过滤颗粒定量仪的制作方法

过滤颗粒定量仪的制作方法
【专利摘要】一种颗粒量化仪，其包括：过滤器，所述过滤器具有预定数量的拥有第一预定尺寸的孔；泵；和从泵至过滤器的流体路径。压力传感器响应于流体路径中的流体压力并且处理模块响应于压力传感器。确定当样本流体被泵送通过过滤器并且流体中的颗粒被过滤器捕获时流体路径中的样本流体的压力增量。比较该压力增量与校准数据，并且对并且对存在于样本中的大于第二预定尺寸的颗粒的浓度进行评估。
【专利说明】过滤颗粒定量仪
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在35U.S.C. § § 119, 120, 363, 365和37C.F.R. § 1. 55和 §1. 78于 2012年6月19日提交的美国专利申请序列No. 13/507, 298的权益以及优先权并且其以引 用的方式并入发明。

【技术领域】
[0003] 本发明涉及流体分析。

【背景技术】
[0004] 可以以多种方式量化流体中的颗粒。例如在来自大于一定规模的马达或者发动机 中的油样本中存在的颗粒数量可以指示某马达或者发动机部件的状态和/或指示即将发 生故障。
[0005] 通常，使用光学显微镜的铁谱分析以基于视觉检查大颗粒和它们相关的形态来确 定机器中的异常故障模式。这种类型的分析因其需要专家分析因此会是耗时和主观的。近 年来，已经研发了直接成像仪，以便自动量化磨损颗粒的尺寸和分布而且还提供了形状的 某些指示。这种装置的一个局限是在没有稀释的情况下它们不能分析高粘稠度油类和非常 黑的流体。由于来自添加剂、水和所溶解的气体的干扰，所得到的颗粒计数通常会失真。
[0006] 以引用的方式并入本发明的专利No. 4, 583, 396教导了针对液压系统的旁路污染 物指示器。系统包括障碍件，所述障碍件在被颗粒阻塞时导致跨障碍件的压力降达到特定 值。通过计算耗费多长时间达到该压力值可以确定整体污染水平（低、中、高）。基于孔尺 寸、孔的数量、流量和压降来计算大于障碍件孔尺寸的颗粒的总数量。
[0007] 这个系统适于添加到液压系统但不适于分析流体样本。而且，这种系统的重点是 清洁度控制并且保持这种系统清洁和不受污染至已知限值是主要目标。在液压系统中，必 须保持阀和致动器清洁并且无碎屑，以便正确地实施功能。已经在这种清洁系统周围设计 了挡光和孔堵塞的技术。
[0008] 在润滑系统中，产生良性磨粒作为正在润滑的机器的机械操作的自然产物。一很 好的示例是柴油机。气缸和活塞中的在润滑剂流体动力薄膜之间作用的部件的末端作为稳 定耐磨表面并且颗粒剥落作为正常摩擦磨片。在不进行一定程度样品制备的条件下，现有 挡光和孔堵塞技术不能理想地适于这些应用。


【发明内容】

[0009] 在本发明中，在一个实施例中，在使用不同的校准样本校准的系统中分析发动机 油等，所述不同的校准试样每个均具有不同浓度的、大于给定尺寸的颗粒。结果是得到了测 量宽范围润滑油和流体的颗粒计数的独特方式，所述润滑油和流体具有变化的粘度和颗粒 载荷分布。通过测量当油被推动通过过滤系统时的压降来得到颗粒计数，所述过滤器系统 包括给定孔尺寸的聚碳酸酯过滤器。过滤器孔的几何结构和过滤器孔密度被设计成使得保 持最小的结块程度。而且，添加毡滤器使得即使在聚碳酸酯过滤器结块之后也能够量化颗 粒。在过滤器结块最少的区域中，具有不同粘度和颗粒分布的样本与独特的校准曲线相互 关联。
[0010] 结果能够通过报告润滑油中的磨粒和污染物的尺寸和数量来对即将发生的机器 故障提前发出警报。在本发明的颗粒量化仪中进行分析之后，能够存储以及保存颗粒，以便 使用X射线和/或显微镜式分析程序基于颗粒沉积进行进一步分析。
[0011] 所使用的过滤方法导致均匀沉积颗粒阵列，如果需要的话其可以使用X射线（例 如，xrf)进行元素分析。实时颗粒计数用于确保完美并且优化地铺设颗粒以便进行X射线 以及显微镜分析。
[0012] 颗粒量化仪的特征包括过滤器系统，所述过滤器系统具有：至少第一过滤器，所述 第一过滤器具有预定数量的拥有预定尺寸的孔；泵；和从泵至过滤器系统的流体路径。压 力传感器响应于流体路径中的流体压力并且处理模块响应于压力传感器。确定流体被泵送 通过过滤器系统时流体路径中的样本流体的压力增量并且流体中的颗粒被第一过滤器捕 获。比较确定的压力增量与校准数据。根据校准数据，评估存在于样本中的大于预定尺寸 的颗粒的浓度。通常，颗粒尺寸大于孔尺寸。
[0013] 一个优选的颗粒量化仪还包括用于过滤器的可移除的筒，其中，膜过滤器布置在 滤井上方，所述滤井容纳过滤器保持件中的第二过滤器。通常，流体路径包括注射器，泵包 括接纳在注射器中的由马达驱动的柱塞，并且保持件接纳注射器而且相对于第一过滤器密 封。压力传感器布置成测量保持件的内部压力。
[0014] 校准数据优选地包括多个校准流体样本的压力增量，由泵驱动所述校准流体样本 通过过滤器系统，所述多个校准流体样本各个均具有已知浓度的拥有已知尺寸的颗粒，并 且校准曲线基于多个校准流体样本的压力增量。处理模块通常构造成确定当样本流体被泵 送通过过滤器时不同时间的第一压力和第二压力。
[0015] 处理模块还优选地构造成控制泵，例如，控制泵速。然后，校准数据包括第一预定 压力，并且处理模块构造成控制以及改变泵速，使得样本流体在一定速度条件下达到预定 压力，此后保持该速度恒定。而且，处理模块还构造成在达到预定最大压力的条件下停止泵 并且在泵停止之后外推出泵送通过过滤器系统的预定体积流体的压力增量。
[0016] 可设有第二过滤器，所述第二过滤器具有预定数量的拥有不同尺寸的孔并且处理 模块可以构造成基于校准数据现在评估处于尺寸范围内的颗粒的浓度。
[0017] 一种颗粒量化仪的特征为可移除的过滤器筒，所述过滤器筒包括膜过滤器，所述 膜过滤器布置在过滤器保持件中的滤井上方，还包括毡滤器。过滤器膜包括预定数量的具 有第一预定尺寸的孔。注射器处于保持件中，所述保持件对于过滤器筒密封。处理模块确 定当样本流体被泵送出注射器且通过膜过滤器时样本流体的压力增量，并且由膜过滤器的 孔捕获流体中的颗粒。
[0018] 特征还在于颗粒量化方法，所述方法包括：驱动样本流体通过过滤器系统，所述过 滤器系统具有至少第一过滤器，所述第一过滤器具有预定数量的拥有第一预定尺寸的孔； 和确定当样本流体被驱动通过过滤器系统时样本流体的压力增量。将确定的压力增量与校 准数据比较，所述校准数据表示当多个校准流体样本也被驱动通过一个或者多个过滤器时 所述多个校准流体样本的压力增量，所述一个或者多个过滤器具有相同或者相似预定数量 的、拥有第一或者类似预定尺寸的孔。基于比较结果，这种方法包括评估存在于样本中的大 于第二预定尺寸的颗粒浓度，其中所述第二预定尺寸等于或者大于第一预定尺寸。
[0019]校准数据可以包括第一预定压力并且在流体路径中样本流体被驱动达到这个第 一预定压力。在达到预定最大压力的情况下优选地停止驱动。这个方法可以包括外推出在 停止驱动之后被泵送通过过滤器的预定体积的流体的压力增量。
[0020] 然而，在其它实施例，本发明不需要实现所有这些目的并且其权利要求不应当视 为被局限于能够实现这些目的的结构或者方法。

【专利附图】

【附图说明】
[0021] 从优选实施例和附图的以下描述中对于本领域中的技术人员而言其它目的、特征 和优势将变得显而易见，其中：
[0022] 图1是示出了与本发明的颗粒量化仪的示例有关的主要部件的示意图；
[0023] 图2是根据本发明的过滤器筒的示例的示意性俯视图；
[0024] 图3是根据本发明的示例的过滤器筒的示意性剖视图；
[0025] 图4是示出了根据本发明的示例的颗粒量化仪设备的另一个示例的示意性剖视 图；
[0026] 图5是示出了根据本发明的方面的针对三个校准试样和一个未知样本的压力对 泵送时间的曲线图；
[0027] 图6是包括结合本发明使用的校准数据的校准曲线图；
[0028] 图7是与其它颗粒量化仪技术有关的本发明的方法的曲线图；和
[0029] 图8是示出了根据本发明的示例的过滤器筒和过滤器筒保持件的示例的示意性 三维剖视图。

【具体实施方式】
[0030] 除了下文公开的一个或多个优选实施例之外，本发明能够是其它实施例并且能够 以多种方式加以实践或者实施。因此，应当理解的是，本发明的应用并不局限于在以下描述 中陈述或者附图中图解的构造的细节和部件的布置。如果仅仅在此描述了一个实施例，则 就此的权利要求并不局限于这个实施例。而且，就此的权利要求不应当限制性地解读，除非 存在明确和令人信服的证据表明一定的排除、限制或者放弃。
[0031] 图1的便携式颗粒量化仪10在一个示例中包括注射器保持件12,所述注射器保持 件12限定了从注射器14的内部至由筒16保持的过滤器的密封的流体路径。注射器14典 型地用于接纳3ml的发动机油或者马达油的样本然后被放置在保持件12中。控制器18或 者某些其它处理模块（例如，微型控制器、处理器、可编程逻辑电路、其组合、专用集成电路 等）利用变速马达22控制诸如线性致动器20的泵，所述变速马达22驱动注射器柱塞24。 柱塞24将油从注射器14驱动通过由筒16保持的过滤器。
[0032] 基于由压力传感器26感测到的压力，控制器18建立存在于油样本中的大于预定 尺寸的颗粒的浓度。通过使用不同的过滤筒，还能够建立大于第二预定尺寸的颗粒的浓度， 然后能够实施小颗粒和大颗粒之间的较差测量，以便评估样本所取自的机器、发动机等的 状态
[0033] 以这种方式，用户使用注射器从机器收回油样本并且将注射器放置在量化仪的保 持件中，然后自动实施分析。在自动量化之后，用户能够移除筒16并且进一步研究沉积在 过滤器上的油样本颗粒。可以清洁并重复使用或者弃用注射器。
[0034]可选的压力传感器27可以用于检测何时排油系统发生故障，所述排油系统包括 丁腈橡胶袋29,所述丁腈橡胶袋29接纳通过过滤器的油。
[0035] 图2至图3示出了优选与系统一起设置的筒30。筒30包括滤井32和过滤器保持 件34,在所述过滤器保持件34上方布置有0. 005英寸厚的过滤膜40并且所述过滤膜经由 带38保持在合适位置中。过滤器保持件34通常通过卡扣配合到板41中，所述板41的特 征是溢流滤井32。还可以包括筒盖44,以便存储特定样本。在这个特定示例中，毡材料46 填充滤井32并且外流口 48穿过过滤器保持件34设置在滤井32外，用于已经通过过滤器 36的样本流体。
[0036] 颗粒筒30如图4所示放置在量化仪10中。注射器泵子系统驱动流体通过聚碳酸 酯过滤器36,图3,通过毡滤器46并进入到出口 48中，以便被收集在囊状件中。
[0037] 图4描绘了若干与典型量化仪有关的主要部件，所述典型量化仪包括线性致动器 50、后位置传感器51、注射器推进器54、前位置传感器56、注射器14、注射器保持件12和注 射器止动件58。颗粒筒30示出为处于注射器14下方的位置处。在筒下方为连接到囊状件 29的、用于颗粒筒的过量样本流体出口 48 (图3)的排放块60。压力传感器提供了颗粒计 数所需的输入。基于反馈的算法监测这些压力并且根据需要调节泵马达速度，以便针对宽 范围的粘度提供准确的颗粒计数。在大多数实施例中，过滤器筒相对于注射器密封。
[0038] 图1中的控制器18通常如下编程。在校准期间，具有已知数量的拥有一尺寸的孔 的过滤器放置在量化仪中并且在量化仪中处理已知校准油样本，所述已知校准油样本每个 均具有已知数量的大于预定尺寸的颗粒。在一个实施例中，使用三个筒，每个所述筒均具有 聚碳酸酯过滤器，所述聚碳酸酯过滤器具有大约31，600个5ym的孔。通过相应的三个筒 处理如下三个不同的校准样本：
[0039] 表格 1
[0040]
[0041]

【权利要求】
1. 一种颗粒量化仪，包括： 过滤器系统，所述过滤器系统具有至少第一过滤器，所述第一过滤器具有预定数量的 拥有第一预定尺寸的孔； 粟； 流体路径，所述流体路径从所述粟延伸至所述过滤器系统； 压力传感器，所述压力传感器响应于所述流体路径中的流体压力；和 处理模块，所述处理模块响应于所述压力传感器并且构造成： 确定当所述样本流体被粟送通过所述过滤器系统并且所述流体中的颗粒被所述第一 过滤器捕获时所述流体路径中的所述样本流体的压力增量， 比较所述确定的压力增量与校准数据；和 基于所述校准数据，评估所述样本中的大于第二预定尺寸的颗粒的浓度。
2. 根据权利要求1所述的颗粒量化仪，其中，所述第一预定尺寸小于所述第二预定尺 寸。
3. 根据权利要求1所述的颗粒量化仪，其中，所述过滤器系统包括能够移除的筒，所述 筒包括所述第一过滤器。
4. 根据权利要求3所述的颗粒量化仪，其中，所述能够移除的筒包括位于过滤器保持 件中的滤井，所述第一过滤器是布置在所述滤井上方的膜过滤器，并且所述滤井包括第二 过滤器，所述第二过滤器的孔小于所述膜过滤器的孔。
5. 根据权利要求1所述的颗粒量化仪，其中，所述流体路径包括注射器并且粟包括由 马达驱动的柱塞，所述柱塞被接纳在所述注射器中。
6. 根据权利要求5所述的颗粒量化仪，其中，所述流体路径还包括保持件，所述保持件 接纳所述注射器并且相对于所述第一过滤器密封。
7. 根据权利要求6所述的颗粒量化仪，其中，所述压力传感器布置成测量所述保持件 的内部压力。
8. 根据权利要求1所述的颗粒量化仪，其中，所述校准数据包括由所述粟驱动通过所 述过滤器系统的多个校准流体样本的压力增量，所述多个校准流体样本每个均具有已知浓 度的拥有已知尺寸的颗粒。
9. 根据权利要求8所述的颗粒量化仪，其中，所述校准数据还包括基于所述多个校准 流体样本的所述压力增量的校准曲线。
10. 根据权利要求9所述的颗粒量化仪，其中，所述处理模块构造成确定当所述样本流 体被粟送通过所述过滤器系统时不同时间的第一压力和第二压力。
11. 根据权利要求1所述的颗粒量化仪，其中，所述处理模块还构造成控制所述粟。
12. 根据权利要求11所述的颗粒量化仪，其中，所述粟是可变速的粟并且处理模块还 构造成控制所述粟的速度。
13. 根据权利要求12所述的颗粒量化仪，其中，所述校准数据包括第一预定压力并且 所述处理模块构造成控制并且改变所述粟的速度，使得所述样本流体在一定速度条件下达 到所述第一预定压力并且此后保持所述速度恒定不变。
14. 根据权利要求11所述的颗粒量化仪，其中，所述处理模块还构造成在达到预定最 大压力的情况下停止所述粟。
15. 根据权利要求14所述的颗粒量化仪，其中，所述处理模块还构造成外推出在停止 所述粟之后被粟送通过所述过滤器系统的预定体积的流体的压力增量。
16. 根据权利要求1所述的颗粒量化仪，还包括第二过滤器系统，所述第二过滤器系统 具有预定数量的拥有第H预定尺寸的孔。
17. 根据权利要求16所述的颗粒量化仪，其中，所述处理模块构造成基于所述校准数 据估算存在于所述样本中的尺寸大于第四预定尺寸的颗粒的浓度。
18. 根据权利要求17所述的颗粒量化仪，其中，所述第H预定尺寸小于所述第四预定 尺寸并且第H预定尺寸大于所述第二预定尺寸。
19. 一种颗粒量化仪，包括： 可移除的过滤器筒，所述可移除的过滤器筒包括膜过滤器，所述膜过滤器布置在过滤 器保持件中的滤井的上方，所述过滤器膜包括预定数量的拥有第一预定尺寸的孔； 注射器； 粟，所述粟具有由马达驱动的柱塞，所述柱塞接纳在所述注射器中； 注射器保持件，所述注射器保持件将所述注射器接纳在其中； 流体路径，所述流体路径从所述注射器延伸至所述过滤器； 压力传感器，所述压力传感器响应于所述流体路径中的流体压力；和 处理模块，所述处理模块响应于所述压力传感器并且构造成： 确定当所述样本流体从所述注射器被粟送通过所述膜过滤器并且所述流体中的颗粒 被所述膜过滤器的孔捕获时所述流体路径中的所述样本流体的压力增量， 比较所述确定的压力增量与校准数据；和 基于所述校准数据，评估所述样本中的大于第二预定尺寸的颗粒的浓度。
20. 根据权利要求19所述的颗粒量化仪，其中，所述可移除的过滤器筒还包括位于所 述膜过滤器下方的第二过滤器。
21. -种颗粒量化仪，其包括： 过滤器系统，所述过滤器系统具有至少第一过滤器，所述第一过滤器具有预定数量的 拥有预定尺寸的孔； 粟； 流体路径，所述流体路径从所述粟延伸至所述过滤器系统； 压力传感器，所述压力传感器响应于所述流体路径中的流体压力；和 处理模块，所述处理模块响应于所述压力传感器并且构造成： 确定当所述样本流体被粟送通过所述过滤器系统并且所述流体中的颗粒被所述第一 过滤器捕获时所述流体路径中的所述样本流体的压力增量， 比较所确定的压力增量与校准数据，所述校准数据包括由所述粟驱动通过所述第一过 滤器的多个校准流体样本的压力增量，所述多个校准流体样本每个均具有已知浓度的拥有 已知尺寸的颗粒；和 基于所述校准数据，评估所述样本中的大于预定尺寸的颗粒的浓度。
22. 根据权利要求21所述的颗粒量化仪，其中，所述校准数据还包括基于所述多个校 准流体样本的所述压力增量的校准曲线。
23. 根据权利要求21所述的颗粒量化仪，其中，所述处理模块构造成确定当所述样本 流体被粟送通过所述第一过滤器时不同时间的第一压力和第二压力。
24. -种颗粒量化仪，包括： 至少第一过滤器，所述第一过滤器具有预定数量的拥有预定尺寸的孔； 可变速的粟； 流体路径，所述流体路径从所述粟延伸至所述过滤器； 压力传感器，所述压力传感器响应于所述流体路径中的流体；和 处理模块，所述处理模块响应于所述压力传感器并且构造成； 控制所述粟和粟的速度； 确定当所述样本流体被粟粟送通过所述过滤器并且所述流体中的颗粒被所述过滤器 捕获时所述流体路径中的所述样本流体的压力增量， 比较所确定的压力增量与校准数据；和 基于所述校准数据，评估存在于所述样本中的大于第二预定尺寸的颗粒的浓度。
25. 根据权利要求24所述的颗粒量化仪，其中，所述校准数据包括第一预定压力并且 处理模块构造成针对样本流体控制所述粟的速度W在所述流体路径中达到所述第一预定 压力。
26. 根据权利要求24所述的颗粒量化仪，其中，所述处理模块还构造成在达到预定最 大压力时停止所述粟。
27. -种颗粒量化仪，包括： 第一过滤器，所述第一过滤器具有预定数量的拥有第一预定尺寸的孔； 第二过滤器，所述第二过滤器具有预定数量的拥有第二预定尺寸的孔； 粟； 从所述粟到过滤器的流体路径； 压力传感器，所述压力传感器响应于所述流体路径中的流体；和 处理模块，所述处理模块响应于所述压力传感器并且构造成： 确定当所述样本流体被粟送通过所述过滤器并且所述流体中的颗粒被所述过滤器捕 获时所述流体路径中的所述样本流体的压力增量， 比较所确定的压力增量与校准数据；和 基于所述校准数据，评估存在于所述样本中的处于第一预定尺寸和第二预定尺寸之间 的颗粒的浓度。
28. -种颗粒量化方法，包括： 驱动样本流体通过过滤器系统，所述过滤器系统具有至少第一过滤器，所述第一过滤 器具有预定数量的拥有第一预定尺寸的孔； 确定当所述样本流体被驱动通过所述过滤器系统时所述样本流体的压力增量， 比较所确定的压力增量与校准数据，所述校准数据代表当多个校准样本被驱动通过一 个或者多个过滤器时所述多个校准流体样本的压力增量，所述多个一个或者多个过滤器具 有相同或者相似预定数量的拥有第一预定尺寸或者相似预定尺寸的孔；和 基于所述比较，评估存在于所述样本中的大于第二预定尺寸的颗粒的浓度，其中，所述 第二预定尺寸等于或者大于所述第一预定尺寸。
29. 根据权利要求28所述的方法，其中，所述校准数据包括被驱动通过所述过滤器系 统的多个校准流体样本的压力增量，所述多个校准流体样本每个均具有已知浓度的拥有已 知尺寸的颗粒。
30. 根据权利要求28所述的方法，其中，所述校准数据还包括基于所述多个校准流体 样本的压力增量的校准曲线。
31. 根据权利要求28所述的方法，包括确定当样本流体被粟送通过所述过滤器系统时 不同时间的第一压力和第二压力。
32. 根据权利要求28所述的方法，其中，所述校准数据包括第一预定压力并且所述样 本流体被驱动W在所述流体路径中达到所述第一预定压力。
33. 根据权利要求28所述的方法，其中，如果达到预定最大压力则驱动停止。
34. 根据权利要求33所述的方法，还包括外推出在驱动停止之后被粟送通过所述过滤 器系统的预定体积的流体的压力增量。
35. 根据权利要求28所述的方法，还包括使用第二过滤器，所述第二过滤器具有预定 数量的拥有第H预定尺寸的孔。
36. 根据权利要求35所述的方法，还包括评估存在于所述样本中的尺寸等于或大于所 述第H预定尺寸的颗粒的浓度。
【文档编号】B01D33/00GK104470613SQ201380038261
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年2月7日 优先权日:2012年6月19日
【发明者】T·G·巴勒克拉夫, S·D·劳伦斯 申请人:斯派超科学股份有限公司