態，采取措施消除各種故障源，將對液壓系統的科學管理、維修保障和實施主動維修有著十分重要的意義。

二、測量原理

顆粒計數的原理如圖1所示，其流程是：（1）由激光生成器1生成光束，該激光發生器采用激光二極管。（2）光束2通過透鏡系統向液壓油介質照射。（3）在液壓油流經自動顆粒激光傳感器時，激光光束3照射到污染物顆粒上時由于被顆粒遮擋而削弱。（4）光信號經光電轉換器4轉化為電信號，光電轉換器4輸出的負脈沖的數目代表顆粒的數目，負脈沖的幅度代表顆粒的大小。

圖1 顆粒計數傳感器測量原理

介電常數法測量液壓油中水分含量原理是：置于電場中的電介質沿電場方向會產生偶極矩，在電介質表面產生束縛電荷的現象稱為電介質的極化現象。當液壓油作為電介質放入平行板電容器極板間進行檢測時，將會發生極化，其場強分布示意圖如圖2所示。在電場存在的情況下，極化分子的偶極矩沿電場方向排列，產生了一個附加電場，與原來的電場方向相反，使原電場削弱。這時平板電容間因被液壓油充滿，電容增大了n倍，n是該介質的相對介電常數。介質中的極化成分越多，相對介電常數就越大。由于平行板電容器的電容C跟介電常量成正比，通過測量電容的變化就可以反映液壓油介電常數的變化，從而計算出液壓油中的水分污染程度。

圖2 介電常數傳感器測量原理

三、設備系統結構及功能

整個設備的系統結構示意圖如圖3所示。

圖3 設備系統結構示意圖

液壓油污染度的檢測過程中，嵌入式微處理器系統發出指令，通過電機驅動電器控制雙向柱塞泵上的步進電機，控制柱塞向預設位置運動，然后，嵌入式微處理器系統調節電動閥門，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液壓油導通。雙向柱塞泵的活塞運動，使液壓油流經自動顆粒計數傳感器進入雙向柱塞泵。此時該傳感器開始計數，并與比較器進行比較，得出顆粒數目及污染度等級，并顯示在顯示屏上。數據的結果存儲在嵌入式微處理器系統的存儲器中，也可以根據需要將結果利用熱敏打印機打印出來。

液壓油水分的檢測過程中，與液壓油污染度的檢測過程類似，在液壓油流經水分傳感器時，該水分傳感器得到反映含水量的測量信號電壓后，即可推算出液壓油的含水量。微處理系統將水分檢測值通過液晶屏顯示出來，并存儲在數據存儲器中。同時亦可以根據需要利用打印機打印出含水量信息。

四、實驗結果及分析

我們采用石油醚來測試該設備測量油液污染度的性能。表1中的數據為采用該污染度設備對石油醚污染度測量的結果。實驗結果表明，當前石油醚的污染度總等級為7級（等級中的最大值）。該等級符合新石油醚通常的污染度等級。

表1 石油醚污染度測量結果計數差值

為了證明該設備的性能達到同類設備的性能，我們用該設備與HIAC PODS顆粒計數儀同時測量HM32/H液壓油的污染度。表2中給出的是利用兩個儀器測量的液壓油中所含顆粒數的數據。通過比較發現，這兩個設備測量出的液壓油的污染程度相當，我們的設備的性能達到通用設備的性能。

表2 該設備測量結果與HIAC PODS顆粒計數儀的比較

五、結論

所采用的技術與現有技術相比具有以下的主要的優點：（1）具有聯合檢測的功能，能同時對顆粒及水分進行檢測，可以克服液壓油檢測儀僅能對顆粒或水分進行單一檢測的問題；（2）集離線和在線兩用一體，可以直接接入液壓系統中，實現對液壓油顆粒及水分的同時檢測；（3）體積小，重量輕，適應于現場使用，對環境要求低。

[1]嚴新平,油液監測技術標準體系建設的思考[J],中國設備工程.2010(2):63-64.

[2]溫煥曉,付敬業,光阻法測量油液中顆粒污染度的研究[J],宇航計測技術,2002,22(6):38-41.

[3]Reidar Barfod Schüller,Tore Gundersen,Morten Halleraker,and Bj?rn Engebretsen.Measurement of Water Concentration in Oil/Water Dispersions with a Circular Single-Electrode Capacitance Probe[J],IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT,2004,53(5):1 378-1 383.