機油黏度在線監測技術研究

付永川　楊海蓉　張君

摘要：指出了機油黏度是影響機器的使用壽命和耗能的主要因素。從監測技術和環保角度論述了油液黏度在線監測的重要性，探討了機油的在線監測技術研究進展，展望了機油黏度在線監測技術的研究方向。

關鍵詞：在線監測；黏度；機油

中圖分類號：TE626.3

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）8023802

1引言

機油，即潤滑油，對發動機具有潤滑減磨、輔助冷卻降溫、密封防漏、防銹防蝕、減震緩沖等作用，被譽為機器的“血液”[1]。使用過程中，潤滑油粘度對發動機的工作有極其重要的影響作用，如王兆遠等[2]研究發現機油黏度嚴重影響發動機的機械損失，相對高黏度機油，低黏度機油對發動機和車輛的燃油經濟性更高、使用環境選擇裕度更大、耗能更少、環保性更強；但是粟斌等[3]研究發現高黏度等級潤滑油溫度較低時黏度增加較快，影響發動機的低溫啟動并加劇磨損，且增加功耗，但較高黏度等級潤滑油有利于摩擦表面油膜的形成，可改善潤滑，同時，較高黏度的潤滑油有利于減小蒸發損失。因此，機油的黏度對延長發動機的使用壽命和節能減排有重要意義。

但是，機油在使用過程中，長期在環境（溫度、壓力、電磁場和光等因素）的影響和剪切力的作用下，使得機油的物化性質發生改變，進而使得機油黏度發生變化，這不僅為機器的正常運轉帶來了威脅，而且加大了能耗，提高了運作成

本，加重了污染物排放量，嚴重污染了環境[4]。因此，對機油黏度的實時在線監測技術研究不僅能夠監測機器運轉狀況，降低安全隱患，而且能夠節能減排，其經濟和環境意義重大。筆者著重論述機油黏度在線監測技術研究現狀，以對機油黏度的實時監測技術改進提供借鑒。

2機油黏度在線監測技術研究

機油黏度在線監測是機油性狀監測研究的重要內容，同時也是機器潤滑磨損

狀態監測技術的重要研究內容。而在在線監測中，通信技術起著非常重要的作用，

因此基于通信技術對機油黏度在線監測系統的研發是機油黏度監測技術的重要研究內容，如賀嘉聰等[5] 利用上位機、下位機和連接上下位機的以太網技術組成油液在線檢測系統，該系統通過（PC104）串口通信和以太網通信的軟硬件設計，實現了油液在線檢測系統的核心功能，即數據的在線采集、處理、發送及診斷，具有實時性強、數據傳輸快和全過程監測的優點，因此，油液在線監測系統使傳統的油液實驗室分析模式轉變成機械設備潤滑磨損狀態的自動監控與智能診斷模式，這對油液在線監測系統的開發應用具有重大意義；劉玉村[6]依據海根一伯埃司公式測量牛頓流體粘度設計出在線粘度分析儀，該分析儀可實現對產品的黏度進行自動連續分析，減少人工化驗的滯后和誤差，實現了對常減壓裝置減二線潤滑油原料組分粘度的實時動態檢測，利用實時數據及時調整控制參數，將切換側線牌號時的生產調整周期大大縮短。

而在機油黏度在線監測中，可見近紅外光譜技術的應用提高了油液品質監測效率。如趙蕓等[7] 提出了一種應用可見近紅外光譜技術快速測定發動機潤滑油動力粘度值的新方法，該方法對5種不同粘度的潤滑油共150個樣本進行光譜掃描檢測，研究發現檢測值可用于潤滑油動力粘度值的預測模型的建立，在建立的模型中，LS-SVM模型比PLS模型能獲得更滿意的預測效果，因此，應用光譜技術可以實現發動機潤滑油動力粘度值的快速無損檢測。張瑜等[8] 研究了基于可見-近紅外光譜技術的發動機潤滑油粘度和含水率的快速檢測方法，在獲取可見-近紅外光譜信息的基礎上，采用廣義回歸神經網絡分別建立了粘度與含水率的預測模型，預測集樣本的確定系數分別達到了0.9818和0.9999，說明可見-近紅外光譜技術能夠用于發動機潤滑油的含水率與粘度的預測。杜傳斌等[9] 通過近紅外光譜分析技術實現了運動粘度指標的簡便、快速、無換檢測，他們在對航空液壓油樣品進行測定以后，建立了建立了偏最小二乘法（PLS）模型和PLS與誤差反向傳播神經網絡相結合（PLS-BP）的模型，并用相關系數（RC）和標準校正偏差（5EC）評價模型，研究發現RC和5EC分別為0.978和0.990，均表現出較好的預測效果。因此，基于紅外光譜的在線監測技術研發是機油黏度在線監測技術研究的熱點內容。

然而，根據不同的機器設備特點，研制相應的粘度在線監測裝置是機油黏度在線監測技術實際應用拓展的重要的內容。如姚智剛等[10] 針對現代遠洋船舶流動性工作特點及機械潤滑磨損狀態監測實時性要求，開發了一套集油液磨粒監測和黏度檢測的在線監測裝置，該裝置具有結構緊湊、尺寸小、安裝方便等特點，測試試驗分析表明：該集成裝置具有良好的穩定性，能快速實現油液磨粒含量、黏度趨勢分析及超限報警，該油液在線監測裝置的集成實現，滿足了后續集成檢測

的可靠性要求。蔣璐璐等[11] 提出了一種應用可見/近紅外光譜技術進行汽車潤滑油黏度快速無損監測的新方法，研究發現連續投影算法（SPA）是一種有效的特征波長提取方法，這有利于車載潤滑油黏度快速檢測儀器的開發。

傳感器是機油黏度在線監測系統中的重要部件，其影響著系統的監測精度和監測效率，因此，機油黏度在線監測傳感器的研究是在線監測系統研究的重要組成部分。張峰等[12]為實現對潤滑油多信息的狀態監測，開發了基于石英晶體微天平（QCM）的同時監測潤滑油粘度和磨損顆粒的復合傳感器，并進行了傳感器不同油溫條件下的穩定性等系列實驗，研究發現，該型傳感器對潤滑油黏度和磨損顆粒量的變化有較高的線性響應和靈敏度，能準確測量潤滑油黏度及磨損顆粒含量，且穩定可靠。趙曉等[13] 運用深圳先波科技公司生產的FWS-2黏度傳感器以及PQM-1鐵顆粒傳感器進行實驗，研究發現該傳感器可以在線準確測定機油粘度和鐵磁性磨損顆粒濃度，從而精確測定機油品質，對維持某油機的正常運轉具有重要意義，同時也可應用于各類大中型動力機械、齒輪箱、機油泉和汽輪機的機油質量的實時監側中。陳閩杰等[13] 開發了一種基于振動法的在線監測潤滑油黏度傳感器，在恒溫和變溫狀態下，通過實驗室和柴油機臺架實驗側試傳感器對潤滑油黏度的響應，溫度對傳感器的影響及傳感器的穩定性，研究發現該傳感器對潤滑油黏度變化具有較高的響應和靈敬度，能準確測量潤滑油黏度，且穩定可靠。因此，機油黏度在線監測傳感器的研究對實現監測技術的實際應用范圍有重要意義。

3展望

機油黏度在線監測技術目前是國內外研究的一個熱點，其具有很好的實時性和連續性，有效的克服了離線分析中眾多的局限性，有著較高的經濟意義和環境意義。但在穩定性、可靠性和精度方面需做進一步努力，為實現機油黏度在線監測的進一步發展，需從以下幾方面進行努力。

（1）加強傳感器研發，著重提高傳感器的穩定性、可靠性和精確性。傳感器影響著監測系統的精確性和效率，因此，提高傳感器的穩定性、可靠性和精確性是提高監測系統的必要措施。

（2）提高傳感器的集成性、降低傳感器的使用成本，而傳感器的監測內容和使用成本影響著監測系統的應用范圍，因此，提高傳感器的集成性和降低傳感器的使用成本對推廣監測技術的應用的有重要意義。

參考文獻：

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[13]趙曉，陳閩杰，張晨龍，等. 基于振動法的在線監測潤滑油黏度傳感器測試 [J].潤滑與密封，2012，37（7）：102～105.