一种润滑油含水量检测装置及其检测方法

摘要

本发明公开了一种润滑油含水量检测装置及其检测方法，所述的装置包括平台、微流控芯片、驱动组件、样品聚集组件、红外发射组件、光接收组件、信号及数据处理组件，所述的平台为暗室结构，红外发射组件与平台连接，微流控芯片和光接收组件固定在平台内，微流控芯片分别与驱动组件、样品聚集组件连接，光接收组件与信号及数据处理组件相连接。本发明利用润滑油和水的红外吸收波长不同，从含水润滑油的近红外光谱中提取出对水的吸收比较敏感的特定波长，通过监测特定波长下，经过被测润滑油的透射光功率随含水率的变化情况，就可得到对应的含水率值。本发明通过观察信号衰减量就可以得到含水量，避免了化学检测方法的繁琐程序，大大缩短了检测时间。

说明书

技术领域

发明涉及一种含水量的检测技术，特别是一种润滑油含水量检测装置及其 检测方法

背景技术

润滑油是机械设备的“血液”，它在机械设备中起着密封、润滑、减磨、冷 却、清洗、减振和防腐等重要作用。润滑系统以及润滑副元件的寿命与润滑油 的清洁度有着很密切的关系，其中润滑油中的水污染是最常见的污染之一，科 学准确的获得水分含量测量结果，是目前润滑油污染度检测的主要目标。

目前对于润滑油含水量检测的方法主要有：蒸馏法、电容法、电磁波法和 电导率法等。

蒸馏法，是一种传统的离线检测方法，即将所取的油样品中加无水溶剂， 在水分测定仪中蒸馏，最终将油水分离，分别测量油、水的质量，从而得到原 油质量含水率，由样品的含水率便可推断出整个油品的含水率情况。这种离线 的检测方法不仅检测周期长、成本高、程序繁琐，而且过分依赖实验人员获得 和处理实验数据，不能实时地反映润滑油的含水量。

电容法，即利用水和油的介电常数相差很大的原理实现原油含水率检测， 含水率的微小变化，会引起润滑油介电常数的较大变化，可将介电常数的变化 反映为电容值的变化，通过测量电容值就得到了含水率。但该检测方法易受到 温度和杂质积聚等很多因素的影响，容易产生计量漂移，长期稳定性差等缺点。

电磁波法，即根据油和水的物理性质不同，它们对电磁波吸收能力也有很 大差别，利用震荡电路，将电能转化为电磁波，并将其辐射到油水混合物中， 并对穿过混合流体的电磁波进行接收，含水率不同时，混合流体对电磁波的吸 收也不同，通过接受到的电磁波的强度来检测原油含水率。其缺点是油中通常 含有其它杂质，不同杂质的吸收能力不同会影响测量精度，且探头制作复杂， 成本高，使用和维护困难，所以实际应用比较少。

电导率法，即利用油和水的电导率差异很大的特点，将相互平行且距离固 定的两块极板（或圆柱电极），放到被测溶液中，在极板的两端加上一定的电势， 然后通过电导仪测量极板间电导。该方法有许多限制条件，如测量值与流体流 态有关，电导率与液体离子浓度有关等。

综上分析，润滑油含水量实时准确的检测是润滑油污染度检测急需解决的 关键问题。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可实现检测结果准确 且可实时在线测量的润滑油含水量检测装置及其检测方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种润滑油含水量检测装置， 包括平台、微流控芯片、驱动组件、样品聚集组件、红外发射组件、光接收组 件、信号及数据处理组件，所述的平台为暗室结构，红外发射组件与平台连接， 微流控芯片和光接收组件固定在平台内，微流控芯片分别与驱动组件、样品聚 集组件连接，光接收组件与信号及数据处理组件相连接。

所述的微流控芯片由基片和盖片构成，所述的盖片表面设有两个样品储液 池，两个样品储液池之间设有连通的样品通道，样品通道内设有检测区域，样 品通道的检测区域内设有微电极，样品储液池内设有驱动组件。

所述的样品聚集组件由微电极和函数发生器构成，所述的微电极安装在微 流控芯片样品通道的检测区域内；

所述的红外发射组件由单片机、功率放大电路和红外光源构成，所述的单 片机与功率放大电路和红外光源依次串联连接；

所述的信号及数据处理组件由放大器、滤波电路和数模转换器构成，所述 的放大器与滤波电路和数模转换器依次串联连接。

本发明所述的的驱动组件为压力驱动组件。

本发明所述的的光接收组件为探测红外光的装置，所述的探测红外光的装 置包括光电导探测器。本发明所述的光电导探测器为硫化铅光电导探测器。

本发明所述的基片的材料为玻璃，所述的盖片的材料为聚二甲基硅氧烷。

一种润滑油含水量检测装置的检测方法，包括如下步骤：

A、将含水润滑油的样品加入到样品储液池，开启驱动组件，使含水润滑油 沿着样品通道流动；开启红外发射组件、光接收组件和信号及数据处理组件； 红外发射组件中的单片机输出一定的脉冲驱动红外光源，获得合适的光强，便 于检测；

B、开启样品聚集组件，由函数发生器提供高频低压电，使样品通道的检测 区域里形成高强度电场，使润滑油中分散的微水滴在电场力作用下朝着电场强 度高或低的区域运动；

C、流经检测区域的润滑油中的微水滴在样品聚集组件的作用下形成大水 滴；

D、光接收组件将光转换为电信号，电信号通过信号及数据处理组件转换为 数字信号，所述的电信号为电压信号；通过电压信号幅值大小判断水分含量； 如电压信号衰减大，则表示水分含量大；反之，则表示水分含量小；通过电压 信号的衰减量得出对应的润滑油水含量的百分比。

与现有技术相比，本发明具有下列优点：

1、本发明利用润滑油和水的红外吸收波长不同，从含水润滑油的近红外光 谱中提取出对水的吸收比较敏感的特定波长，通过监测特定波长下，经过被测 润滑油的透射光功率随含水率的变化情况，就可得到对应的含水率值。

本发明用红外吸收方法检测润滑油含水量可以直接对润滑油样品进行检 测，无需预处理，不需要对样品添加任何的试剂进行处理，因此不会污染样品。

2、本发明用红外吸收方法与常规的化学检测方法相比，检测时间非常短， 通过观察信号衰减量就可以得到含水量，避免了化学检测方法的繁琐程序，大 大缩短了检测时间。

3、本发明采用样品聚集组件，在低压高频电压下使微流控芯片通道内形成 非均匀电场，在电场力作用下使分散在油液里的微水滴运动并聚集在检测区域， 避免了单个水滴通过检测区域时信号衰减不明显的弊端，进一步提高了检测装 置的灵敏度，使检测结果更准确。

4、本发明由于采用微流控芯片作为润滑油含水量检测的微平台，而相关的 光电检测设备亦可采用体积较小的结构形式，因此，相对于现有大型检测设备， 本发明具有体积小、结构简单、能够实时在线检测等优点。

5、本发明克服了现有润滑油含水量检测方法中存在的无法实时在线检测、 检测设备昂贵、程序繁琐、测量误差较大等问题，从根本上解决润滑油含水量 检测问题。这将对于提高设备运行的稳定性、可靠性，实施视情维修与预防维 修，降低维护费用，减少事故的发生具有重要的意义。

附图说明

本发明共有附图3幅，其中：

图1为润滑油含水量检测装置结构示意图；

图2为微流控芯片结构示意图；

图3为含水润滑油样品的检测结果。

图中：1、红外发射组件，2、微流控芯片，3、光接收组件，4、信号及数 据处理组件，5、驱动组件，6、样品聚集组件，7、平台，8、盖片，9、样品储 液池，10、样品通道，11、微电极，12、检测区域，13、基片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图1-2所示，一种润滑油含水量检测装置，包括平台7、微流控芯片2、 驱动组件5、样品聚集组件6、红外发射组件1、光接收组件3、信号及数据处 理组件4，所述的平台7为暗室结构，红外发射组件1与平台7连接，微流控芯 片2和光接收组件3固定在平台7内，微流控芯片2分别与驱动组件5、样品聚 集组件6连接，光接收组件3与信号及数据处理组件4相连接。所述的微流控 芯片2由基片13和盖片8构成，所述的盖片8表面设有两个样品储液池9，两 个样品储液池9之间设有连通的样品通道10，样品通道10内设有检测区域12， 样品通道10的检测区域12内设有微电极11，样品储液池9内设有驱动组件5。 所述的样品聚集组件6由微电极11和函数发生器构成，所述的微电极11安装在 微流控芯片2样品通道10的检测区域12内；所述的红外发射组件1由单片机、 功率放大电路和红外光源构成，所述的单片机与功率放大电路和红外光源依次 串联连接；所述的信号及数据处理组件4由放大器、滤波电路和数模转换器构 成，所述的放大器与滤波电路和数模转换器依次串联连接。所述的的驱动组件5 为压力驱动组件。所述的的光接收组件3为探测红外光的装置，所述的探测红 外光的装置包括光电导探测器。本发明所述的光电导探测器为硫化铅光电导探 测器。所述的基片13的材料为玻璃，所述的盖片8的材料为聚二甲基硅氧烷。

一种润滑油含水量检测装置的检测方法，包括如下步骤：

1、将20μL含水润滑油的样品加入到样品储液池9，开启驱动组件5，使 含水润滑油沿着样品通道10流动。开启红外发射组件1、光接收组件3、信号 及数据处理组件4；红外发射组件1中的单片机输出一定的脉冲驱动红外光源， 获得合适的光强，便于检测；

2、开启样品聚集组件6，由函数发生器提供高频低压电，使样品通道10的 检测区域8里形成高电场强度，使润滑油中分散的微水滴在电场力作用下朝着 电场强度高（或低）的区域运动；

3、流经检测区域8的润滑油中的微水滴在样品聚集组件6的作用下形成大 水滴，吸收了大量的红外光，使信号减弱衰减，避免了单个水滴通过检测区域 时信号衰减不明显的弊端。

4、光接收组件3将光转换为电信号，电信号通过信号及数据处理组件4转 换为数字信号，所述的电信号为电压信号；通过电压信号幅值大小判断水分含 量；如电压信号衰减大，则表示水分含量大；反之，则表示水分含量小；通过 电压信号的衰减量得出对应的润滑油水含量的百分比。结果见附图3。