法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2016-01-20
授权
授权
2012-06-27
实质审查的生效 IPC(主分类):G01F23/26 申请日:20110318
实质审查的生效
2011-11-02
公开
公开
本发明涉及用于机械的油的领域，例如用在内燃机中的润滑油和输电变压器中的绝缘 油。本发明特别是有关于用于检测在使用的油的油位，油在含水时和不含水时的变质程度的 传感器及方法。
背景技术
现时用于检测油位和油变质的检测器和方法是众所周知的。以下20个专利和专利申请 是与本发明有关的最接近的参考。
1、美国专利第4,517,547号在1985年5月14日授予加理(Gary)等人题为“检测水在 燃料油中的传感器电路和方法”(此后为“加理的专利”)；
2、美国专利第4,646,070号在1987年2月24日授予雅苏哈喇(Yasuhara)等人题为“油 变质检测器方法和装置”(此后为“雅苏哈喇的专利”)；
3、美国专利第4,764,258号在1988年8月16日授予考夫曼(Kauffman)题为“为评估 烃油的剩余的可使用寿命的方法”(此后为“考夫曼的专利”)；
4、美国专利第5,540,086号在1996年7月30日授予派克(Park)等人题为“油变质传 感器”(此后为“派克的第一个专利”)；
5、美国专利第5,929,754号在1999年7月27日授予派克等人题为“高灵敏检测油变 质和油位的电容性传感器”(此后为“派克的第二专利”)；
6、美国专利第6,297,733号在2001年10月2日授予派克等人题为“稳定、可靠的检 测油变质和油位的电容性传感器”(此后为“派克的第三个专利”)；
7、美国专利第5,377,531号在1995年1月3日授予谷门(Gomn)题为“便携式的换油分 析仪”(此后为“谷门的专利”)；
8、美国专利第4,733,556号在1988年3月29日授予梅赤勒(Meitzler)等人题为“检 测在内燃机中的润滑油状况的方法和装置”(此后为“梅赤勒的专利”)；
9、美国专利第6,278,282号在2001年8月21日授予玛闸莱克(Marszalek)题为“确定 油质量的方法和系统”(此后为“玛闸莱克的专利”)；
10、美国专利第6,590,402号在2003年7月8日授予王(Wang)等人题为“检测发动机 润滑油状况的传感器”(此后为“王的第一个专利”)；
11、美国专利第6,535,001号在2003年3月18日授予王题为“检测油状况的方法和设 备”(此后为“王的第二专利”)；
12、美国专利第6,577,112号在2003年6月10日等授予鲁伏越去(Lvovich)等人题为 “监视高电阻值流体的质量或状况的方法和装置”(此后为“鲁伏越去的专利”)；
13、美国专利第7,143,867号在2006年12月5日授予乔普拉(Chopra)为“电子式油位 检测和替换系统”(此后为“乔普拉的专利”)；
14、美国专利申请第2006/0232267号由西蕾蕾(Halalay)等人所申请在2006年10月 19日公开的题为“确定在使用中的润滑油的质量”(此后为“西蕾蕾的专利申请”)；
15、美国专利第6,718,819号在2004年4月13日授予斯库师(Schoess)题为“油质量 传感器的系统、方法和装置”(此后为“斯库师的专利”)；
16、美国专利第6,278,281号在2001年8月21日授予鲍尔(Bauer)等人题为“流体状 况监示器”(此后为“鲍尔的专利”)；
17、美国专利第6,014,894号在2000年1月18日授予赫伦(Herron)题为“马达传感器 系统”(此后为“赫伦的专利”)；
18、美国专利第6,917,865号在2005年7月12日授予阿瑞雅(Arai)等人题为“确定机 器润滑油变质的系统和方法和发动机控制单位”(此后为“阿瑞雅的专利”)；
19、美国专利申请第2006/0114007号由周(Cho)所申请在2006年6月1日公开的题为 “用于扫描发动机油状态的装置，方法和测量传感器”(此后为“Cho的专利申请”)；和
20、中国专利第03140986.5号在2007年10月3日授予孙(Sun)题为“检测油变质的方 法”(此后为“孙的中国专利”)；和
21、美国专利第7,729,870号在2005年7月12日授予孙(Sun)题为“检测油变质程度 和油位的方法”(此后为“孙的美国专利”)。
加理的专利展示了一种测量燃油中含水的方法和其应用的传感器电子线路。该发明运 用一参照电容器和一可变电容器并联连接，并用一交流振荡器交替地为这两个电容器充电和 放电。该充放电是在两个电位：第一电位和第二电位之间进行。电流通过参照电容器的绝对 辐度值反比于可变电容器的电容量，这样通过检测电流辐度值的大小，来反映可变电容值的 变化。如果这可变电容器是安装在车辆的燃油箱里，燃油中的水份会增大该电容器的电容值。 相应的流经参照电容器电流的数值会减小。这样通过检测参照电容器的电流数值，就可以用 来判断燃油中的水份含量。
雅苏哈喇的专利提供了一种测量油变质程度的检测器和方法。该方法是通过检测油的介 电常数来判断用在内燃机中的润滑油变质的程度。这种检测器凭借着一个浸在油中的具有平 行电极的传感电容器和一个有固定电容值的电容器相串联而引成一个电压分压电路。在该电 压分压电路上加上有一个固定频率的交流电流信号，从而在传感电容器上的电压值就正比于 油的介电常数，这样可通过分析该介电常数的变化来判断油变质的程度。该发明使用的交流 频率在50千赫到500千赫之间。
考夫曼的专利公布了一种检测润滑油的剩余的可使用寿命的方法。该方法适用于至少含 有一种以上添加剂的有机润滑油。在制备测试样品时，先用一种溶剂与油样相混合。在某些 情况下，电介质可作为溶剂。然后样品被放置在一电极池中，用伏安法来测量。在测量过程 中逐渐增大在样品上所加的电压至某一数值时，引起样品的电氧化反应，相应有氧化电流产 生，该电流数值与添加剂的含量成正比。检测和记录这种氧化电流的峰值，可以用来反映润 滑油剩余的可使用的寿命。
派克的第一个专利展示了一种油变质程度的检测器，该检测器包括有由二并行板组成的 一油变质程度电容器和含有一固定值的参照电容器的总参照电容器。这样由于有处置在平板 间的被测油，油变质电容器和总参照电容器具有相应的电容量。该电容量的大小就是对油变 质的一定量指示。另外，该油变质程度检测器并具有固定在检测器基板上的热电敏电阻，其 可用来补偿油变质指示数值受温度波动的影响。该检测器又含有一电子线路，该线路利用相 应的油变质电容器和总参照电容器的电容量来产生对油变质的定量描述。
派克的第二个专利公开了一个组合的电容性的检测油变质和油位的传感器，该转感器包 括了一导电的园柱形的外壳结构。在该结构中有一作为接地电极的导电的屏闭元件，和又有 一用作为测量电极的导电的中心元件。该传感器同时又包括了电子元件。其用于产生对安置 在两电极间的油变质的指示信号，还产生对沿园柱形传感器长度方向变动的油位的信号。该 传感器对油位的监视是从检测由油介电常数决定的电容量C，和由油位决定的电容量CL的比 值来达到的。
派克的第三个专利所公开的传感器的主要结构同在派克第二个专利中的传感器的结构 相类似。另外，在派克第三专利中的传感器所应用的电子线路中，有至少一个是用来消除在 两电极间的电流。因该电流可能会导致杂质堆积在组成电容器的两电极上。而堆积的杂质对 传感器的输出信号可能会产生干扰。该专利并公开了该组合的油变质和油位传感器的电容器 量正比于ε*L。其中ε是油的介电常数，L是中心电极的有效长度。这样油位影响到中心 电极的长度也就影响到传感器的电容量。
谷门的专利公开了一台便携式、在实验室里使用的测试油的换油分析仪，其包括了一油 黏度分析仪和污染分析仪。油污染分析仪根据光学原理：即增加油污染程度的样品降低了透 过它的光的强度而工作。该换油分析仪对油质量的判定取决于其的黏度和污染测试的结果。
梅赤勒的专利公开了一检测油变质的系统。其由一浸在待测油中的检测电容器和一浸在 新油中的参考电容器所组成，而且该两电容器的结构完全相同。在应用时，在两电容器上加 上相同的交流频率。测量相对参照电容器的、在含有被测油的检测电容器上的响应的频率差。 然后根据响应的频率的改变是正比于与油的老化有关的黏度的改变来判断油的变质。
玛闸莱克的专利公开了一检测润滑油质量的方法。该方法包括了一有两个电极的传感 器。在应用时，先在浸在一使用油中的传感器的电极上加以有第一幅值的电压，测试由该幅 值电压产生的相位差。然后将电压幅度加大到第二幅值，再测量相应的相位差。这样该方法 就能根据相位差的大小来决定油的质量。
王的第一专利公开了一检测机油是否混有抗冷疑剂的方法。该方法应用了在浸在使用油 中的一传感器上加上一系列不同的电压后，测量由该电流传感器输出的相应的系列性电压。 再与一参照电压相比较后，决定每一输出电压的差值。最终根据相比较的电压差值后，可决 定油中是否存有冷抗凝剂。
王的第二个专利公开了一检测油状态的装置。其包括了由相间电极组成的、并在电极间 隔间填充了一机器的润滑油的一润滑油传感器。该电极并同一计算机相连。这样根据由传感 器输出的第一、第二和第三信号的趋向，该装置能被用来决定润滑油是否有相应的第一、第 二和第三阶段的油的变质。
鲁伏越去的专利公开了一监测高电阻流体的装置和方法。该方法包括应用至少有二个电 压值的一交流信号，其中至少一个交流电压被加有一不为零的直流电压的电位，来测量流体 的电学响应包括电阻抗及其实部和虚部的分量，从而决定该流体的质量。
乔普拉的专利公开了对油位和油替换系统的发明。该发明应用了浮在油上的一浮体的高 度可反映油位高度的原理。这样浮体垂直高度的改变会引起一活塞打开和关闭与一储油器相 连通的通道的运动。从而就可以自动地进行油的替换。根据同样的原理，应用另一个浮体随 油位的变化，就可以打开相应的一低油位或高油位的电子开关。这样该方法可达到用电子的 方法来测量油位的目的。
西蕾蕾的专利叙述了测量一使用油的电阻率随时间变化而变化的方法，并叙述了该电阻 率的变化是与油的粘度的变化相一致。这样该方法就可以被用来测量油的变质以及相应的油 的剩余的有用量。
斯库师的专利公开了一决定内燃机润滑油状态的包括有一传感器的装置。该传感器有在 一不导电高分子薄膜上的众多的由二相间电极组的电极组。并用一能输出具有波动型电压的 电阻抗线路来连接该传感器的输入电极，而且用加在该电极上的输入电压作为一公共的电 压。这样可得到经由在传感器的输出电极上存在的输出电流而转化为的一相应的电压值。根 据该电压值的大小，该装置能决定油的状况。并在电压值跌入到一预定的量程时，显示出一 表示有问题的信号来对使用者作出预警。
赫伦的专利公开了用来检测在内燃机一密封的润滑油箱内有否水存在的传感器系统。其 由众多的导电的和不导电的片状园环相间排列而组成。该系统并被按装在内燃机密封的油箱 内的传动轴上。每一导电的园环与一在远端的警示电子线路相联接。另外，在园环上还有众 多的围绕该转动轴园周分布的并沿园环经向排列的传感器的导电元件部份。这样，如果水份 进入了正在运转的内燃机之中，油水混合物就会充填到一个或多个在两个相邻的传感器导电 元件之间的间隙当中，这样就连通了警示电子线路的回路，并能给发动机的操作者发出一水 在发动机的油中的警示信号。
阿瑞雅的专利公开了一判断引擎润滑油变质的系统，包括有一检测内燃机转速的曲轴角 速度传感器。其应用一电子部件来计算用以指示机油变质的累积的机器运转圈数。该系统又 包括有一检测油位的油位传感器。其由一安置在高位置和低位置的电子开关所组成。基本上 该高位开关用来监测达到预计的较高限度的油位，该低位开关用来监测达到预计的较低限度 的油位。根据以上原理，该发明的油位传感器能用来显示实际的油位。
周的专利申请是有关于用来检测一车辆发动机机油的装置、方法和检测传感器。该发明 申请中包括了一主要用于检测油变质的黏度传感器和监视油位的油位传感器。该油位传感器 具有一管状的并施加了电流的输入电极，和另一管状的与输入电极有同心轴的油位电极。油 位电极并与输入电极的内表面相间隔，所以其可以接收从输入电极传输来的电流。这样油位 可以根据由测量得到的处于油位电极和输入电极之间油的电容量和介电常数来计算得到。
孙的中国专利公开了检测油变质的方法。其包括了应用有一检测和参照电容器的第一实 施方案。这样由于温度的波动造成的检测电容器电学性质的波动可以由参照电容器的同样的 电学性质的波动来补偿。从而获得检测电容器的经温度补偿的电学性质，其代表了一被测油 的变质程度。按照同样的方法，该方案可以得到被检测油的包括其在未使用过时和使用尽时 的电学性质。然后根据测量的经温度补偿的被测油的电学性质，可以计算得到油的剩余使用 率，从而可以得到其剩余的可使用量。除此之外，该专利还公开了多种用来描述油中存水的 方法。
孙的美国专利检测油变质和油位的方法是用于检测油的状况，包括油量为最低限量值 时的油位，油在无水分时的正常变质及其具有的剩余使用量，和油在有水分时的非正常变质。 该发明的第一实施方案应用了一参照和检测电容器来获得测量的经温度补偿的被测油的电 学性质，从而导出被测油的测量的和预计的油的剩余使用量。这样上述的油位、油的正常或 非正常变质可以根据相应的测量的油的剩余使用量是大于、或类似、或小于预计的剩余使用 量来判断。该发明的第二实施方案，仅使用检测电容器来获得测量的油的电学性质。对以上 二方案的优化是应用至少二个检测电容器来检测油系统里的油的非均匀变质和油位的全程 变化。
可以理解到，虽然孙的中国和美国专利公开了一种独特的方法：应用了包括一电容器的 检测传感器在交流电压的作用下来检测包括油的变质和油位在内的在使用的油的状况，但仍 然有空间来改进该种具有两电极的传统电容器，特别是在有关于它的电学特征和作为检测技 术关键的电信号的输出幅度上。这是因为该电容器的输出幅度是受限于包括在两电极间的空 间。至于该电容器的电学特征，可知、两电极的电学极性随被施加了的交流激励信号的交替 变化而变化，因而该电容器具有一交替变化的电场。当该电容器的交替变化的电场被暴露在 包围它的一个环境电磁场中时，如果该电容器不具有电学屏蔽的话，就很有可能产生在电容 器的电场和环境电磁场之间的交叉干扰。
由上述可知，现实存在着一个迫切的要求。该要求希望能有一种具有改进了的电学性质 和输出幅度的传感器及方法来检测油的状况。该油的状况包括了油量降低到最低限量时的油 位，和油在有水和无水时的变质程度，从而来显著地改善油的使用和保护使用油的机械。
发明内容
本发明的目的是提供一油传感器及方法来用于检测油的状况，包括油的变质、油位和油 的剩余使用量。油的变质可由以下因数而引起：比如油的氧化裂解、油中添加物的裂解、水 分的渗入、裂解产物的再聚合和在内燃机的燃烧工作过程中产生的碳粒。同时在油的变质过 程中，油量通常是被消耗的，所以其对应的油位会降低。这些油的状况对于维护以至于保护 如象内燃机和输电变压器之类的使用油的机械至关重要。
本发明的传感器包括了检测传感器，其包括了一个有普遍实施方案的用于检测的第一电 容性传感器。本发明又应用了一交流电流分析装置，在从该装置输出的、有单一频率的、包 括有交流电流在内的周期性电流的电激励信号对第一电容性传感器的作用下来检测在使用 中油的变质和油位。该普遍实施方案的第一电容性传感器应用了有奇数数目个的、相同的板 片状的空间电极，他们等距离地、按顺序地、以相互对齐和平行地排列。在这些电极中，具 有奇数序数的电极被一用作为第一引出极的第一导线平行地连接而形成了第一组的集成电 极，具有偶数序数的电极被一用作为第二引出极的第二导线平行地连接而形成了第二组的集 成电极。本发明的用于检测的电容性传感器，具有高输出幅度，减小了的尺寸和改进的电学 特征。
在本发明的电容性传感器有最简单结构的优先选择的实施方案中，传感器具有第一、第 二和第三个相同的板片状的空间电极，他们等距离地、按顺序地、以相互对齐和平行地排列。 第一和第三个电极为外部电极，被一用作为第一引出极的第一导线平行连接而形成了第一组 的集成电极。第二个电极为在中间位置的内部电极，被一用作为第二引出极的第二导线连接。 在其的操作中，一交流电流分析装置连接了该电容性传感器的第一和第二引出极。
本发明的电容性传感器有多项优越性。第一，当一交流电压施加到了该电容性传感器时， 两个外部的电极具有相同的电极性，并屏蔽了具有相反电极性的中间电极。这就使得本发明 的传感器相对于外部环境的电磁场来说有一个对称的电场。这对于传感器的功效来说至关重 要，因为由交流电驱动的传感器的电场是处在环境电磁场的影响之中。
第二，与两并联的相同电容器的四片电极板相比，如果本发明的第一和第二个板片状的 电极与一电容器的两片电极板的电学特性相同的话，本发明的传感器只具有三个空间电极而 具有与两电容器相同的输出幅度。然而本发明传感器由于有少了一个电极而具有的减小了的 体积，所以本发明具有在保持相同的输出幅度下有减小了的体积的优点。这种结构特征对于 设计小型化的传感器来说至关重要。
本发明包括了应用双传感器结构的第一实施方案。其包括有检测和参照传感器及其所有 的相应的用于检测和参照的相同的第一和第二电容性传感器。检测传感器的用于检测的第一 电容性传感器是浸没在正在使用的油中并且处置在油量最低限度值时的油位的位置上。这 样，在使用的油的变质或者该油的油量降低到最低限度值时的油位可以通过测量该电容性传 感器众多电学性质之中的一种来确定。
在油的变质过程中的一种情形下，当在使用的油的油量未有显著地减少、因而该检测用 的第一电容性传感器仍然是全部浸没在该油中时，传感器的电学性质是随由油变质的发展而 造成的该油的介电常数的升高的影响，或者因由于在该油中存水而急剧升高了的介电常数的 影响。在另一种情况下，当油量减少到最低限度值时而造成降低了的油位，因其不足已使得 该第一电容性传感器全部浸没在油中，此时传感器是部分地充填了空气。根据这种情况，传 感器的电学性质主要是受到了空气的介电常数的影响，而空气的介电常数是显著地小于该油 的介电常数。
根据本发明方法的第一实施方案的参照传感器包括了用于参照的第二电容性传感器，而 该电容性传感器是浸没在参照油中。参照油包括了不含水的新油，或者不含水的使用尽了的 油，或者不含水的部分地使用了的油，其具有同在使用的油所相同的热学性质，参照油和在 使用的油都处置在有相同温度的环境中。在优先选择的第一实施方案中，从第一和第二电容 性传感器中获得的电学性质是相结合起来的，从而消除了因在使用的油的温度的波动所造成 的第一电容性传感器的测量的电学性质的波动。因此，从第一次测量中相对于在使用的油的 第一实际使用量，本发明第一实施方案就能得到第一电容性传感器的第一次测量的有温度补 偿的电学性质，其代表了不含水的在使用的油的第一次测量的有温度补偿的电学性质。
以这种方式、相对于在使用的油的实际使用量的整个量程，可以来摸似该油的预计的有 温度补偿的电学性质的曲线，从而来反映被检测的在使用的油的正常变质、即在无水状况时 在使用的油变质的全过程。在该曲线中，相对于在使用的油的第一实际使用量可以确定被检 测的在使用的油的第一次预计的有温度补偿的电学性质。其可以被用来与测量的电学性质相 比较。
使用经测量获得的被测的在使用的油的温度补偿的电学性质，本发明可获得测量的在使 用的油的剩余使用量。同样的使用经预计获得的被测的在使用的油的温度补偿的电学性质， 还可以得到预计的在使用的油的剩余使用量。
在第一次测量之后，根据该在使用的油的第一实际使用量，本发明方法紧接着实施了第 二次测量，从而得到了第二次测量的经温度补偿的在使用的油的电学性质，和相应的第二次 测量的在使用的油的剩余使用量。比较被测油的第二次测量的和第一次预计的剩余使用量、 当测量的和预计的剩余使用量相一致时，本发明可以确定在使用的油的正常变质、即在使用 的油在无水状态下的变质。此时，第二次测量的剩余使用量可以被确认为在使用的油的实际 剩余使用量。油的剩余使用量的应用有利于机械的使用者对机械的维护包括制定更换在使用 的油的时间表。
如果第二次测量的在使用的油的剩余使用量明显小于第一次预计的剩余使用量时，可以 确定在使用的油的非正常变质、即由于水的存在而引起在使用的油的变质。这个结论是基于 水的介电常数显著地大于油的介电常数的事实，因而当第一电容性传感器充填了油和水的混 合物后所具有的温度补偿的电学性质不同于该传感器充填了在使用的油后所具有的温度补 偿的电学性质。这种不同进而造成了一种减少了的在使用的油的剩余使用量的假象。61
如果第二次测量的在使用的油的剩余使用量明显大于第一次预计的剩余使用量时，则可 以断定被测的在使用的油的油位已降低到油量为最低限量值时的油位。在这种情形时，因为 低的油位的缘故，按装在最低限量值时的油位位置上的第一电容性传感器是部份地充填了空 气。因为空气的介电常数是显著地小于在使用的油的介电常数，这就造成了测量的部份地充 填了空气的第一电容性传感器的温度补偿的电学性质不同于预计的该传感器充填了在使用 的油后所具有的电学性质。这种不同进而导致了过大的测量的在使用的油的剩余使用量的假 象。
获得上述的不正常的油的状况的信息，机械使用者可以采取合适的应对措施来保护机械 使其不至于损坏。
除了应用油的第二次测量的剩余使用量之外，本发明传感器及方法的第一实施方案还可 以应用第二次测量的在使用的油的经温度补偿的电学性质来判断在油中是否有水分。
从比较第二次测量的和第一次预计的在使用的油的经温度补偿的电学性质时，如果发现 他们的不同，而这种不同显示了低于由预计的电学性质所决定的在使用的油的变质程度，本 发明方法的第一实施方案则可以判断该油的油位已降低到油量为最低限量值时的油位。
本发明传感器还公开了传感器的第一实施方案的多种变型。包括了使用至少两个检测传 感器，其包括了相应的至少两个第一电容性传感器。该至少两个传感器可以被按装在一机械 油系统的不同部位。这样机械的使用者可以断定在油系统中是否有油变质的不均匀分布。这 种信息特别有利于对大型号的内燃机的维护，比如装备在火车头上的内燃机，因为水分有可 能聚集在该内燃机油系统的特定部位。
另外如果至少两个检测传感器按垂直方向按装的话，机械的使用者可以监视当油量逐渐 消耗而导致油位逐渐降低时，油系统的全油位的变化。对应于这种油位的变化，至少两个检 测传感器中的每一个第一电容性传感器会有序地从一个充满了在使用的油的传感器转变成 一个充满了空气的传感器。这样对油位的即时监视可以通过检测这至少两个检测传感器中的 每一个第一电容性传感器的有序的电学性质的变化而达到。
本发明方法还公开了第二实施方案，即仅使用一检测传感器包括其的用于检测的电容性 传感器。根据众多的温度补偿的方法，本发明可以得到该电容性传感器的测量的以及预计的 经温度补偿的电学性质的曲线。然后第二实施方案能进一步推导出第二次测量的在使用的油 的剩余使用量和第一次预计的该油的剩余使用量。利用同样的在第一实施方案中实行的比较 该二种使用量的大小，本发明的第二实施方案能判断正在使用的油的状况，包括在油变质过 程中油量减少到最低限量值时的油位，油的非正常变质和油的正常变质及其对应的油的实际 剩余使用量。除此之外，第二方案也可应用至少两个检测传感器来监视机械的油系统是否有 油变质的不均匀分布，或者监视油位在全油位范围内的改变。
在以后章节的详细叙述，讨论和对权利要求的请求并参照了附图之后能对本发明创造性 的结构和目的有更清楚地认识。
附图说明
以下的附图仅是为了说明列举的实例而不是对本发明的限制。
图1为一在使用的油的油变质程度随使用时间变化的曲线示意图。
图2为在使用的油的电阻抗随油的使用量Ut增加而减少的变化的曲线示意图。图2是对 图1显示的油变质的一具体描述。
图3为显示测量的在使用的油的电阻抗ZM的曲线和经温度补偿后的电阻抗ZT的曲线随 时间变化的关系示意图。
图4为预计的经温度补偿后的电阻抗ZP的曲线(虚线)和实际测量的经温度补偿的电阻 抗ZT的曲线(实线)相一致的示意图。
图5为用电压分压器测量油传感器的检测电容器的电阻抗的电路示意图。
图6为用恒压源测量油传感器的检测电容器的电流的电路示意图。
图7为用恒流源测量油传感器的检测电容器的电压的电路示意图。
图8为在变质过程中在使用的油的电阻抗Z、电压V和电流I与使用时间变化的关系示 意图。
图9为本发明的第一实施方案的一装置示意图。在该方案中应用了双传感器的结构，包 括了一检测传感器和一参照传感器和他们的相应的用于检测的第一电容性传感器和用于参 照的第二电容性传感器。应用该装置可以建立在使用的油的测量的经温度补偿的电学性质。
图10为从检测传感器的第一电容性传感器和参照传感器的第二电容性传感器获得的未 经温度补偿的电学性质随使用时间变化的曲线示意图。
图11为测量的经温度补偿的第一电容性传感器的电学性质随使用时间变化的曲线示意 图。该曲线是结合了在图10中曲线的结果。
图12为从检测传感器的第一电容性传感器获得的和从另一种参照传感器的第二电容性 传感器获得的未经温度补偿的电学性质变化的曲线示意图。
图13为在使用的油的正常变质过程中，测量的和预计的经温度补偿的在使用的油的电 学性质随独立变量使用时间变化的曲线示意图。
图14显示了在图13中同样的测量的和预计的经温度补偿的在使用的油的电学性质随使 用时间变化的曲线，然而图14的独立变量包括了油的使用时间或者使用的里程数。
图15显示了在图14中同样的测量的和预计的经温度补偿的在使用的油的的电学性质随 使用时间变化的曲线。然而不同的是在图15中测量的电学性质在油的第一使用量Ui时有突 然的变化，其说明了在使用的油的的额外程度的变质。
图16的曲线示意图是放大了在图15中测量的电学性质在油的第一使用量Ui时突然变化 的部分，而且图16的独立变量为使用时间t。
图17显示了在时间区间ti到tj里测量的经温度补偿的在使用的油的电学性质曲线的斜 率大于预计的电学性质曲线所具有的斜率。
图18为一测量的在使用的油的经温度补偿电学性质曲线。其部分数值超过了预计曲线 的预定的极限值，而且该现象在早于一预定发生的使用时间而发生。
图19为测量的在一冷的内燃机中的在使用的油的经温度补偿的电学性质的异常曲线示 意图。该曲线描述了在发动内燃机时出现的最初的电学性质的异常，其代表了在使用的油的 过份的变质。
图20为本发明的第二实施方案的用来测量在使用的油的变质程度及其油位的装置示意 图，第二实施方案仅应用了检测传感器来检查该油的变质和油位。
图21显示了在图14中的同样的曲线，然而不同的是图21中测量的电学性质曲线从油 的第一使用量Ui时开始不同于预计的曲线，并显示了小于预计的在使用的油的的变质程度。
图22的曲线示意图是扩大了在图21中根据第一种损失润滑油的情况，从油的使用量 Ui到Uq间测量的和预计的在使用的油的的电学性质曲线。
图23是改进本发明第一实施方案所应用的传感器的示意图。其包括有安装在机械油系 统中不同位置上的至少两个检测转感器。
图24是另一改进本发明第一实施方案所应用的传感器示意图。其包括有安装在机械油 系统中不同高度上的至少两个检测转感器。
具体实施方式
虽然现在结合了绘图来叙述本发明的实施方案，但是必须明确的是这些实施方案仅作为 本发明实例的代表而已。而且仅占能代表应用本发明原理的众多方案中的少数。与本发明有 关的众多的变型和修正，对于一个在本领域内有技能的人来说是显而易见的。所以他们都被 认为是包含在本发明的精神、目的和规划之中，包括并被附加的权利要求书所规定。
润滑油的状况对维护以至于保护一用油的机械来说是至关重要的。油的状况包括在有水 存在时的非正常变质，或者无水存在时的正常变质及其具有的包括有用于确定换油日期的油 的剩余使用量，以及在一机械油系统中的油位降低到油量为最低限量值时的一油位。本发明 传感器和方法志在应用一个改进的检测传感器来检测这些油的状况，从而能对机械的使用者 为防止机械的损坏而提供相应的指示。本发明的方法在以下两个部分给于叙述。
I、检测油变质程度的方法
在机械装置、如内燃机里，润滑油是用来减少运动部件间的摩擦。然而随着使用时间的 增长，润滑油产生变质因而不能有效地防止由摩擦而引起的机械的损坏。润滑油的使用寿命 受以下因素影响：比如油的热氧化裂解、油中添加剂的耗尽、水份对油的污染、油或者添加 剂裂解产物所产生的聚合物、以及燃料油在在运行的机械内的燃烧过程中产生的碳化颗料。
在上述的因素中，和其余因素影响油的化学、物理和电学性质比较，水污染的作用是不 同的。所以油的变质可以分为在没有水存在时的正常变质，和在有水存在时的非正常的变质。
图1显示了随使用时间t变化的在使用的油的正常变质程度的曲线D。当一润滑油是新 的或在未被使用时，其不具有变质的程度，故显示为曲线上的一点DN。随着油的使用和使用 时间的增长，污染物产生和增加，因而开始了油的变质和油变质的加剧。最终油变质到一定 程度，即显示在图1曲线上的另一点DS时，那时的润滑油即被认为是全部用完其可使用的寿 命，必须更换。
同样被用在输电变压器中，油也会裂解。主要原因是由于温度、氧气、水份、高电压作 用下产生的部份放电和电火花使油裂解产生污染物而导致油的变质。
众所周知、油存在着介电常数，该介电常数随油的污染及油的变质程度增加而增加。利 用这一性质，油的变质程度可以通过测量与介电常数有关的油的电学性质来判断。这种测量 可以通过安置在油中的一传感器，比如含有可检测电容的电容器来完成。然后利用测量到的 传感器的电学性质来表达油的电学性质。当油污染程度增加、即油变质程度增加时，就导致 油的介电常数ε增加进而引起了传感器电容C的增加。
当用一交流电压V加在电容器的极板上，从公式Z＝R+j(-1/ωC)可知，电容C的增 加导致了油的电阻抗Z的减小。电阻抗的减小会引起通过电容极板间电流的增加。以上的电 学技术知识是众所周知的，如同在美国专利号4,646,070中叙述的那样。
图2描述了在油的正常变质中，电阻抗随油的使用时间的增加而减少。对于新的或未使 用过的油来说电阻抗ZN高，反之，对使用寿命耗尽的油来说电阻抗ZS低。又因为润滑油是 不导电的，所以电阻抗的一个组成部分、电容性阻抗j(-1/ωC)或者XC是决定电阻抗的主 要因素。故使用者可以周期性地测试油的电阻抗以判定油的质量，而这种测量可从连续性的 到非经常性的。图2曲线中的黑点表示由这种周期性的测量而得到的电阻抗。
然而油的介电常数是随温度的变化而变化，这样就影响到电容器的电容和电阻抗的变 化。所以必须设法在测量中消除这种温度效应，通常可以通过对电阻抗的补偿来达到。具体 来讲，一种方法是可以通过测量油的温度，然后使用与温度有关的矫正因素，把测量的电阻 抗ZM转换成实际的或经温度补偿的电阻抗ZT。另一种方法是，这种对温度补偿的测量总是可 以在预定的温度上进行。图3中的曲线表示了测量的电阻抗ZM的曲线和经过温度补偿的电阻 抗ZT的曲线相对与相同使用时间的关系。该使用时间是一个独立变量，其是油的使用的一种 特定的形式。
图4显示了预计的经温度补偿的电阻抗ZP曲线和与其相比较的实际测量的经温度补偿的 电阻抗ZT曲线。预计的电阻抗曲线是被预料的，其作为时间的函数平滑地衷减。这样预计的 曲线代表了在油的正常变质下电阻抗随时间的变化情况。该曲线可以先通过实际测量，然后 由经验公式来导出。在图4中可以看到了实际的经温度补偿的曲线与预计的相吻合，这是又 一油的正常变质的表示。然而如同下文所述，某些因素可以导致预计的电阻抗不同于实际的 电阻抗。
油的变质程度，如同图2到图4所示可以通过对电阻抗的测量来表示。这种电阻抗的测 量在电学原理上可以使用分压器来达到，分压器可以由一含有被测油的传感电容器和一已知 电阻抗元件串联组成。在测量时把一交流电压加到分压器上，注有油的电容器的电阻抗正比 于在电容器上的电压和在已知电阻抗元件上的电压的比值。该电阻抗代表了油的电阻抗。
油的变质程度过程也可以用该电容器的电流或电压随时间的关系来表达。在用电流法测 量时，用一恒压源作用在传感电容器上，流经电容器的电流反比于电阻抗。用电压法测量时， 用一恒流源作用在传感电容器上，在电容器上的电压正比于电阻抗。在具体运用以上所述的 测量电阻抗、电压和电流方法时，可以参考在电学上的有关技术细节。然而不管用何种方法 去测量，该测量的物理量必须是经温度补偿的。
图5到7揭示了上述的测量的油变质程度的方法。具有电容C的电容器可以由两个以上 的金属导电体平行所组成，在金属导电体之间必须设计有足够的间隙，以保证油的自由循环 流动。图5是一用于电阻抗测量的电压分压器的示意图。用一有固定电压值的交流电压VA作用在传感电容器和与其连接的一已知电阻抗Zref元件上，电容器的电阻抗代表了油的变质 程度。在一种实例中，电阻可以用作为已知电阻抗元件。
图6显示了利用恒压源V0的电流法进行测量的示意图，通过电容器的电流代表油的变质 程度。
图7显示了利用了恒流源I0的电压法进行测量的示意图，作用在电容器上的电压代表油 的变质程度。
图8中的曲线表示了与检测传感器的传感电容器有关的电阻抗Z、电流I、和电压V与 油的变质随使用时间变化而变化的关系。从中可以看到用于油检测的传感电容器的电阻抗和 电压随油使用时间的增长、即油变质程度的加剧而平滑减小，而电流却随之而增加。
电学原理表明，电容器的电阻抗可由其虚部的组份、电容性阻抗XC＝j(-1/ωC)和其实 部的组份、电阻R所组成。应用众所周知的电学技术对这两种参数中的一个参数的测量都能 提供分析油变质程度的依据，这种测量可以使用测量装置包括交流电流分析装置30(图9) 来达到。比如用Agilent 4294型号电阻抗仪器可以取得电阻抗、电抗、电阻、电容和相位 的信息(艾杰伦公司：Agilent；美国加州保罗奥尔多市：Palo Alto)。相位也可以用电阻 和电抗计算而得到。
如按照艾杰伦4294结构的话，则具有数字化的控制器、信号源、换能器、和矢量比例 检测器。其中信号源提供了施加在传感器上的具有所有的扫描频率和可调幅度的交流激励信 号。换能器将测量到的电阻抗转换成两种交流电信号电压。矢量比例检测器再将两种交流电 信号电压转化成数字数据。而数字化的控制器包含处理数字数据来输出样品的测试结果。
该测量装置也可以从根据摸似量的锁定原理的电子线路来设计，并经包括有摸似量到数 字量转换器在内的连接结构连接到收集数据的数字化部份(普林斯顿应用研究公司： Princeton Applied Research，美国田纳西州欧克里奇市：Oak Ridge，Tennessee，USA)。 另外也可以应用数字化的相似于上述的摸似量的锁定原理、即数字化的关联作用原理(苏勒 强公司：Solartron，英国哈普郡法杜拉夫市：Fardoroagh，Hampshire，UK)。
上述的技术应用了单一的正弦波的交流电激励信号的原理。除此之外也可以应用多正弦 波激励信号的原理，并更可应用傅里叶频率转换技术(查纳-艾尔却克杰姆布和库克奇公司： Zahner-Elektrik Gmbh&CokG，德国咯罗纳克：Kronach，Germany)。
除了上述的商业化的仪器之外，也可以应用包括电子集成晶片AD5933(模似器件公司， 美国马萨诸塞州)来制作测量装置。该晶片的操作是根据了离散型傅里叶的原理来产生在每 一频率上的电阻抗的实部和虚部的数据。
可以理解到如果在测量中只需要应用单一频率的话，可以应用包括交流激励信号在内的 方波、三角波、和锯齿波形式的激励信号。产生单一频率的激励信号的测量装置可以应用众 所周知的振荡器，包括有阻容相移振荡器，维恩桥式振荡器：Wien-Bridge Oscillator，库 尔劈次振荡器：Colpitts Oscillator，哈特雷振荡器：Hartley Oscillator和方波振荡器 (阿明尼亚：Aminian，A.；凯瑟米克塞卡：Kazimierczuk，M.；电子器件，从设计开始： Electronic Devices，a design approach；彼亚逊，潘特斯屋印刷公司：Pearson，Prentice Hall，2004年)。
以上的公开叙述了众所周知技术，其应用了一用作为传感器的传统的电容器，在周期性 的、包括正弦波在内的交流电流的激励下来检测油包括润滑油的变质。然而、如同在本公开 的“背景技术”中所叙述的，在针对检测技术的关键、即是传统电容器的电学特征和输出因 素上还存在着对其改进的可能。
由图9所示的是以检测传感器26为代表的本发明优选的第一实施方案，检测传感器有 一个用于检测的第一电容性传感器C1、即其是对传统的有两电极的电容器改进的结果。传 感器C1具有相同的第一，第二和第三个板片状的空间电极1，2和3。他们按等距离地、顺 序地、互相对齐和平行地排列而形成了相应的在底部的，在中间的和在顶部的电极。第一和 第三个电极1和3是外部电极，被一用作为第一引出极4的第一导线平行连接而形成了第一 组的集成电极。第二个电极2是处在第一和第三个电极形成的空间之间，被一用作为第二引 出极5的第二导线连接。第一电容性的传感器C1是通过连接其的第一和第二引出极4和5 与测量装置30包括交流电流分析装置相连接，从而得到其输出的交流激励信号。
可以理解到，从便利叙述的目的，上叙的三电极是被处置成横向安置的状态。实际上， 这些电极可以被处置成同横向具有任何角度的状态。
至于传感器C1的电学性质的输出幅度、如果传感器的第一和第二个电极1和2与一电 容器的两个电极板片相同的话，是等价于两个平行连接的电容器的输出幅度。然而传感器 C1只具有三个板片状的空间电极来相比于两连接的电容器所具有的四个电极板片，所以传 感器C1具有比两连接的电容器的体积为小的体积。这样来与两传统电容器相比较，本发明 的第一电容性的传感器C1具有包括从一测试油得到的相同输出幅度的油的电学性质的信 号，但有包括了因少了一个电极而有减小了的体积的独特的性质。这种性质使得本发明传感 器在传感器技术之一的小型化要求上来讲具有先进性。
再由图9所示，传感器C1的第一和第二引出极4和5与测量装置包括交流电流分析装 置30相连接，因而交流电压可施加在传感器上。可以理解到，当交流电压的正电位是施加 在第一引出极4上而负电位是施加在第二引出极5上时，传感器的外部电极1和3是正极化 了，而中间内部电极2是负极化了。这样两外部的正极化的电极屏蔽了在内部中间的负极化 的电极，即传感器C1的电场相对于中间电极是对称的。
相同的状态也发生在当正电位是施加在内部的中间电极2上，和负电位在外部的电极1 和3之上。这就使得传感器C1具有独特的电学性质，包括了中间的电极总是被外部的两电 极屏蔽和传感器的电场对于围绕其的环境电磁场来说有对称性。这些性质对于应用交流电学 的本发明来说是十分重要的。
可以理解到，相比于按照本发明的精神和目的的集成电极所允许的电极数目，上述的用 于检测的第一电容性传感器C1的第一实施方案仅用了最少数目的板片状的电极。广义地讲、 按照普遍的实施方案，电容性传感器C1可有奇数数目个的相同的板片状电极，他们按等距 离地、顺序地、互相对齐和平行地排列。在这些电极中具有奇数序数的电极被一用作为第一 引出极的第一导线平行地连接而形成了第一组的集成电极，在该组中的两个最外面的和一个 在中间的电极作为传感器的最外面的和中间的电极。具有偶数序数的电极被一用作为第二引 出极的第二导线平行地连接而形成了第二组的集成电极。可知、在电学上，第一组的集成电 极屏蔽了第二组的集成电极。
由图9显示的是根据本发明第一优选实施方案的方法。该方法应用了第一电容性传感器 C1来检测在使用的油的状况：包括油位降低到油量为最低限量值时的油位、在含水时油的 不正常变质、和在不含水时油的正常变质及该油的剩余使用量。
在这实施方案中还包括应用了一参照传感器28，其具有一个用于参照的第二电容性传 感器C2来补偿由油温度波动而引起的在第一电容性传感器C1上得到的测量的电学性质的波 动。该电容性传感器C2的结构与第一电容性传感器C1的相同，具有第一，第二和第三个板 片状电极1’，2’和3’和与交流电流分析装置30相连接的第一和第二引出极4’和5’。该 方案的方法包括：
a)提供一不含有水分的在使用的油22。其被放置在包括有油槽的一机械油系统的储油 器中，例如内燃机的曲轴箱34或输电变压器的一个容器中。
b)提供一不含有水分的参照油24。该油是密封在一容器内，这容器是被放置于同在使 用的油22有相同温度的区域。
在第一实施方案中，参照油24具有同在使用的油即被测油22的相同的热物理性质、即 由温度变化引起的参照油电学性质的变化同被测油的变化相同。另外参照油可以是未经使用 的油、或者是使用尽了的油、或者是部分地使用了的油。如在图10中的参照油24和被测的 在使用的油22是同一制造商生产的同一型号的未经使用的油。
c)提供一检测传感器26，其包括了一个用于检测的第一电容性传感器C1。
在第一实施方案中，检测传感器26还可以包括一用作为传感器容器的、带有多孔的外 罩。该外罩允许在使用的油的充分的循环流动，和保护在检测传感器中的第一电容性传感器 C1，所以该外罩在图9中用虚线表示。
d)提供一参照传感器28，其包括了一用于参照的第二电容性传感器C2。参照用的传感 器C2被密封在一容器中，和被浸没在参照油24里。第二电容性传感器C2与第一电容性传 感器C1相同。
由图9所示，由一四方形来代表该密封的容器。可以理解到，相应的检测和参照传感器 的容器具有相同的机械参数，容器最好由金属或者金属合金来做成，所以他们对于相应的传 感器提供具有相同的电机械性能。同时检测传感器26和参照传感器28也能设计成一体化。
e)将检测传感器26安置在油系统中，使得第一电容性传感器C1完全浸没在被测的在 使用的油22中。
f)用一测量装置30在第一次测量中来测量下述任何的一种电学性质，从检测传感器中 的第一电容性传感器C1得到的电学性质为EPC1，从参照传感器中的第二电容性传感器C2得 到的为EPC2，测量的电学性质包括第一电容性传感器C1的电阻抗和第二电容性传感器C2的 电阻抗；通过第一电容性传感器C1的电流和第二电容性传感器C2的电流；在第一电容性传 感器C1上的电压和第二电容性传感器C2上的电压。
g)结合检测传感器的第一电容性传感器的电学性质EPC1和参照传感器的第二电容性传 感器的电学性质EPC2，从而得到第一电容性传感器的第一次测量的经温度补偿的电学性质， 其代表了在使用的油的第一次测量的经温度补偿的电学性质EPT，i(M)。该电学性质EPT，i(M)可 以代表被检测的在使用的油22的变质。这里字母EP代表了油的性质，其中下注的字母“T” 表示了温度补偿，下注的字母“i”表示了第一次测量，字母“M”表示了电学性质是通过测 量来得到的。
由图9所示，检测传感器的第一电容性传感器的电学性质EPC1和参照传感器的第二电容 性传感器的电学性质EPC2经测量装置30所结合，这样得到在第一电容性传感器上的第一次 测量的经温度补偿的电学性质。其可由显示器32在用户的选择下作出结果通告。
图10和11说明本发明可以通过参照用的第二电容性传感器C2来补偿检测用的第一电 容性传感器C1的电学性质EPC1随温度变化的波动。由参照用的传感器所得到的为图10中上 部的曲线，从检测用的传感器所得到的为下部的曲线。在这第一方案中，参照油是未使用的 油或是新油，其和被测的在使用的油22有一样的品牌和类型。
如图所述，在时间间隔Δt1中，参照用的传感器的电学性质EPC2具有一确定的数值 EPC2(N)。该数值对应了其在正常温度下的电学性质。然而在时间间隔Δt2中由于油温的变化 参照用的传感器的电学性质EPC2升高。同样在时间间隔Δt3中该数值回复到正常。在时间 间隔Δt4中该数值EPC2再次由于温度变化而升高。
另外、参照油是单独密封的，所以它不受因机器的运行所造成的环境变化所影响，因而 在它的整个使用期间，它不会变质。这种特性可由在图中未改变的电学性质EPC2(N)来说明， 其中EPC2(N)是第二电容性传感器充填了新油之后的正常电学性质的数值。
这种电学性质EPC2的特征是用作为一基准来校正或补偿第一电容性传感器C1充填了被 测油22后的电学性质EPC1受温度变化所造成的波动。另外，第一电容性传感器的电学性质 是受到随使用而增加的油的变质所影响。而被测的在使用的油会从一新油或者未使用的油变 成当它被完全使用过后的一使用尽了的油。所以，第一电容性传感器C1的最初的电学性质 的数值是同第二电容性传感器C2的数值EPC2(N)相同。
值得指出的是、受温度变化的影响，电学性质EPC1和电学性质EPC2的改变是相同的。因 为该两个电容性传感器处在同一个温度的环境里，他们各自所充填的油具有同样或相似的热 学性质。另外这两个电容性传感器有相同的结构参数。这样、根据以下列出的一方程式[1]， 来结合电学性质EPC1和EPC2，可以得到一种第一电容性传感器的测量的经温度补偿的电学性 质EPT(M)，其代表了在使用的油22的变质。
值得再次指出的是、图11中绘出的电学性质曲线代表了电阻抗或者电压随使用时间的 改变。若是用电流来表达，其曲线如同图8中所示的一样。
至于如何结合这两个电容性传感器的电学性质，一种优选的方案是用因温度的变化所引 起的第一电容性传感器C1的变化的电学性质EPC1减去第二电容性传感器C2的相同的变化的 电学性质EPC2。如同以下的公式所表示：
EPT(M)＝EPC1-EPC2+EPC2(N) [1]
其中EPC2N表示参照用的第二电容性传感器C2在正常温度情况下得到的电学性质的数值。使 用该数值可使得经温度补偿的电学性质与油的使用关系的曲线处于电学性质的正值域。图中 Y数轴代表了一被测的在使用的油，包括其是新油、部分使用的和使用尽了的油时的经温度 补偿的电学性质。X数轴代表了在油的变质过程中，每一经过的使用时间。
当然用另外的方法来结合电学性质EPC1和EPC2也是可以的，比如是(EPC1-EPC2)。只要 是该方法利用参照用的传感器的电学性质来消除温度波动对检测用的传感器的电学性质的 影响。另外如果应用(EPC2-EPC1)的结合方法，可以得到如在图1中所示的油变质程度的 曲线。
再者参照图9到图11和本文前述的步骤f中，可应用的电学性质包括电阻抗的个别组 成、即电阻R和电抗XC，以取代用电阻抗Z来描述油变质程度的过程。对于电阻抗的个别组 成的测量所需的仪器和方法是众所周知的，也可以使用在本文中所提到的测试技术和方法。
这里必须指出的是，“未使用的油”是指新的，即指从生产厂出品、未经任何使用、不 含有任何污染物的油。“部分地使用过的油”是指已经使用一段时间的油，其中已存积了一 定量的污染物。
图11显示了经结合传感器C1和传感器C2的电学性质之后，得到的经温度补偿的电学 性质随使用时间的关系。该图显示的在第一电容性传感器上的经温度补偿的电学性质EPT的 曲线是结合了在第一电容性传感器C1和第二电容性传感器C2的在每一测量点上测量的电学 性质，即对在使用的油从一新油到一使用尽了的油的整个使用量所对应的电学性质变化的结 果。
另外在图11所示的温度补偿的电学性质EPT(M)曲线中，使用了时间t来作为独立变量。 但是，除了时间以外，也可以使用其他的变量。例如汽车被驾驶的里程数，可以作为独立变 量来描述经温度补偿的电学性质变化的关系。
图12描述了另一种运用温度补偿的方法。在该方案中，一使用尽了的油而不是新的或 未使用过的油用来作为参照油24，即检测用的传感器C1是浸入正在被检测的在使用的油22 中。但参照用的传感器C2是浸入该使用尽了的油中，其具有正常的数值EPC2(N’)。该使用 尽了的油是指该油积存了大量的污染物，因而完全丧失其可使用的润滑性能。这种使用尽了 的油同被测油22具有相同的热学性质。这样在时间间隙Δt2和Δt4中，由于油的温度的变 化引起了检测用的传感器C1和参照用的传感器C2的电学性质EPC1和EPC2相同的变化。如 果电容性传感器C1和C2测量的电学性质如同前述的方法而结合的话，所得到的第一电容性 传感器C1上的经温度补偿的电学性质的曲线则同在图11中的曲线所相同。
通过以下的论述，可以理解到图11列举的电学性质EPT(M)可以用来代表在不同情况下 油的变质或者油位。
此外，按照以上揭示的步骤a到g，可以得到对于被测的在使用的油22的预期的经温 度补偿的电学性质EPT(P)的曲线，其反映了不含水分的被检测的在使用的油从其为一新油 到变成一使用尽了的油的正常变质的全过程。其中字母“P”意味着电学性质EP是根据了相 应的油的使用量经预计来得到的。该曲线包括了被测的在使用的油是新油或者是未使用过的 油的电学性质EPT，N，和其变成使用尽了的油时的电学性质EPT，S。在该两者之间，有诸多相对 应不同的、部分使用过的油的电学性质EPT，PS。该电学性质EPT，PS反映了不含水分的在使用的 油在变质过程中相对于不同使用量的不同的变质。
可以理解到、为了阐述本发明，应用了诸多相同意义的定义，比如“一包含了测量的经 温度补偿的电学性质EPT(M)的曲线”，“一测量的经温度补偿的电学性质的曲线”，“一测量 的性质EPT(M)的曲线”和“一曲线包括有测量的性质EPT(M)”。同样地、也有“一包含了 预计的经温度补偿的电学性质EPT(P)的曲线”，一预计的经温度补偿的电学性质的曲线”， “一预计的性质EPT(P)的曲线”，和“一曲线包括有预计的性质EPT(P)”。除此之外，“测 量的经温度补偿的电学性质EPT(M)”和“预计的经温度补偿的电学性质EPT(P)”可分别 简化为“测量的性质EPT(M)”和“预计的性质EPT(P)”。相同地、“温度补偿的电学性质 EPT，N”，“温度补偿的电学性质EPT，S”和“温度补偿的电学性质EPT”可分别简略为“性质EPT，N”， “性质EPT，S”和“性质EPT”。
预计的被测油的电学性质曲线可以由多种如前所述的方法来获得。以下是经实验模拟在 使用的油22变质全过程，从而来得到一预计的电学性质EPT(P)曲线的方法。
当被测的在使用的油是新油或未被使用时，其当然不含有水分。该油按照上述的步骤a 到g被检测，从而得到电学性质EPT，N。接着该不含水分的新油被有目的地在经过一预先决定 的实验时间的实验之后变质到一定的程度。必须确定的是，实验的情况必须相同于、或者非 常接近该被测油实际使用的情况。这样不含水分的新油变成了一部份使用过的油，具有根据 实验时间决定的已知的变值程度。然后其再按照上述的步骤a到g被检测，这样得到一相应 的电学性质EPT，PS。
然后这具有已知变质程度的部分使用过的油再次按照相同的预先决定的实验时间经实 验而进一步变质。必须明确的是，在油的整个变质的实验过程中实验的条件必须保持一致。 然后这进一步变质了的油再按测试步骤a到g被检测，而得到与前述变质程度相比有更大变 质程度的油的电学性质EPT，PS’。
按照上述的方法，完成油的彻底变质和检测。这样该在使用的油就变成使用尽了的油， 于是也就得到了完整的预计的经温度补偿的电学性质的曲线。其反映了在使用的油22在不 含水分时的正常变质。此外，参照油也可用来得到如此预计的电学性质的曲线。因为如前所 述，参照油是不含水分的，并具有同在使用的油22相同的型号和商标。
这样，本发明的第一实施方案继续包括有下述的权利要求步骤：
h)根据步骤a到g建立对被测油的预计的经温度补偿的电学性质的曲线，其反映了在 使用的油的正常变质，该预计的曲线包含有一电学性质EPT，N，其是在使用的油未被使用并不 含水分时的经检测得到的电学性质，和另一电学性质EPT，S，其是在使用的油在被使用尽了并 且不含水分时经检测得到的电学性质。
现由图13和14来详细叙述在图4中简略叙述过的油的正常变质。在图13和14所叙述 的相同情形中，测量的电学性质的曲线是与预计的曲线相一致的。但是为了与以下即将叙述 的油的非正常变质相比较，该两图中只显示了油的部份的测量得到的曲线。
图13中，由虚线代表的预计的曲线包括了在使用的油是新油，部份使用过的油和使用 尽了的油的电学性质。由实线所代表的部份的经测量得到的曲线叙述了被测的在使用的油当 其从新油起经被使用一段时间后到时刻ti时已部份变质，在使用的油对应在该时刻ti的测 量的电学性质是EPT，j(M)。该测量的性质EPT，j(M)是相对于第一使用量包括第一使用时间tj、 经第一次测量得到的第一个测量的性质EPT(M)，其被用作为一个例子来说明本发明如何应用 测量的和预计的性质而判断油的状况。相应地、在预计的曲线中的该时刻，有一个对应的预 计的电学性质EPT，i(P)，其用作为本案例的第一次预计的性质EPT(P)。由图可知，该第一次 测量的和预计的电学性质EPT，i(M)和EPT，i(P)相同。
图14叙述了与图13中相同的经测量和预计得到的电学性质的曲线。但是不同于图13 用使用的时间作为独立变量，图14用了油的实际使用量U作为变量，在以下叙述中可以被 简略为“使用量”。这样新油和使用尽了的油的各自的电学性质EPT，N和EPT，S分别对应与各自 的使用量UN和US。使用量US代表了在使用的油的整个使用期间从一新油变化为使用尽了的 油时，所使用过的里程数或使用过的时间。
必须清楚的是、因为测量的和预期的电学性质的一致性，从测量和预期得到的对应于是 新油和使用尽了的油时的电学性质都可分别以相同的EPT，N和EPT，S来表示。相应地、在使用 的油的全部可使用量可表示为ΔUF＝(US-UN)，其对应的电学性质的变化为ΔEPT＝(EPT，N-EPT，S)。另外图14也叙述了，第一次测量的经温度补偿的电学性质EPT，i(M)在相同的第一 使用量Ui时，与第一次预计的性质EPT，i(P)相一致。其代表了油了的正常变质。
得到了上述的结论，本发明的第一实施方案继续包含有以下的权利要求步骤：
i)建立一在使用的油的可使用的全量程为ΔUF＝(US-UN)，其相对于电学性质的改变为 ΔEPT＝(EPT，N-EPT，S)，其中油的使用量U反映了该在使用的油的实际使用量，并是电学性质 EPT的独立变量，UN是在使用的油是一新油时的实际使用量，和US是在使用的油是一使用尽 了的油时的实际使用量。
j)对在使用的油在其具有第一次测量得到的电学性质EPT，i(M)时定义从第一次测量得到 的归一化的第一次油的剩余使用率RM，i为：RM，i＝[EPT，i(M)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]，其中RM，i是 在使用的油的剩余使用率，其数值是从对在新油时为1到对在使用尽了的油时为零。RM，i可 被简述定义为“第一次测量的剩余使用率RM，i”。
再进一步定义在使用的油的从第一次测量得到的第一次测量的剩余使用量为RM，iΔUF＝ RM，ix(US-UN)。
相应地、具有第一次测量的性质EPT，i(M)的在使用的油的第一次测量的归一化的油的变 质率可被定义为DM，i＝[EPT，N-EPT，i(M)]/[EPT，N-EPT，S]。该变质率是从对在使用的油是新油时 为零，到对是使用尽了的油时为1。DM，i可被简述为“第一次测量的变质率DM，i”。
除此之外，根据在预计的电学性质曲线上的一预计的电学性质EPT(P)，可以类似地建立 一预计的归一化的油的剩余使用率。例如在图13和14中，根据第一使用时间tj或第一使 用量US有相应的第一次预计的性质EPT，i(P)。这样第一次预计的剩余使用率为RP，i相等于 [EPT，i(P)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]，进而有相应的第一次预计的剩余使用量RP，iΔUF，和第一次 预计的归一化的油变质率DP，i＝[EPT，N-EPT，i(P)]/[EPT，N-EPT，S]。DP，i可被略称为“第一次预计 的变质率DP，i”。
根据图14的叙述，第一次测量的剩余使用率RM，i与第一次预计的剩余使用率RP，i对应于 相同的第一使用量Ui是相一致的。这样第一次测量的剩余使用量RM，iΔUF也与第一次预计的 剩余使用量RP，iΔUF相一致。在这种状况下，可以判定在使用的油的正常变质，并且可以确 定第一次测量的剩余使用量代表了在使用的油的实际剩余使量。
这样、从上述的步骤j，本发明方法继续有如下的步骤：
k)从预计的电学性质的曲线，根据该相同的第一使用量Ui来决定第一次预计的电学性 质EPT，i(P)，其相比于从第一次测量得到的第一次测量的电学性质EPT，i(M)，并建立在使用的 油的第一次预计的归一化的剩余使用率为RP，i＝[EPT，i(P)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]，和第一次预 计的剩余使用量为RP，iΔUF。
同时也可以得到结论：如果第一次测量的油的剩余使用量是类同于第一次预计的剩余使 用量，则判定在使用的油不含水的正常变质和确定第一次测量的剩余使用量代表了在使用的 油的实际剩余使用量。
在应用上述的结论时，第一次测量的和第一次预计的油的剩余使用量的相似性可以容易 地从决定一预定的阀值来定义。
必须明确的是、上述的第一次预计的剩余使用率RP，i和第一次测量的剩余使用率RM，i是 根据电学性质的改变[EPT，N-EPT，S]和使用量的量程(US-UN)之间存在线性关系的假设而推导 出来的，所以测量的第一次的剩余使用量RM，iΔUF是对实际的剩余使用量的一个非常接近的 近似值。
还必须明确的是、如果在电学性质的改变和使用量量程之间不存在线性关系时，也可导 出一归一化的油的剩余使用率R’。
然而、不管在使用的油的测量的和预计的经温度补偿的电学性质EPT(M)和EPT(P)的曲 线是何种形状，实际的剩余使用量总是可以正确的表达为ΔUM＝(US-Ui)。由图14可知，Ui是在使用的油所使用过的里程数为“i”或使用过的时间为“i”时油的第一使用量，其同时 对应于在油的正常变质时的第一次测量的和预计的电学性质EPT，i(M)和EPT，i(P)。这样第一次 预计的实际剩余使用量为ΔUP＝(US-Up)，其相等于第一次测量的实际剩余使用量 ΔUM＝(US-UM)＝(US-Ui)，因为第一次测量的使用量UM和预计的使用量UP等于油的第一使用 量Ui。这也就验证了油的正常变质和确认了油的实际剩余使用量。
接着再由图14测量的曲线可知，直到第一使用量Ui时预计的性质EPT(P)和测量的性质 EPT(M)相一致，这代表了在使用的油的变质是在预计的方式下发展。然而由以下的讨论，可 知在第一使用量Ui时即将发生的情况造成了测量的电学性质EPT(M)数值不同于预计性质 EPT(P)的数值。
图15叙述了检测在使用的油含有水分时的不正常变质。而油中存水的现象是在到了第 一使用量Ui时才发生的。如图所述，和第一次预计的代表油不含水分正常变质的电学性质 EPT，i(P)相比，测量的性质有从第一次测量得到的第一次测量的电学性质EPT，i(M)到从第二次 测量得到的第二次测量的电学性质EPT，i，w(M)的一个实然变化。然后从使用量是第一使用量 Ui开始，测量的电学性质曲线是一致地、平行地与预计的曲线相分离。
为了详尽地叙述上述现象，图16放大了图15中电学性质在独立变量的第一使用量Ui起突然变化的那一部分电学性质的曲线，不过在图16中用使用的时间作为独立变量。图16 所叙述的情况可用来判断在油中存有水分。例如在一内燃机的部件中，由于内燃机的冷却水 密封圈突然地、少量的部分地损坏而导致少量冷却水突然进入到润滑油箱中，这就引起了图 16中相应的突然改变的测量的电学性质。也许可以推测由其他的原因造成上述电学性质改 变的事实，但水的进入是造成这种突然改变的最可能原因。因为水的介电常数是显著地、约 在3到4倍的程度，大于油的介电常数。
当油中存有水分时，会减少检测用的第一电容性传感器的电阻抗，或者在该传感器上的 电压，以及相应的增加了的通过该传感器的电流。这样，油中突然存有水分的事实造成了检 测用的第一电容性传感器的电学性质的突然变化。与由预计的电学性质EPT(P)所代表的油的 正常变质相比，从该突然变化时起的第二次测量得到的第二次测量的电学性质显示了过份的 油的变质程度。
再由图16所示，在时间区间Δti中的第一使用时间ti时，从第一次测量得到的第一次 测量的电学性质EPT，i(M)如电阻抗或电压突然地降到从第二次测量得到的第二次测量的电学 性质EPT，i，w(M)，其中下标“w”代表存在有水分。图16还显示，在该时间区间里，测量的 电学性质曲线继续地沿着曲线的初始的斜率，或者说沿着在第一次使用时间ti之前存在的最 初性质改变的形式而降低。这是因为在油中存在水量的动态平衡的缘故、即过量的水分被蒸 发而造成在使用的油中持续存在恒量的少量水分。
与图16所叙述的在较短的时间区间Δti里水存在的现象相比较，图15特别叙述了相比 于预计的数值，在油中含水时如何造成了对测量的经温度补偿的电学性质的改变，以及相应 的油的剩余使用量的改变。
由图15所示，自第一使用量Ui时起，测量的混有恒量水分的在使用的油的电学性质EPT(M) 同预计的不含水分的油的电学性质EPT(P)一样呈现了相同的随使用量的改变而改变的态势。 这样，根据预计的电学性质的曲线，第二次测量的含水的油的电学性质EPT，i，w(M)的数值相 等于在使用量为Uj时的预计的不含水的电学性质EPT，j(P)。
明显地、预计的电学性质EPT，j(P)的数值小于第一次预计的电学性质EPT，i(P)的数值。 这就意味着混有水的油的电学性质实际上等于一比应该有的使用量Ui要多的使用量Uj时的 不含水的油的性质。或者是说相比于由第一次预计的电学性质EPT，i(P)所预计的油的变质程 度，混有水的油的性质显示了有更多的变质。这样在油的第一使用量是Ui时，对混有水的油 的第二次测量的剩余使用率是等于在油的使用量是Uj时预计的油的使用率RP，j＝[EPT，j(P)- EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]。之外，该使用率进一步决定了油的第二次测量的剩余使用量为RP，jΔUF。
可以看到，预计的剩余使用率RP，j是小于在第一使用量是Ui时的第一次预计的剩余使用 率RP，i。同样预计的油的剩余使用量RP，jΔUF是小于第一次预计的剩余使用量RP，iΔUF。然而、 油的剩余使用量RP，iΔUF是用来预计不含水的油的正常变质程度。这样就可以肯定，在有水 存在的不正常变质时，第二次测量的在使用的油的剩余使用量RMΔUF小于在相同第一使用量 时的第一次预计的油的剩余使用量RPΔUF。必须指出的是，以上的讨论给出了一个通常的结 论，其可适用于来判断，只要检测用的第一电容性传感器全部浸没在油水混合物中时，在任 何情况下油中含有水分的情形。
这样、本发明在前述的步骤k后，有以下的步骤来论断由于水的存在而引起的在使用的 油的不正常变质：
1)在第二次测量中根据油的第一实际使用量、重复上述的步骤f到g来得到第一电容 性传感器的第二次测量得到的经温度补偿的电学性质，其代表了在使用的油的第二次测量的 经温度补偿的电学性质，并可得到相应的油的第二次测量的剩余使用率和剩余使用量。
m)如果在使用的油的第二次测量的剩余使用量是类同于第一次预计的剩余使用量 RP，iΔUF，则判定在使用的油不含水的正常变质和确定第二次测量的剩余使用量代表了在使用 的油的实际剩余使用量。
在应用上述的结论时，第二次测量的和第一次预计的油的剩余使用量的相似性可以容易 地从决定一预定的阀值来定义。
n)如果在使用的油的第二次测量的剩余使用量是小于第一次预计的油的剩余使用量 RP，iΔUF，则断定在使用的油含有水分的不正常变质。
可以理解到在步骤m中的结论是根据先前所述的在使用的油无水时的正常变质而来，即 在如果第一次测量的在使用的油的剩余使用量RM，iΔUF是类同于第一次预计的剩余使用量 RM，iΔUF之时。在步骤m中的结论也是合理的，因为在使用的油中不含有水时根据油的第一实 际使用量从任何一次测量得到的测量的在使用的油的剩余使用量或者电学性质一定类似于 第一次预计的剩余使用量或者电学性质。
除了上述的利用油的剩余使用量来判断油中存在水分之外，本发明还可以用油的实际剩 余使用量来达到相同的结论。
由图15所知、由于水的存在，在油的第一使用量Ui时经测量得到的第二次测量的电学 性质EPT，i，w(M)是相对于在使用量是Uj时预计的剩余使用量。这样，对含水的油来说，第二 次测量得到的实际剩余使用量是ΔUM＝(US-UM)＝(US-Uj)。其中使用量UM是相对于第二次 测量的电学性质EPT，i，w(M)，所以UM＝Uj。然而第一次预计的电学性质EPT，i(P)代表了在使用 量Ui时的油的正常变质，所以不含水的在使用的油的预计的实际剩余使用量是ΔUP＝(US-Ui)。
明显地测量的实际剩余使用量ΔUM是小于用于判断的预计的实际剩余使用量ΔUP。这样 也就推导了同样的结论：如果第二次测量的实际剩余使用量小于第一次预计的实际剩余使用 量时，则有在使用的油中存水的非正常变质。与之其反，由图15所示，可以容易地理解到， 可以从相对于第一次的使用量Ui的第一次或者第二次测量，如在测量和预计的实际剩余量 ΔUM和ΔUP中存在着一致性时就可以判断存在着不含水的在使用的油的正常变质。必须明确 的是，以上利用的油的实际剩余使用量来分析得到的结论特别适用于在使用的油的电学性质 和其的使用量不存在线性关系的情形。
除此之外，本发明还可以利用第二次测量得到的电学性质来判断在使用的油中含有水 分：
观察到在使用的油22含有水分，如符合下述之一的情况：
第二次测量的经温度补偿的电学性质展现了突然的改变，这种改变显示了相比于由第一 次预计的电学性质曲线所预计的油的变质程度有额外程度的变质；
第二次测量的经温度补偿的电学性质有一数值，其不同于在相同的油的使用量时的由预 计的电学性质所预定的数值。这种数值的不同，显示了比由第一次预计的电学性质所判定的 油的变质程度有额外程度的变质。
图17显示了本发明的又一种应用预计的电学性质EPT来检测油中存水时的非正常变质。 由图所示，在时间间隔Δt＝(tj-ti)里，相对于同样的第二使用的时间tj，发生了的现象 导致了测量的和预计的曲线不一致，包括了在时刻tj时第二次测量的电学性质EPT，j(M)是小 于第二次预计的性质EPT，j(P)，其中ti是第一使用的时间，tj是第二使用的时间。这种现象 与上述的结论：在第一使用时间ti时的相同的第一次测量的和预计的电学性质相矛盾。在这 种情形下，油中存水是可以通过比较不同的测量的电学性质变化的速率与预计的电学性质变 化的速率来判断。确切地说，测量的油的电学性质曲线呈现了一朝着油变质的方向的较快的 速率。速率当然可由ΔEPT/Δt来表示，这样与预计的电学性质所判定的油的变质程度相比， 从测量的电学性质所得到的较快的速率的事实就显示了油的过度的变质。
可以推断，一可能的理由是水量在油中随时间的增加而增加造成了上述的现象。其可发 生在比如水密封圈有足够大的破损，而导致大量的水进入到油系统中，这就破坏了如图16 中描述的水量在油中的动态平衡。
可以理解到、如果油中不含水时，可以根据第二次测量的经温度补偿的电学性质与从预 计的曲线中的对应的第二次预计的电学性质的相似性来决定第二次使用的时间tj。然而在上 述的时间间隔中，若油中含水时，必须要有一另外一种标定时间的方式或装置来计算自从第 一使用时间ti起的使用过的包括使用时间在内的使用量。这样可以确定第二使用量，依次可 以确定第二次预计的性质EPT，j(P)，并可以作出如图17中公开的结论。该第二种标定的方 式或装置包括了一用以计算车辆轮子转数，或者内燃机曲轴转数的传感器来计算使用过的里 程数，或者在一微处理器内的数字式时间计算装置来计量使用过的时间，包括计量一内燃机 的发电机输出电能的时间。
除了在图16和17中所描述的情形外，图18叙述了另一种水可能在油中存在的情形。 由图所示，在最初的时刻测量或预计的曲线都显示有相同的数值，但是第二次测量的电学性 质EPT，j(M)在第二使用的时刻t j时超过了一在预计的电学性质曲线上的、在时刻te时的预先 规定的电学性质的极值EPT(PE)。图中的曲线还显示了，在时刻tj是早于在预定的油的使用 时刻te的情形下，第二次测量的电学性质超过了该规定的极限值。当然、对于鉴别早于发生 的现象除了用使用的时间外也可以用使用的里程数来表达。这种早于发生的事实也是一种对 油中存水的指示。
这样根据在图17和18中的叙述，本发明的方法还包括应用以下的在前述步骤g之后的 任何一种的权利要求步骤来断定使用油含有水分：
第一次和第二次测量的电学性质相对于在使用的油的第一和第二使用量显示了在使用 的油的变质的速率，不同于由第一次和第二次预计的电学性质所预期的油的变质速率，而该 不同显示了比由预计的电学性质所判定的油的变质程度有额外程度的变质；
第二次测量的经温度补偿的电学性质的数值超过了由预计的电学性质曲线所规定的一 极值，并且这种超过预计极值的现象在早于由预计的电学性质曲线所预定的发生的时刻而发 生。
图19中的曲线显示了在第一使用时刻tj时，第一次测量的经温度补偿的电学性质存在 着一最初的异常EPT，i，a(M)。然后在第二使用的时刻tj时回到了第二次预计的数值EPT，j(P)。 这种现象可以出现在当润滑油中存在着少量的冷凝水时，发动了一冷的内燃机后的最初的几 分钟内。当未发动或刚发动内燃机时，由于水的存在、油的电阻抗或电压会低于预计的数 值。当发动机运转了几分钟之后，机械的温度升高而冷凝水从油中蒸发，这样就使得第二次 测量的经温度补偿的电学性质EPT，j(M)回复到第二次预计的正常值EPT，j(P)。
根据上述的情况，本发明又有一检测在使用的油中含水的方法，包括步骤：
在前述的步骤a中提供一在冷的内燃机曲轴箱里放置的在使用的油22，发动内燃机， 如果第一次测量的被测油的温度补偿的电学性质在步骤g中最初呈现异常，其代表了比由 预计的电学性质的曲线所判定的油的变质程度有过分的油的变质，可确定在被测油中含有水 分。
在图16，17，18和19中的叙述公开了根据测量电阻抗和电压来得到的、用与判断油的 非正常变质的曲线。然而如果用测量电流来判断相关的油的非正常变质曲线的话，可以根据 图8中的基础曲线来推导。
以上公开的本发明方法的第一实施方案应用了双传感器的结构，包括有一浸在被测的在 使用的油中的用于检测的第一电容性传感器C1和一浸在参照油中的用于参照的第二电容性 传感器C2来得到被测油的经温度补偿的电学性质。应用双传感器的结构，本发明的方法可 以定量地得到被测油的测量的剩余使用量RMΔUF或者实际剩余使用量ΔUM。应用该剩余使 用量，本发明可以进一步区分在使用的油中存有水分和不存有水分时的变质。
图23叙述了对上述的第一实施方法的改进，包括应用了至少两个检测传感器和他们相 应的电容性传感器。其包括了至少二个检测传感器中的第一个和第二个检测传感器，他们可 以被安装在润滑油系统中不同的特定部位。比如象在火车头或轮船的柴油内燃机具有分开的 作为第一个部位的曲轴箱34，作为第二个部位的油槽38，和连接他们的输油管36中。这样 改进的第一实施方案能监测在油系统中是否有油变质程度不均匀的分布，特别可以检测水分 是否聚集在油系统中的某些特定部位。
在该改进的方案中，如图23所示，至少两个检测传感器中的第一个和第二个检测传感 器可以与同一个参照传感器相结合。或者至少两个传感器中的第一个或第二个检测传感器可 以与一单独的参照传感器相配合。这两种选择都可以得到对应于第一个和第二个传感器所装 置的第一个和第二个特定区域的两个被测油的第二次测量的剩余使用量。这样用该两个被测 油的第二次测量的剩余使用量与第一次预计的剩余使用量相比，可以断定：
1)如果两个第二次测量的剩余使用量与第一次预计的剩余使用量类同，断定在油系统 中油变质的均匀分布，和2)如果两个第二次测量的剩余使用量与第一次预计的剩余使用量 相比而不同，断定在油系统中油变质的非均匀分布。
必须指出的是，对于上述情形2)中的不同，可进一步分析是否是由于预计的剩余使用 量和在全部的两个第二次测量的剩余使用量的不同，或者是由于预计的剩余使用量和某一个 第二次测量的剩余使用量的不同。这样按照本发明的精神和目的，揭示在整个油系统中的不 均匀变质是显而易见的，因此本文省略了对该揭示的详细叙述。
另外、再必须指出的是，改进的第一实施方案也可以有在至少两个传感器中的第三个检 测传感器来监测在油系统中油变质程度的分布。
图20公开了本发明检测油变质方法的第二实施方案的装置示意图。该装置仅使用一检 测传感器26，并通过测量该传感器的电容性传感器C1的电学性质来代表被测的在使用的油 22的电学性质。该电学性质是经温度补偿的，可根据前述的方法，或者任何期愿的方法， 比如测量油的温度后，应用补偿因子来对测量的电学性质补偿。因此，该第二实施方案包括 了以下的权利要求步骤：
a)提供一不含有水分的在使用的油22。其被放置在包括有油槽的一机械油系统的储油 器中，例如内燃机的曲轴箱34或电变压器的一个容器中；
b)提供一检测传感器26，其包括了一个用于检测的电容性传感器C1；
c)把传感器26安置在油系统中，其的电容性传感器C1是浸没在在使用的油22中；
d)用一测量装置在第一次测量中来测量该电容性传感器的第一次测量的经温度补偿的 电学性质，该性质是下述的任何一种：电容性传感器C1的电阻抗；通过电容性传感器C1的 电流；在电容性传感器C1上的电压，其代表了在使用的油的第一次测量的经温度补偿的电 学性质EPT，i(M)。
此外，除遵循上述的步骤来得到在步骤d中的测量的经温度补偿的电学性质外，第二实 施方案还包括步骤e：
(e)建立反映在使用的油的正常变质的一预计的经温度补偿的电学性质EPT(P)曲线， 其包括当不含水的被测量的在使用的油是未被使用时的电学性质EPT，N和当不含水的在使用 的油是被使用尽了时的电学性质EPT，S。
一旦建立了预计的电学性质EPT(P)的曲线，本发明的第二实施方案可以应用在第一实 施方案中的所有的权利要求，包括与预计的剩余使用量比较测量得到的两种形式的油的第二 次剩余使用量RΔU和实际剩余使用量ΔU的大小而判断油的变质是否在有水或无水存在时 所发生。进一步肯定在油不含水时的第二次测量的剩余使用量是等于油的实际剩余使用量， 以及可确定的油的变质率D。
另外第二实施方案也可以综合在图16，17，18和19中所叙述的油的不正常变质的种种 表现形式。然而、为了缩短本发明的篇幅，所有的曾经在第一实施方案中详细阐述过的策略 不会在第二实施方案中再重复叙述。
必须再次指出的是根据本发明的精神和目的，第二实施方案也包括应用电阻和电容性阻 抗的电学性质。
再有、第二实施方案也可应用在图23中所述的为第一方案所用的至少两个检测传感器 来对机械的全油系统监测，包括是否有不均匀的油变质的分布。
II、检测油位的方法
众所周知、在机械比如内燃机的运行过程中，润滑油会因使用而被消耗。这就造成被 放置在油系统中的油量会减少以及油位的降低。当油量减少到小于通常由机械制造商规定的 最低限量值时，机械的运动部件就不能得到有效的保护。因此非常有必要提供一方法，其能 即时检测到在使用的油的油量已降低到最低限量值时的油位。
由图9所述，当检测传感器26是安装在内燃机曲轴油箱的竖直箱壁上时，其用于检测 的第一电容性传感器C1是浸没在被测的在使用的油22中，并与油量最低限度值时油位的位 置44相一致。这样当油位降低到油量最低限度值时的油位时，检测用的第一电容性传感器 就不是完全浸没在被测油中。该时、电容性传感器的较下部分被在使用的油所充填，而其较 上部分被空气所充填。这样与该电容性传感器完全浸没在被测油中时相比，部分电容性传感 器被油所充填的情形会造成该电容性传感器经温度补偿的电学性质的改变。于是这种物理状 况就给本发明提供了从检测安置在相应油位位置上的至少两个检测传感器的相应的不正常 的电学性质来判断在使用的油的油位，包括了油量在最低限度值时的油位的可能性。
以下的叙述，首先讨论应用单一的检测传感器来检测油量最低限度值时的油位的方法。 该方法依然遵循了上述的比较检测的和预计的油的剩余使用量的策略。
众所周知，由两平行平板构成的一电容器具有电容为CP＝εS/d。其中ε是电介质的介 电常数，S是平板的有效面积，d是两平板间的距离。
首先来比较同一电容器在两种不同情形之下的电容：(1)如果该电容器是充填了有介电 常数ε1的第一电介质时的电容CP1和(2)如果是充填了介电常数为ε2的第二电介质时的 电容CP2。可以肯定，电容CP1和CP2的差值与介电常数ε1和ε2的差值成正比。
根据上述的同一电容器充填了不同电介质造成不同电容的结论，和空气的介电常数εa是极端地小于(大约是2-3倍)油介质包括矿物油和含硅油的介电常数εo的事实(这样的 信息可随意到处获得，比如到Clpperconhol的.com的网站中获得)，所以充填了空气的同 一电容器的电容CP2是小于充填了油的该电容器的电容CP1。同样，可以肯定充填了空气的该 电容器的电阻抗Z2大于充填了油时的电阻抗Z1。另外，如果使用了恒流源来测量的话，电压 V2是大于电压V1，和如果用恒压源来测量的话，流过的电流I2是小于流过的电流I1。
现在来比较在另外两种情况下同一电容器的电容CP的大小：(1)该电容器的一部分是充 填了油和其余的部分是充填了空气，和(2)该电容器是全部地充填了油的情况。
在第一种情况时，该电容器的电容CP1是总合了一空气电容器的电容CP1(a)＝εaSa/d和 一油电容器的电容CP1(o)＝εoSo/d。其中Sa是被空气充填的部份的平板的有效面积，So是被 油充填的平板的有效面积，当然S是与(So+Sa)相等。
如果把该电容器在情况(1)时的电容CP1和在情况(2)时的电容CP2比的话，可以得到 电容的比值CP1/CP2＝[εaSa/d+εoSo/d]/εoS/d。该比值可简单化为[εaSa+εoSo]/εoS。通 过数学转化，该比值等于：1-[εo-εa]Sa/S。可知其比值小于整数1。
这样以上的分析证明了，该电容器在其一部份充填了空气其余部份充填了油时的电容 CP1是小于该电容器全部充填了油时的电容CP2。
根据这一结论，可以推导到该电容器在第一种情况时的电阻抗Z1是大于第二种情况时的 电阻抗Z2。同样的如果使用恒流源来测量的话，电压V1是大于电压V2，和如果用恒压源来测 量的话，电流I1是小于电流I2。这样可知，相比于该电容器全部充填了油时的所表现的油的 变质程度。当该电容器一部份充填了空气和其余部份充填了油时会给出一较少的油变质程度 的假象。
可以理解到，如果用本发明的电容性传感器来推导的话也可以得到与上述推导的相同的 结论。但是在本公开中不是用类同于上述方式的推导，而是用例举在本公开末尾的、与推导 的结论相一致的实验结果。
按照上述的想法，现在参考以上的结论并结合图21和22的表示，可以看出油量减少到 最低限量值时，该检测用的电容性传感器如何改变本发明的所依据的测量的经温度补偿的电 学性质和油的剩余使用量。图21描述了部分的测量的电学性质EPT(M)的曲线，和预计的电 学性质EPT(P)的曲线。可知该预计的曲线与图14所叙述的曲线相同。
如图21所述，直到使用量是第一使用量Ui时，第一次测量的电学性质EPT，i(M)是与第一 次预计的EPT，i(P)相一致。然而从Ui开始，测量的电学性质不同于预计的性质。这是因为在 该时油量已减少到最低限量值、即在使用的油的油位是降低到该最低限量值时的油位，其与 在图9中所述的位置44的高度相同。在这样情形下，检测传感器的检测用的电容性传感器 C1的较上部是充填了空气。
必须指出，有种种的情况导致了检测用的电容性传感器C1不是全部浸在油中。但他们 总是可以归纳为两种情形。第一种情形是油量的逐渐减少，如过分的使用机械造成的过量地 消耗机油。第二种情形是在一段时间内，油大量地减少，如象在曲轴箱漏油时发生的那样。 图21中叙述的测量的电学性质EPT，q(M2)和EPT，i(M2)是相对应上述的第一和第二种情况。
在图21中所叙述的第一种逐渐减少油量的情形时，第二次测量的电学性质EPT，q(M2)表 现了逐渐地与预计的电学性质曲线相分离，例如该检测用的电容性传感器C1的电阻抗或电 压是比预计的逐渐增大。与此不同的在第二种情形迅速减少油量时，第二次测量的电学性质 EPT，i(M2)在短时间内呈现了突然的改变。相对应的该检测用的电容性传感器C1因损失了大 量的充填的油而使得测量的电学性质极大地朝减少油的变质程度的方向改变，例如测量的电 阻抗和电压呈现了突然的惊人的增加。然而必须指出的是，第一种情况代表了最有可能发生 的情形，即油的油位是逐渐地降低到油量最低限量值时的油位。所以图22特别从阐述该种 情形来达到判断与其对应的油位的结论，也包括油量达到最低限度值的结论。该结论也适用 于解释第二种情况。
图22放大了曲线从第一次测量的电学性质EPT，i(M)在第一使用量Ui时开始的测量的电 学性质偏离了预计性质的部分。即油的使用经历了一段的从第一使用量Uj到第二使用量Uq的使用区间，从第二次测量得到的第二次测量的电学性质EPT，q(M2)在第二使用量Uq时显示了 的一数值大于第二次预计的电学性质EPT，q(P)的数值。必须明确地是，预计的性质EPT，q(P) 代表了在第二使用量Uq时的油的正常变质和油量的正常消耗。然而由图22所示，第二次测 量的电学性质EPT，q(M2)的大小等于在油的使用量是Uk时的预计的电学性质EPT，k(P)的大小。 显然使用量Uk的出现早于使用量Uq的出现。
对应与上述的情况，第二次测量的电学性质EPT，q(M2)有一剩余使用率，其等于在使用量 是Uk时的预计的电学性质EPT，k(P)所决定的剩余使用率Rk＝[EPT，k(P)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]和剩 余使用量RkΔUF。
明显地、预计的剩余使用率Rk是大于第二次预计的剩余使用率Rq＝[EPT，q(P)-EPT，S]/ [EPT，N-EPT，S]，该使用率Rq对应了在使用的油不含有水分和有足够的使第一电容性传感器 C1浸没在油中的油量的物理条件。同时该预计的剩余使用量RkΔUF也是大于第二次预计的剩 余使用量RqΔUF。这样以上的分析可以给出一个结论：第二次测量得到的剩余使用量RkΔUF明显大于第二次预计的剩余使用量等于RqΔUF。而第二次预计的剩余使用量代表了电容性传 感器是完全浸没在使用的油中，和在该时的充足油量、即在该时的油位是高于油量在最低限 量值时的油位。
这样根据第一种情形可以给出一个结论：如果在相对于相同的油的第二使用量时，第二 次测量的油的剩余使用量是大于第二次预计的剩余使用量，决定在使用的油的油位是降低到 油量为最低限度值时的油位。当然使用量可以是油使用的时间或者使用的里程数。必须指出， 以上给出了一个适合所有情形的广泛性的结论。该结论也包括了上述的具有不充足油量时的 第二种情况。此外，为得出以上的结论，必须要有第二种标定时间的方式或装置来确定第二 使用量Uq。
然而必须再次指出的是本发明方法还可另外地得到如同上述中的有关于第一种情形的 相同的结论。由图21和22所述，第二使用量Uq对应了第二次预计的电学性质EPT，q(P)。这 样第二预计的实际剩余使用量为ΔUP＝ΔUq＝(US-Uq)，但是第二次测量的电学性质EPT，q(M2) 的数值等于对应于在使用量Uk时的预计的电学性质EPT，k(P)。这样第二次测量的实际剩余使 用量ΔUM＝(US-UM)是相等于预计的实际剩余使用量ΔUM＝ΔUk＝(US-Uk)。明显地、第二次测 量的实际剩余使用量ΔUM是大于第二次预计的实际剩余使用量ΔUq。这样可推导出如上所述 的、如果测量的油的实际剩余使用量是大于预计的实际剩余使用量，则判定在油量减少的过 程中油位降低到油量为最低限量值时的油位的同样结论。所以，不管测量得到的经温度补偿 的电学性质曲线是否与油的使用有线性关系，本发明的方案都能推断在油量减少的过程中， 其对应的油位是否已降低到油量为最低限量值时的油位。
由图21和22还可知，除了应用油的剩余使用量外，同样可以应用第二次测量的油的经 温度补偿的电学性质来预计油位是否降低到最低限量值时的油位。在由第一种情形所造成的 事例中，第二次测量的电学性EPT，q(M2)不同于第二次预计的电学性质EPT，q(P)。而他们的差 异显示了，相比于由第二次预计的电学性质所判断的较大程度的油的变质，由第二次测量的 经温度补偿的电学性质表示了较少程度的油的变质。这样本发明可以对第一种情形给出以下 的结论：
断定油系统中的油位已降低到油量为最低限量值时的油位，如果第二次测量的电学性不 同于第二次预计的电学性质，但是他们的差异显示了，相比于由第二次预计的电学性质所判 断的较大程度的油的变质，由第二次测量的经温度补偿的电学性质表示了较少程度的油的变 质。
在由图21所示的油大量地减少的第二种情形中，第二次测量的经温度补偿的电学性质 EPT，i(M2)等于相对于实际使用量Ux时的预计的电学性质EPT，x(P)。这样根据第二次测量的电 学性质EPT，i(M2)所得到的第二次测量的剩余使用量等于RP，xΔUF，明显地大于由第一次预计 的电学性质EPT，i(P)所预期的第一次预计的剩余使用量RP，iΔUF。此外，相对于第二次测量的 性质EPT，i(M2)的第二次测量的实际剩余使用量ΔUM是等于(US-Ux)。其也是明显地大于由第 一次预计的电学性质EPT，i(P)所预期的第一次预期的实际剩余使用量(US-Ui)。
从以上的分析，可以作出下述的有关于在使用的油的油位已经降低到油的最低限量值时 的油位的多种判断的必要条件：(1)如果第二次测量的油的剩余使用量是大于第一次预计的 油的剩余使用量；(2)如果第二次测量的油的实际剩余使用量是大于第一次预计的油的实际 剩余使用量；(3)如果第二次测量的经温度补偿的电学性质不同于第一次预计的电学性质。 而他们的差异显示了，相比于由第一次预计的电学性质所判断的较大程度的油的变质，由第 二次测量的经温度补偿的电学性质表示了较小程度的油的变质。
在图21和22中的电学性质曲线代表了电阻抗和电压的曲线。如果测量的电学性质是电 流，其曲线如同图8所示。同样电学性质也可以是电阻抗中的电阻或电容性阻抗。
图24显示了对上述测量油位实施方案的改进，即应用至少两个检测传感器26。他们是 沿竖直方向被安置在例如曲轴箱箱壁上用来显示曲轴箱34中的全油位的油位变化。例如， 在这实施方案中，至少两个检测传感器中的的第一个检测传感器的检测用的电容性传感器 C1是被安置成与位置40等高。该位置是略低于当曲轴箱注入了额定全容量油时所具有的油 位。至少两个检测传感器中的第二个传感器的检测用的电容性传感器C1是按置在与油量为 最低限量值时的油位42等高。
这样至少两个检测传感器的各自的电容性传感器会对油位从全油量的油位降低到最低 限量值时的油位的变化过程提供各自的信息。从而机械使用者可以采取措当的措施来保护机 械使其免于损坏。另外，在至少两个传感器中的第三个也可以安装在一比最低限量油时的油 位更低的位置。在该上述的实施方案中，至少两个传感器中的每一个传感器可以结合一单独 的参照传感器。或如图24所示，至少两个传感器可以结合同一个的参照传感器28。或者至 少两个传感器的几个可结合一参照传感器来获得相应的每一个检测传感器上的经温度补偿 的电学性质。可以理解到，包括上述的所有种种变形的实施方案都符合本发明的精神和目的。
必须指出的是，以上叙述的用来判断油的最低限量时的油位的实施方案也可用在如图 20所述的本发明只使用一检测传感器的第二实施方案中。其时，该检测传感器的检测用的 电容性传感器C1是安置在与油的最低限量值时油位等高的位置44上。另外，本发明的第二 实施方案可采用如图24显示的、即以上叙述的第一实施方案使用的至少两个以上的检测传 感器后，也能监测全油量的油位的变化。不过本文不再重复对这样应用的详细解释。
在油的状况中还存在一种小概率的状况，即同时发生大量的水分突然进入到油系统中和 油储存器产生显著的漏油。本发明在本公开中不准备对该状态加以讨论。然而可以明确的是 按照本发明的精神和目的，该小概率的状况依然是可以被鉴别的。
实例
以下公开的是本发明用于实验的、有关于应用有集成电极的电容性传感器在单一频率的 交流电压激励下来检测润滑油的样品的一个实例和实验的情况。提供该实例和实验仅仅是对 本发明的阐述，而不是对本发明的限制。
一个用于检测用的电容性传感器是应用了三片铜合金的板片来作为相应的电极。每一个 金属板片的厚度约为1毫米，其具有类似于乒乓球拍的形状。该板片包括了在板片上部的一 具有顶端的长条形的部分连接了在板片下部的一个长方形的部分，而且长条形的部分是与长 方形部分的长对称轴对齐。长条形部分的顶端用作为该板片的顶端。明显地、长方形的部分 提供了传感器电极的有效面积，而长条形的部分用作为导电和机械连接下部的长方形部分。 可以理解到，板片的下部部分不仅仅限制是长方形的形状，实际上任何合理的形状都是符合 本发明的精神和目的。
长方形部分长30毫米宽15毫米，在其长对称轴线上靠近其横向底边处有一底部的孔洞。 长条形部分长20毫米，并在距其顶端15毫米处有一顶部的孔洞。同时在长条形部分上接近 其与下部的长方形部分连接处有一标记。
该三片板片向上、平行、并互相对齐地排列而成为右边的，中间的和左边的板片，两个 尼龙材料的填圈安置在左边的和中间的板片之间，并分别与两板片的在顶部和底部的孔洞对 齐。同样的两个尼龙填圈安置在右边的和中间的板片之间，并分别与顶部和底部的孔洞对齐。 每个尼龙填圈厚约为1.5毫米，被用作为板片之间的间隔确定装置。另外在顶部和底部的尼 龙材料的螺丝分别穿过相应的尼龙填圈和顶部和底部的孔洞后，被相应的两个尼龙螺丝帽固 定。这样该电容性传感器有大约为1毫米半的空气间隙，而该间隙是用来保证润滑油的流动。 尼龙的螺丝和螺丝帽是用来保证当电容性传感器浸没在油中受到内燃机运转的震动时、每两 片板片之间的间隙不会改变，所以该螺丝和螺丝帽被用作为固定装置。左边的和右边的板片 的顶端被第一导线平行地连接而作为传感器的第一极，中间的板片被第二导线连接而作为传 感器的第二极。
一个自制的交流电流分析装置是用了包括有维恩桥式振荡器的集成品片AB-112(模似 器件公司，美国马萨诸塞州)的元件来装配的。在调整了电学参数后，该集成晶片输出了有 频率为7.25仟赫兹的交流电压，其的均方根电压值是5.40伏。该电压是用无线电侠客牌号 的数字式多功能仪表(RadiShack，型号22-168A)来测量的，并又经过了用一示波器的验 证。
在实验中测试了两种油的样品。第一种样品是新油即未使用过的油，第二种样品是使用 过的油。以下是制作该油样品的步骤。首先购买了多瓶同一牌号的商品润滑油，然后把他们 混合起来成为一均匀混合的原始油样。采取少量的原始油样来用作为新油的样品，即不含有 污染物的油样。再取约为一又四分之一升的原始油样注入到一小客车的润滑油系统里，等到 小客车行驶了五仟英里之后，收集该使用过了的油。然后从收集的油中取出少量的油作为使 用过的油的油样，这样该油样中含有根据本发明的定义的污染物。
再组成一测试的电路、即是一个电压分压器，包括用该电容性传感器连接了作为参照电 阻抗的一有10兆欧姆的电阻元件。在该测试电路中，传感器的第一极是与集成晶片的输出 级相连接，传感器的第二极连接了电阻元件的一端。而电阻元件的另一端与地连接。
在测量中，用数字式多功能仪表来测量在传感器上的电压的均方根值和参照电阻抗上的 电压的均方根值，这样传感器的电阻抗就可以根据测量到的电压的均方根值来计算得到。
实验测量的顺序为先测量空白的传感器、即充填了空气的传感器，然后测量充填了未使 用过的油样的传感器，最后测量充填了使用过的油样的传感器。在测量充填了相应的油样的 传感器时，传感器的长方形的下部分浸没在相应的油样中，而相应的油样的顶面接触到在传 感器的长条形部分上的标记。另外在测量充填了使用过的油的传感器前，先用使用过的油的 油样多次洗涤了先前测量过未使用过油的油样的传感器。采用上述的两个步骤是为了减少实 验的误差。
实验的结果显示了空白的即充填充了空气的传感器的电阻抗是31.0兆欧姆，充填了新 油的传感器的电阻抗是24.8兆欧姆，和充填了使用过的油的电阻抗是23.9兆欧姆。实验的 结果与上述理论推导的结论相一致、即若充填在电极之间的介质的介电常数越高，则相应的 传感器的电阻抗越低。同时可以理解到、如果比较被测的三种介质的介电常数，空气的为最 高，未使用过的油的为中间，而使用过的油的为最低、即因为在使用中产生的污染物的缘故。
这样、上述的实验事实证明了本发明的电容性传感器在一有单一频率交流电流的电压的 作用下，可以用来检测在使用的油的变质和油位。
根据以上公开的电容性传感器，在实验中还尝试了一改进的电容性传感器。其具有在每 块板片的长方形部分上的多个孔洞用来增加油的流动。此外，自长条形部分的顶端到尼龙螺 丝位置的长条形部分的空气间隙被充填了高分子固化树脂，目的是为了恒定电容性传感器的 有效表面积。因为当传感器被放进一机械包括内燃机用作检测时，润滑油会接解该表面积。
再者，除了上述公开的传感器所有的空间电极之外，相应的厚膜电极或薄膜电极也适宜 用来构建本发明的传感器。该种电极是处置在相应的陶瓷包括氧化铝或硅质包括硅晶体的基 板上，而上述的用于电连接的相应的第一和第二导线可以是包括被印制在相应的陶瓷或硅质 基板上的导电体。
本发明在本文的论述当然不是企图来限制本发明于某一特定的形式、或安排、或任何特 殊的实施方案、或任何特殊的应用。因为他们均可在遵循上述的本发明的精神和目的下被修 改成多种的特例和结构关系。以上所显示的和叙述的装置或方法，仅是企图来说明和公开一 种可操作的实施方案，而不是企图展现本发明可能被实施或者操作的所有的各种形式和改 型。
机译： 机动车辆的油箱中的油位传感器，用于该油位传感器的制造方法以及用于该油位传感器的操作方法
机译： 机动车辆的油箱中的油位传感器，用于该油位传感器的制造方法以及用于该油位传感器的操作方法
机译： 机动车辆的油箱中的油位传感器，用于该油位传感器的制造方法以及用于该油位传感器的操作方法
