油液在线监测电容传感器的研制及在线测试方法研究

摘要

润滑油在企业巨大的维护保养成本中所占的费用很少，但其作用是极为重要的。良好的润滑就需要合理使用润滑油，随时监测润滑油的使用状况，保证合理的换油时机，确保润滑的安全性和有效性。油液监测技术主要对油的理化性能和油中磨粒含量进行监测，可及时了解设备的工作状态和油液的污染情况，做到按质换油和欲知维修。目前该技术被越来越多的企业重视，开发了多种油液监测仪。 润滑油是一种复杂的混合物，可以看作是弱极性液体电介质，介电常数大约为2.0左右。当油液中的机械杂质、酸值、水分等污染物含量变化时，油液的介电常数将发生相应的变化。本文基于介电常数法润滑油在线监测理论分析，结合电容传感器的优点，从工业应用角度出发，设计了一种新型的两对半圆形极板交错式电容传感器，从而避免了极板污染物沉积而引起的灵敏度下降和不便于清洗等传统油液监测电容传感器的弊端。该传感器通过监测油液介电常数的变化，便可以获知油液的污染及衰变情况，达到对在用润滑油在线监测的目的。 根据电磁场的基本理论，对传感器的电容值和极板的电荷密度进行了理论计算，并应用ANSYS软件对传感器检测场的电势和场强分布进行了分析，得知检测场内部灵敏度分布不均匀。为使传感器获得灵敏度高而均匀的检测场，保证油液中污染物含量的测量不受流型及分布的影响，对传感器的结构和尺寸进行了优化。 设计了基于CAV424和AM402的检测和报警电路，可以将传感器电容量的变化，转化为工业上便于传输的4～20mA的电流，监测润滑油污染及衰变情况。利用本课题所研制的传感器进行了实验，研究润滑油中主要污染(水、酸、金属磨粒)与油液介电常数变化的关系，应用MATLAB软件绘出了关系曲线图，并确定机油润滑油污染的报警阈值。 本课题所研制的传感器适用于工作环境恶劣、需要连续工作的大型设备和大型车辆，具有体积小、成本低、操作简单，便于安装和在线测量的优点。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1油液监测技术概述

1.2油液监测技术的现状与发展趋势

1.2.1.国外油液监测技术的发展情况

1.2.2国内油液监测技术的发展情况

1.2.3油液监测技术发展的趋势

1.2本课题研究的背景、目的及意义

1.2.1选题的背景

1.2.2课题研究的目的

1.2.3本课题研究的意义

1.3本课题的主要工作

第2章 油液监测技术的原理及方法

2.1润滑油的作用及组成

2.1.1润滑油的作用

2.1.2润滑油的组成

2.2润滑油污染成因及监测技术原理

2.2.1润滑油污染成因

2.2.2润滑油监测原理

2.3油液监测方式及监测方法

2.3.1油液监测方式

2.3.2油液监测方法

2.3.3油液监测方案确定

第3章 介电常数法油液监测电容传感器的工作原理

3.1电容传感的特点及设计要点

3.1.1电容传感器的特点

3.1.2电容传感器设计要点

3.2介电常数法监测润滑油品质的理论基础

3.2.1静电场中电介质的运动规律

3.2.2介质在交变电场下的极化规律

3.2.3平板电容器的油液介电常数分析

3.2.4与油液介电常数紧密相关的理化指标

3.2.5影响介电常数的外界因素

3.2.6油液监测报警参考值确定的理论分析

第4章 电容传感器的结构设计及优化

4.1传感器的结构选型

4.2传感器电容值的理论计算

4.3传感器的特性分析

4.4应用ANSYS软件对传感器内部电场仿真分析

4.4.1 ANSYS简介

4.4.2传感器内部电场的仿真分析

4.5传感器结构及尺寸主要参数优化

4.5.1传感器主要参数优化的理论依据

4.5.2正交实验法对传感器的主要参数优化

4.6传感器极板的优化排列

4.6.1传感器极板结构再优化的必要性

4.6.2传感器极板优化排列方案

4.7传感器主要尺寸参数的确定

4.8传感器材料的选取

第5章 电容传感器检测电路的设计

5.1几种电容传感器检测电路的介绍

5.2电容信号转换成电压信号的集成电路CAV424

5.2.1集成电路CAV424功能简介

5.2.2集成电路CAV424的特点

5.2.3集成电路CAV424的工作原理及设定

5.3电压电流转换接口电路AM402

5.3.1集成电路Am402的工作原理简介

5.3.2集成电路Am402的特点

5.3.3集成电路AM402功能模块简介

5.3.4集成电路AM402的设定与应用电路

5.3.5 CAV424与AM402电路联接

5.4报警电路的设计

第6章 传感器的测试实验研究

6.1实验目的

6.2实验操作中的注意事顶

6.3实验的步骤

6.4实验的内容

6.4.1测量电路的调整

6.4.2传感器的电容值与油液介电常数曲线关系

6.4.3传感器寄生电容值的估测

6.4.4传感器测量电路的输出电流与待测电容的曲线关系

6.4.5润滑油中的水、酸、磨粒含量对介电常数影响的研究

6.5实验结论

6.6介电常数报警阈值的确定

6.7传感器在线测试验证

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢