润滑油金属磨粒传感器设计及试验研究

根据电磁感应原理提出一种润滑油金属磨粒传感器模型,并对金属磨粒传感器的基本结构和检测电路进行设计。在传感器测试试验台上对传感器检测抗磁性磨粒和铁磁性磨粒的能力进行测试,研究电压、温度对传感器的影响。测试结果显示:传感器可以准确判别润滑油内的铁磨粒和铜磨粒,其中铁磨粒和铜磨粒的最小检测直径分别为200μm和500μm;在3~5 V电压下该传感器的输出特性稳定;在20~60℃温度范围,温度对传感器的影响可忽略,传感器测量精度满足要求。     

一种基于微流体制备的电阻电感式磨粒传感器

为了实现油液金属磨粒的高精度测量,基于微流体制备了一种可检测电阻电感参数的磨粒传感器。通过仿真获得了金属颗粒在时谐磁场中的磁化和涡流效应特征,并通过实验研究了电阻电感检测的电压特性和频率特性。高频激励可以增强金属颗粒内部的涡流效应,而激励电压对传感器检测结果的影响不大。研究表明电感参数对铁磁性金属的检测能力强,电阻参数对非铁磁性金属的检测能力强。采用2.0 V、2.0 MHz的激励,通过比较分析电阻和电感检测结果,该传感器可有效识别直径60 μm的铜颗粒和直径16 μm的铁颗粒。这种基于线圈电阻参数检测非铁磁性金属磨粒的方法为增强磨粒传感器的综合测量性能提供了新思路。     

高精度双线圈式磨粒传感器的设计及研究

提出了一种可检测电感和电阻参数的高精度双线圈式磨粒传感器,其可对液压油污染物的检测提供技术支持.激励硅钢片和内置硅钢片通过磁化作用以及对磁场的聚集作用在检测区域中生成了高强度磁场,从而提升了传感器的检测精度.正方形检测通道的设计充分利用了两电感线圈之间的区域,提高了传感器的检测通量.试验表明,内置硅钢片不会改变磨粒传感器的信号噪声,有助于获取更优的信噪比.并且激励硅钢片和内置硅钢片对置区域的磁场强度最强,金属颗粒通过该区域时就会产生电感和电阻变化的脉冲峰值.在搭建的测量系统对油液中的金属磨粒进行检测试验,结果表明电感参数能够检测到25 μm铁颗粒和100 μm铜颗粒,电阻参数方式可检测35 μm铁颗粒和85 μm铜颗粒.通过结合电感参数检测结果和电阻参数检测结果,磨粒传感器可实现对25 μm铁颗粒和85 μm铜颗粒的区分检测.     

电感式油液磨粒传感器系统设计

油液中的磨粒可反映发动机等设备的磨损状况,为实现油液金属磨粒的在线监测,基于电磁感应原理建立了三线圈传感器的数学模型,通过仿真分析传感器最佳结构参数(内径、间隙、宽度等),利用相干解调模型提取磨粒信号,并分析磨粒信号产生原理.系统采用多层屏蔽结构,可有效减少外部的磁场干扰,设计的传感器检测系统接入风机齿轮箱油路进行相关试验.试验结果表明,本系统可对磨粒信号进行有效提取,且磨粒信号同时受磨粒速度及磨粒尺寸的影响,可在流量为1～18 L/min的工况下实现187 μm铁磁性金属磨粒和578 μm非铁磁性金属磨粒的检测,后续可结合BP神经网络对油液金属磨粒各特征参数进行自适应判别,对今后油液磨粒在线监测设备的开发提供了理论支撑及技术支持,为机械设备故障诊断提供重要依据.     

一种液压油磨粒检测新方法研究

液压油中的磨粒含有大量有关液压零部件磨损的重要信息,对磨粒的检测可有效预防液压系统的故障。针对电感式磨粒传感器对非铁磁性金属磨粒的检测能力较弱的缺点,本文提出了一种集成式磨粒检测装置,包括一个电容式传感器和一个电感式传感器。电容式传感器可对液压油中的气泡和金属颗粒实现区分检测,电感传感器可对液压油中的铁磁性和非铁磁性磨粒进行区分检测。通过结合比较电感和电容两个传感单元的检测结果,可实现对液压油中的气泡,铁磁性和非铁磁性金属颗粒的高精度检测。所设计的传感装置能够检测并区分80μm气泡,30μm铁颗粒和45μm铜颗粒。电容式传感器和电感式传感器的集成有效地弥补了两种检测方法各自的不足,这种多种传感器融合的方式对提高磨粒检测装置的检测精度具有重要的意义。     

高精度磨粒检测传感器的设计及研究

为了提高电感检测传感器对于非铁磁性金属磨粒的检测精度,提出了一种可实现电感和电阻参数检测的磨粒检测传感器。所设计的传感器主要由紧密贴合的环状硅钢片和平面电感线圈构成,硅钢片的加入增强了检测区域的磁场强度,使得金属颗粒的磁化效应和涡流效应更加剧烈,从而提高了电感和电阻检测精度。通过对比实验发现,环状硅钢片在提升检测精度的同时,并未增加电感及电阻检测信号的噪声;且电感检测和电阻检测都对铁磁性金属颗粒具有更强的检测能力;对于铁磁性金属颗粒,电感检测更为有效;但对于非铁磁性金属颗粒,电阻检测更为有效。将电感检测结果和电阻检测结果相结合,则可使用20匝的平面电感线圈实现对55μm铁颗粒和115μm铜颗粒的检测。本文提出的磨粒检测传感器可为液压油污染物的在线监测提供了技术支持。     

基于GMR磁传感器的油液铁磁性磨粒在线监测实验研究

为实现对油液中铁磁性磨粒的在线监测,设计搭建一套在线监测装置;基于GMR磁传感器芯片可有效检测微弱磁场的特点,利用GMR磁传感器监测单个铁磨粒被磁化后的剩余磁场;采取"模拟在线"的形式,从GMR磁传感器输出的磁场信号中获取磨粒信息。通过优化装置和试验参数,研究温度、磨粒运动速度对测试系统输出结果的影响,探讨传感器的磨粒检出能力及检出结果的一致性。试验结果显示:在95℃以内的温度和5 cm/s以内的磨粒运动速度条件下,传感器的输出值基本不受影响;运动速度一定时,装置对不同粒度的磨粒输出一致性良好。试验初步表明了GMR磁传感器可用于油液铁磁性磨粒的在线监测,可有效检测出尺寸在75μm以上的铁磨粒。     

滑油金属磨屑在线电磁检测传感器的仿真研究

因循环着的润滑油液中包含了与系统工作状态直接相关的大量信息,所以在线滑油金属磨屑传感器的研究对机械故障的监测尤为重要。文中利用Maxwell软件建立反向螺旋传感器模型,检测分析滑油中半径为50~300μm磨粒通过时的电感特性,从而得出不同情况下的电感图。着重分析了双磨粒的电感情况,比较直观地反映了磨粒对磁场的影响,为提高传感器的检测灵敏度提供了理论依据。     

三线圈电感式磨粒传感器的检测电路

润滑油中磨粒反映了机械运行状态的大量信息,所以对磨粒进行检测具有很重要的工程应用价值。依据润滑油中磨粒与电感线圈之间耦合关系,设计了一种三线圈电感式磨粒在线监测传感器。根据传感器测量原理,该检测电路设计主要包括调幅调相驱动电路、前置放大电路、精密整流电路和后级滤波放大电路。实验结果表明:该检测电路结合后续NI信号采集模块与LabVIEW数据处理,对铁磁磨粒的分辨率达到100μm.     

新型超声磨粒传感器检测能力实验研究

搭建测试实验系统对设计新型超声磨粒传感器的磨粒检测能力进行实验分析。利用不同尺寸范围的模拟磨粒对传感器的尺寸检测能力进行实验测量。结果表明,该传感器能够有效检测45~220μm的磨粒,检测尺寸上限约为220μm,且具有检测更小磨粒的能力。通过理论计算并与Spectro LNF Q~(200)磨粒自动分析仪进行磨粒浓度检测对比实验表明,该传感器能够有效检测磨粒数量浓度高达14 000个/m L的油液。     

二节螺线管式润滑油金属颗粒传感器研究

金属颗粒是润滑油的主要污染指标,能反映机械设备的磨损状况,对油液中金属磨粒的在线监测可及时了解设备的故障信息,避免事故发生。针对润滑油中金属颗粒的监测提出了一种二节式螺线管传感器,介绍了传感器的监测原理,建立了螺线管检测灵敏度数学模型,并利用Maxwell有限元仿真软件分析了不同磨屑进入传感器后螺线管磁场及线圈感应电动势的变化。分析结果表明二节式螺线管传感器可实现对金属磨粒材质、大小及数量的检测,并且具有较高的检测灵敏度。     

一种高梯度静磁场感应式全流量磨粒监测传感器

针对传统单激励油液磨粒传感器难以实现全流量润滑油监测的问题,提出了一种基于多激励结构的感应式磨粒监测传感器。在传感器流道周向均匀布置多个激励结构,扩大检测范围,从而实现全流量磨粒监测。建立三维有限元模型,分析了感应线圈的静磁场和瞬态特性,揭示了激励结构数量与y-z平面周向磁场均匀性的关系。同时,优化了传感器的磁极形状。单颗粒模拟实验表明激励电流、电流方向和激励结构数量直接影响磨粒感应信号波形,验证了激励结构数量是影响传感器有效检测范围的重要因素。润滑油系统循环条件下的磨粒注入实验结果显示,传感器能够在直径为40 mm的流道中检测到13μm的铁磁性磨粒。     

静电传感器在油液在线监测系统中的应用

将静电传感器技术运用到油液在线监测系统中去,对机械设备的磨损情况进行分析;研究了油液磨粒荷电机制,以及磨粒荷电量的影响因素;提出了一种改进的静电传感器测量模型,利用大型有限元分析软件ANSYS,对影响静电传感器性能的主要因素进行了仿真分析,并对传感器的结构进行了优化设计;研究了磨粒浓度与传感器测量电压之间的关系,运用静电传感器在线监测机械设备润滑油中磨损颗粒的荷电情况,得到设备磨损的监测结果,验证了静电监测方法的有效性。     

一种快速检测润滑油中铁磁磨粒的装置和方法

介绍一种快速检测润滑油中铁磁磨粒含量的检测方法和检测装置以及信号处理电路,其采用类变压器型的电磁传感器,通过检测润滑油中由于铁磁性磨粒引起的空间磁场分布改变而引起的电磁传感器相关参数的改变来对润滑油中的铁磁性物质含量进行检测。可自然排除非铁磁性污染物的影响,可达到较高的线性度,而且成本比较低,实时性好。     

油液磨粒检测传感器线圈间距对输出信号的影响

电感式磨粒传感器在机械设备润滑油液磨粒在线监测中具有独特优势,通过测量传感器输出的感应电压信号来获取油液中磨粒的大小、数量以及质量等信息,进而可实现设备磨损程度的判断。为了研究电感式三线圈传感器中相邻两线圈之间的距离对传感器输出感应信号的影响,基于差动式三线圈互感原理建立传感器三维模型;利用JMAG-Designer12.0软件对传感器检测铁磁磨粒的过程进行瞬态电磁仿真,分析线圈间距对传感器输出感应电动势的影响;通过制作传感器进行实验并行验证仿真结果的正确性。研究结果表明,当线圈间距小于2.5 mm时,感应电动势随间距的增加而增大,当线圈间距大于2.5 mm时,感应电动势随间距的增加而减小,线圈间距为2.5 mm时,感应电动势最大,传感器输出信号与理论正弦信号变化趋势接近一致,并且信号干扰最小、信号最为稳定。     

基于FTIR的水分对柴油机油添加剂的影响研究

为了研究水分对不含金属磨粒的润滑油新油和含金属磨粒的润滑油旧油的添加剂消耗的影响,在CD15W-40柴油机润滑油中加入蒸馏水配制水分质量分数为0～0.8%的润滑油样;模拟柴油机气缸套-活塞环摩擦副的磨损工况,对各润滑油样进行磨损实验;对磨损实验后的润滑油样进行傅里叶红外(FTIR)光谱分析,分析油样在无光照的环境中贮存不同时间时各添加剂含量的变化,并与磨损实验前的润滑油新油的FTIR分析结果进行比较。结果表明:未进行磨损实验的润滑油新油,在水分质量分数为0.2%及以上时,抗泡沫添加剂和清净剂的消耗速度随着水分质量分数的增加而加快,而抗磨损添加剂的消耗速度和润滑油中的水分没有直接关系;磨损实验后含有金属磨粒的旧油,在水分质量分数为0.1%及以上时,抗泡沫添加剂、抗磨损添加剂和清净剂的消耗速度都会随着水分质量分数的增加而增加。     

润滑油磨粒在线检测系统的设计与实现

设计一套润滑油磨粒在线检测系统,实时检测润滑油液中磨粒的尺寸和浓度信息,可以据此判别故障状态。设计螺管型差动变压器式磨粒检测传感器将油液中铁磁性磨粒经过时产生的电磁扰动转换为对应的电压信号。设计前端模拟信号调理电路对其进行前置放大,带通滤波,真有效值转换和调零放大。设计以STM32F103为处理器平台的数字信号处理电路,对调理后的信号进行模数转换、波形显示等。采用局部加权回归散点平滑算法(LOWESS),进一步抑制、消除信号中的噪声,并通过极值转换得到信号的峰峰值,获取反映磨粒尺寸和浓度的信息。实验结果表明系统能够实时准确地实现检测功能。     

一种液压油多污染物微检测传感器设计及研究

基于微流体芯片技术提出了一种液压油微传感器。微传感器由内嵌硅钢片的平面电感检测线圈与对置硅钢片构成。电感检测模式下对金属颗粒进行检测,电容模式下检测水滴与气泡,实现了对油液中铁磁性颗粒、非铁磁性颗粒、水滴、气泡4种污染物的区分检测。通过实验证明新型结构的微传感器在电感模式下对金属颗粒检测精度的提高,并可以检测到油液中28μm的铁颗粒与85μm的铜颗粒;在电容模式下验证了微传感器在激励电压为2 V、激励频率为0.9 MHz时检测效果最好,并能检测到油液中95μm的水滴和160μm的气泡。该研究在对液压系统的故障预测和故障诊断有着十分重要的意义。     

机械磨损过程的在线监测

润滑油中含有丰富的机械零件磨损过程的信息,特别是分布在油中的磨粒直接反映了零件磨损量与状态信息,因此通过采集润滑油中的磨粒,可获取机械的磨损过程信息.根据对油中磨粒检测的需要,设计了磨粒传感器,并对其进行了特性试验.同时论述了对油中磨粒检测的检测方法,和检测系统的软/硬件结构.试验及应用表明,根据检测油液中的磨粒的含量和产生速率与预置数据进行对比分析,获取零件的磨损过程信息,可以准确地判断机械的磨损过程.     

恒温式微热板电阻真空传感器

研究了微热板的传热特性,从理论上分析了恒温模式下工作温度和结构尺寸对微热板电阻真空传感器工作特性的影响.设计了一种边长为93 μm、四臂支撑的方形微热板结构的电阻真空传感器,支撑桥长65 μm、宽21 μm,微热板与衬底之间的气隙高度为0.5 μm;采用表面微机械加工技术成功实现了该传感器的加工.用恒温电路进行测试的结果显示,该微热板真空传感器气压测量范围约2～105 Pa,且响应特性与理论计算结果相符.