便携式液压油污染度和水分联合测量设备的研制

武汉理工大学 杨 琨 孙 斌 周新聪 严新平

介绍自行研制的一种用于液压油颗粒计数与水分含量联合测量的便携式设备。采用该设备对石油醚和HM32/H液压油的检测实验结果表明，结果达标。可应用于船舶液压系统的状态检测领域。

一、引言

液压油污染度检测技术主要包括检测油液中固体颗粒、水分、空气以及能量型污染物（热能、腐蚀、静电）等污染物。

目前，现有的液压油污染检测有以下一些特点。各种检测方法和原理、仪器的性能差异较大，而且适用的检测场合也不同。多数检测设备属于离线，设备较为复杂，操作起来也比较繁琐，而且对实验人员的经验要求较高，检测的周期也较长，不能及时有效的反映液压油的污染情况。而现场式的检测设备则是由于价格过于昂贵，设备过于精密，维修费用过高，以至于不能广泛应用于现场液压系统的检测。

通过便携式液压油污染度检测装置对液压油中颗粒及水分含量实施有效地联合监测，可以及时掌握液压系统的技术状态，采取措施消除各种故障源，将对液压系统的科学管理、维修保障和实施主动维修有着十分重要的意义。

二、测量原理

颗粒计数的原理如图1所示，其流程是：（1）由激光生成器1生成光束，该激光发生器采用激光二极管。（2）光束2通过透镜系统向液压油介质照射。（3）在液压油流经自动颗粒激光传感器时，激光光束3照射到污染物颗粒上时由于被颗粒遮挡而削弱。（4）光信号经光电转换器4转化为电信号，光电转换器4输出的负脉冲的数目代表颗粒的数目，负脉冲的幅度代表颗粒的大小。

图1 颗粒计数传感器测量原理

介电常数法测量液压油中水分含量原理是：置于电场中的电介质沿电场方向会产生偶极矩，在电介质表面产生束缚电荷的现象称为电介质的极化现象。当液压油作为电介质放入平行板电容器极板间进行检测时，将会发生极化，其场强分布示意图如图2所示。在电场存在的情况下，极化分子的偶极矩沿电场方向排列，产生了一个附加电场，与原来的电场方向相反，使原电场削弱。这时平板电容间因被液压油充满，电容增大了n倍，n是该介质的相对介电常数。介质中的极化成分越多，相对介电常数就越大。由于平行板电容器的电容C跟介电常量成正比，通过测量电容的变化就可以反映液压油介电常数的变化，从而计算出液压油中的水分污染程度。

图2 介电常数传感器测量原理

三、设备系统结构及功能

整个设备的系统结构示意图如图3所示。

图3 设备系统结构示意图

液压油污染度的检测过程中，嵌入式微处理器系统发出指令，通过电机驱动电器控制双向柱塞泵上的步进电机，控制柱塞向预设位置运动，然后，嵌入式微处理器系统调节电动阀门，使双向柱塞泵与放置在加热器中的取样瓶或者液压管路中的待测液压油导通。双向柱塞泵的活塞运动，使液压油流经自动颗粒计数传感器进入双向柱塞泵。此时该传感器开始计数，并与比较器进行比较，得出颗粒数目及污染度等级，并显示在显示屏上。数据的结果存储在嵌入式微处理器系统的存储器中，也可以根据需要将结果利用热敏打印机打印出来。

液压油水分的检测过程中，与液压油污染度的检测过程类似，在液压油流经水分传感器时，该水分传感器得到反映含水量的测量信号电压后，即可推算出液压油的含水量。微处理系统将水分检测值通过液晶屏显示出来，并存储在数据存储器中。同时亦可以根据需要利用打印机打印出含水量信息。

四、实验结果及分析

我们采用石油醚来测试该设备测量油液污染度的性能。表1中的数据为采用该污染度设备对石油醚污染度测量的结果。实验结果表明，当前石油醚的污染度总等级为7级（等级中的最大值）。该等级符合新石油醚通常的污染度等级。

表1 石油醚污染度测量结果计数差值

为了证明该设备的性能达到同类设备的性能，我们用该设备与HIAC PODS颗粒计数仪同时测量HM32/H液压油的污染度。表2中给出的是利用两个仪器测量的液压油中所含颗粒数的数据。通过比较发现，这两个设备测量出的液压油的污染程度相当，我们的设备的性能达到通用设备的性能。

表2 该设备测量结果与HIAC PODS颗粒计数仪的比较

五、结论

所采用的技术与现有技术相比具有以下的主要的优点：（1）具有联合检测的功能，能同时对颗粒及水分进行检测，可以克服液压油检测仪仅能对颗粒或水分进行单一检测的问题；（2）集离线和在线两用一体，可以直接接入液压系统中，实现对液压油颗粒及水分的同时检测；（3）体积小，重量轻，适应于现场使用，对环境要求低。

[1]严新平,油液监测技术标准体系建设的思考[J],中国设备工程.2010(2):63-64.

[2]温焕晓,付敬业,光阻法测量油液中颗粒污染度的研究[J],宇航计测技术,2002,22(6):38-41.

[3]Reidar Barfod Schüller,Tore Gundersen,Morten Halleraker,and BjØrn Engebretsen.Measurement of Water Concentration in Oil/Water Dispersions with a Circular Single-Electrode Capacitance Probe[J],IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT,2004,53(5):1 378-1 383.