润滑油在线监测传感器技术 油质监测

一、粘度在线监测

　　粘度/黏度是衡量油品润滑能力的一个重要指标。对油品黏度监测，是判断设备润滑磨损状态、确定是否换油的重要依据。当润滑油经过被润滑的摩擦副表面时，局部的高温高压会使在用润滑油氧化，同时各种氧化产物的生成和外界污染杂质的掺入，如油泥、积炭、漆膜、粉尘、泥沙等，也会降低润滑油的流动性，导致黏度升高。因此，实时监测设备润滑油黏度变化能及时反映在用油品质量状态及剩余寿命。

　　目前，基于不同专利技术的在线黏度监测传感器均已投入市场，具有代表性的是美国Cambridge Viscosity公司生产的多款在线式工业用黏度传感器，如图a所示为其中一款。该在线监测传感器技术采用基于简单和稳定的电子式概念，探头内两组线圈在一个连续电磁力的作用下来回移动一个微型活塞，电路分析活塞来回移动行程的时间，从而测量油液的绝对黏度。同时，位于活塞上方的导流装置，将液体导入测量室，活塞持续运动以不断更新样品，同时机械摩擦不断擦洗测量室。一个内置的RTD温度测量探头，实时测量测量室的温度。其次，美国精量MEAS推出的一款新型在线油液监测黏度传感器如图b所示，该传感器利用了音叉的机械谐振，可同时测量流体的黏度、密度、介电常数和温度参数。另外，美国TRW Conekt公司研制的采用测量油液吸收与之接触的材料产生的剪切波能量是该液体黏度的函数原理技术开发的一款新型嵌入式油液黏度传感器，应用到了汽车发动机油在线监测。在国内，深圳先波科技有限公司也开发了一款基于超声波振动技术的工业级FWS-3型在线黏度传感器，如图c所示，该传感器技术达到国际先进水平，测试精度高，长期稳定，无运动部件，无维护。

二、水含量在线监测

　　水含量/水分是指油品中水含量的多少。润滑油中的水分会促使油品乳化、氧化，降低油品黏度和油膜强度，增加油泥，加速有机酸对金属的腐蚀，使润滑、绝缘等效果变差。实验表明，随着含水量逐渐增加，润滑油的抗磨性逐渐下降，当含水量超过0.4%达到1%甚至更高的时候，抗磨性急剧下降，润滑油的润滑性丧失。因此，实时监测滑油中的含水率，能提前预测设备故障的发生。

　　国内外开发的油液在线水分监测传感器技术主要采用电学方法，其原理就是利用油液的电化学性能如介电常数能反映油品污染状况，而水分污染对油的电化学性能参数又特别敏感这一特性实现的。传感器采用的电学方法主要分为电容法和电阻法。电容法将油液及其中的污染物作为一个特别构造的电容器电介质，水分等存在及数量引起介电常数变化，从而改变这个电容器的电容量。传感器通过对电容量变化大小的检测实现对油液中水分的状态监测。

　　Kittiwake公司开发的在线水分传感器[图ａ]、美国迪沃森公司开发的EASZ-1型在线水分监测传感器[图b]、Lubrigard公司开发的油质在线监测传感器[图c]，国内先波科技开发的FWD-1在线监测润滑油含水率的传感器以及西安交通大学润滑理论与轴承研究开发的润滑油液微量水分传感器探头，都通过测量油液中的介电常数来反映油液含水率的变化。国外先进的传感器应用都具有选择性，量程范围可以根据客户需要设定选择，如EASZ-1型在线水分监测就分0~1%，0-3%，0-10%，0~25%等系列，并可以通过标准信号输出实现远程监控。
　　电阻式在线监测传感器主要是通过测量油液的电阻率来实现对水分及其他污染物的监测。油液电阻率的大小与其中的水分、磨粒等其他污染质含量有关，在一定条件下测出油液电阻率的变化，便可分析出润滑油品质的变化程度。先波科技研发的一款在线油液水分监测传感器[见下图]即是采用测量油质电阻抗变化实现的。

三、油液污染度在线监测

　　机械设备润滑和液压系统中油液污染的程度可用润滑油颗粒物定量表示。油液污染度是指单位体积油液中固体颗粒污染物的含量，而固体颗粒如磨损颗粒、氧化物、粉尘等，是油液中最主要、危害最大的污染物，是引起摩擦副表面磨损、刮伤、机件卡阻等故障的主要原因。

　　常用的方法有称重法、计数法和半定量法等。目前自动颗粒计数器在油液污染分析中应用广泛，其原理分为遮光型、光散型和电阻型等。而遮光型颗粒计数器是目前应用最广泛的一种，其方法是使一定体积的样品流过仪器传感器，用光遮挡法(也称光阻法)检测出大于某粒径的颗粒数量，然后计算并显示出大于该粒径的颗粒数或浓度。一次取样可同时测量、判别几种粒径。美国ICM公司生产的在线式颗粒计数器[图a]和德国ARGO公司生产的OPCom在线式污染度监测装置[图b]均采用工业界认同的遮光技术。国内，天津罗根科技有限公司自主开发的KZ-1，2系列在线式颗粒计数器[图c]亦采用光阻法(遮光式)原理，内置GB/T 14039-2002 ( ISO4406: 1999)、 NAS1638等颗粒污染度等级标准，并可根据用户要求内置所需标准，准确度为±0.5个污染度等级。