一种磨粒检测装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种磨粒检测装置，包括沉降容器和检测电路；沉降容器为密闭的长形容器，沉降容器上设有用于放入样品油的进油口；检测电路包括互感式传感器、信号调理放大电路和电压显示器；其中，互感式传感器包括初级线圈和2个相同的次级线圈，初级线圈两端输入交流电，2个相同的次级线圈分别从初级线圈感应获得电压，信号调理放大电路用于采集2个次级线圈获得的电压的电势差并进行信号放大，电压显示器用于显示放大后的2个次级线圈获得的电压的电势差；所述的沉降容器放置在初级线圈和2个相同的次级线圈之间，且与2个次级线圈的距离不等。采用本发明装置和方法，能够更加便捷的测量出不同大小磨粒数量，为磨粒分析提供数据。
【专利说明】
一种磨粒检测装置及方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及磨粒分析检测领域，具体涉及一种磨粒检测装置及方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代化工业的高度发展，如何保障机械设备安全运行、减少故障停机事故、降 低维修成本，已成为刻不容缓的课题。20世纪40年代，油分析技术问世并应用于对机械润滑 油中所含微量磨损元素的测定上来，即通过测量油中不容物形式存在的磨损微粒(磨粒)的 含量判断与产生这些磨粒相关摩擦副的工作状态。
[0003] 目前，磨粒分析多针对不同油样和磨粒分布，利用人为控制磁场、流速、倾角等技 术参数，并结合磨粒本身的粘度、密度等性质进行磨粒分析，其流程十分复杂，操作过程也 很难控制，精确度难以保证。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是：提供一种磨粒检测装置及方法，能够更加便捷的测 量出不同大小磨粒数量，为磨粒分析提供数据。
[0005] 本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：
[0006] -种磨粒检测装置，其特征在于:它包括沉降容器和检测电路;其中，
[0007] 沉降容器为密闭的长形容器，沉降容器上设有用于放入样品油的进油口；
[0008] 检测电路包括互感式传感器、信号调理放大电路和电压显示器;其中，互感式传感 器包括初级线圈和2个相同的次级线圈，初级线圈两端输入交流电，2个相同的次级线圈分 别从初级线圈感应获得电压，信号调理放大电路用于采集2个次级线圈获得的电压的电势 差并进行信号放大，电压显示器用于显示放大后的2个次级线圈获得的电压的电势差；
[0009] 所述的沉降容器放置在初级线圈和2个相同的次级线圈之间，且与2个次级线圈的 距离不等。
[0010] 按上述装置，所述的进油口设置在沉降容器的中部，沉降容器的两端是密封的平 整的，与测量部分紧密接触。
[0011]按上述装置，所述的沉降容器为稀土铁磁材质。
[0012] 利用一种磨粒检测装置实现的磨粒检测方法，其特征在于:它包括以下步骤：
[0013] S1、给初级线圈施加交流电，将2个相同的次级线圈的电压值调整为相等状态，电 压显示器显示电压变化值为0;
[0014] S2、将装有完全沉淀后的样品油的沉降容器倒置，并放置在初级线圈和2个相同的 次级线圈之间，且与2个次级线圈的距离不等；
[0015] S3、在样品油中的磨粒沉降过程中，2个与沉降容器距离不等的次级线圈受磁通量 变化产生感应电压，记录磨粒沉降检测时间与电压显示器显示的电压变化值之间的关系。
[0016] 按上述方法，它还包括S4、根据单个不同大小磨粒引起的电压变化值，以及不同大 小磨粒从沉降容器的顶部沉降到底部所需时间的长短，对S3所记录的磨粒沉降检测时间与 电压显示器显示的电压变化值之间的关系进行转换和分段，得到不同时间段的磨粒沉降检 测时间与PQ指数的关系。
[0017] 按上述方法，单个不同大小磨粒引起的电压变化值，通过预实验法得到:分别将不 同大小的单个磨粒放置于纯净的油液中，作为样品油，采用磨粒检测装置，检测并记录不同 大小单个磨粒通过互感式传感器引起的电压变化值。
[0018] 按上述方法，不同大小磨粒从沉降容器的顶部沉降到底部所需时间的长短，通过 预实验法得到:分别将不同大小的单个磨粒放置于纯净的油液中，作为样品油，采用磨粒检 测装置，试验检测不同磨粒在油液中下落h高度所用的时间，h为沉降容器的高度。
[0019] 按上述方法，不同大小磨粒从沉降容器的顶部沉降到底部所需时间的长短，通过 直接计算法得到：将磨粒看作直径为d、密度为PS的光滑球形颗粒在密度为P、粘度为μ的静 止油液中作自由沉降，按以下公式计算：
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]式中：ζ为流体的阻力系数（与粘度μ密切相关），ut为磨粒下降速度，t为沉降的时 间，h为沉降容器的高度，g为重力加速度。
[0024] 按上述方法，所述S2中将装有完全沉淀后的样品油的沉降容器倒置的具体步骤 为:首先将装有样品油的沉降容器放置一段时间，直至需要测量的最小磨粒沉淀到底部，然 后将容器倒置，根据磨粒直径越大，沉降速度越快，磨粒越小，沉降越慢，按照由大到小顺序 沉降来测量磨粒大小的分布。
[0025] 按上述方法，沉降容器的放置时间大于或等于沉降容器的高度除以最小磨粒沉降 速度得到的时间。
[0026] 本发明的有益效果为:给初级线圈加上交流电时，将2个相同的二次线圈的电压值 初始状态调整为相等状态，即电压差值为〇;当倒置的沉降容器放到互感式传感器中，大小 磨粒一块沉降，磨粒越大，沉降速度越快；当有磨粒沉降到一定位置时，磁场中不同粒度颗 粒的运动会引起磁场磁通变化，并产生不平衡信号在测量线圈中产生感应电压，此信号大 小与铁磁性材料的磨粒及其数量成比例，由此磨粒的数量值转化为电压值;通过记录电压 显示器的电压变化值，绘制磨粒检测时间-PQ指数分析示意图，便可以将不同大小的磨粒数 量及其比例检测出来;因此，采用本发明装置和方法，能够更加便捷的测量出不同大小磨粒 数量，为磨粒分析提供数据;将大量的颗粒数值转化为电压值，使测量更加精确;装置结构 简单、易操作、成本低、安全性高;应用范围广，原理可应用于其他不易统计的小型颗粒中。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明一实施例的沉降容器结构示意图。
[0028] 图2为本发明又一实施例的沉降容器结构示意图。
[0029] 图3为本发明一实施例的沉降状态示意图。
[0030] 图4为本发明一实施例的检测装置结构示意图。
[0031] 图5为本发明一实施例的磨粒检测时间-PQ指数分析示意图。
[0032]图中：1_沉降容器，1-1-进油口，2-注射器，3-小磨粒，4-大磨粒。
【具体实施方式】
[0033]下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
[0034] 本发明提供一种磨粒检测装置，如图4所示，包括沉降容器和检测电路;其中，沉降 容器1如图1所示，为密闭的长约为50cm，直径为5cm左右的长形容器，沉降容器1上设有用于 放入样品油的进油口 1-1;检测电路包括互感式传感器、信号调理放大电路和电压显示器； 其中，互感式传感器包括初级线圈和2个相同的次级线圈，初级线圈两端输入交流电，2个相 同的次级线圈分别从初级线圈感应获得电压，信号调理放大电路用于采集2个次级线圈获 得的电压的电势差并进行信号放大，电压显示器用于显示放大后的2个次级线圈获得的电 压的电势差;所述的沉降容器放置在初级线圈和2个相同的次级线圈之间，且与2个次级线 圈的距离不等。
[0035] 进一步细化的，所述的信号调理放大电路包括依次连接的放大器、相敏检波电路 和滤波电路。
[0036] 进一步的，所述的电压显示器为示波器。
[0037]所述的进油口 1-1设置在沉降容器1的两端或中部。本实施例中，进油口 1-1设置在 沉降容器1的中部侧向，样品油通过注射器2从进油口 1-1注入，与进油口相对的另一侧设有 排气孔，方便注射样品油时气泡的排出，不同大小的磨粒随样品油一同缓慢的注入到细长 的沉降容器1中，直到样品油充满沉降容器1，将沉降容器1密封处理。进油口 1-1还可以设置 在沉降容器1的两端，如图2所示。沉降容器的两端是密封的平整的，与测量部分紧密接触。 [0038]优选的，为了能够增强磁通量，所述的沉降容器为稀土铁磁材质。
[0039] 利用一种磨粒检测装置实现的磨粒检测方法，包括以下步骤：
[0040] S1、给初级线圈施加交流电，将2个相同的次级线圈的电压值调整为相等状态，电 压显示器显示电压变化值为0。具体实施时，通过振荡器给初级线圈施加一定频率的交流 电，将2个相同的次级线圈反向连接后与滑动变阻器的两端连接，2个相同的次级线圈的连 接处与滑动变阻器的调节端连接，调节滑动变阻器，使得电压显示器显示电压变化值为〇。
[0041] S2、将装有完全沉淀后的样品油的沉降容器倒置，并放置在初级线圈和2个相同的 次级线圈之间，且与2个次级线圈的距离不等。具体实施时，将装有样品油并密封好的沉降 容器1放置到桌面上，一段时间后样品油中的大小磨粒都会完全沉淀到沉降容器的底部，静 置时间保持充足，确保磨粒沉淀完全。将沉淀完全的沉降容器倒置并迅速放置于互感式传 感器中。
[0042] S3、在样品油中的磨粒沉降过程中，2个与沉降容器距离不等的次级线圈受磁通量 变化产生感应电压，记录磨粒沉降检测时间与电压显示器显示的电压变化值之间的关系。 具体实施时，如图3所示，大磨粒4和小磨粒3都会缓慢沉淀，大磨粒4的沉淀速度快于小磨粒 3，当不同的磨粒通过互感线圈所在截面时会切割磁感线引起电量的变化。当有磨粒通过互 感线圈时，电路输出电压经过放大、相敏检波、滤波后得到直流输出，并由电压显示器输出 感应电压的大小。
[0043] 进一步的，它还可选的包括S4、根据单个不同大小磨粒引起的电压变化值，以及不 同大小磨粒从沉降容器的顶部沉降到底部所需时间的长短，对S3所记录的磨粒沉降检测时 间与电压显示器显示的电压变化值之间的关系进行转换和分段，得到不同时间段的磨粒沉 降检测时间与PQ指数的关系。
[0044] 单个不同大小磨粒引起的电压变化值，通过预实验法得到：分别将不同大小的单 个磨粒放置于纯净的油液中，作为样品油，采用磨粒检测装置，检测并记录不同大小单个磨 粒通过互感式传感器引起的电压变化值。
[0045] 本发明的测量方法:首先将溶液放置一段时间，时间应该是需要测量的最小磨粒 能沉淀到底部，具体时间应该容器的高度除以最小磨粒沉降速度，保证现有的磨粒等沉淀 到底部，然后将容器倒置，由于磨粒直径越大，沉降速度越快，磨粒越小，沉降越慢，这样能 够保证磨粒按照由大到小顺序沉降。否则，没有进行倒置处理，在监测过程中，每一时刻都 会有不同的磨粒沉降到底部，达不到分析磨粒大小的分布，测量的东西不能明确到底是哪 种磨粒。
[0046] 不同大小磨粒从沉降容器的顶部沉降到底部所需时间的长短，可以通过以下两种 方法获得：
[0047] 1)通过预实验法得到:不同大小磨粒从沉降容器的顶部沉降到底部所需时间的长 短，通过预实验法得到：分别将不同大小的单个磨粒放置于纯净的油液中，作为样品油，采 用磨粒检测装置，试验检测不同磨粒在油液中下落h高度所用的时间，h为沉降容器的高度。
[0048] 2)通过直接计算法得到：因为磨粒颗粒较小，为计算方便，可将磨粒看作直径为d、 密度为Ps的光滑球形颗粒在密度为P、粘度为μ的静止油液中作自由沉降，此时磨粒受到阻 力、浮力和重力的作用，其中阻力是由摩擦引起的，随磨粒与油液间的相对运动速度而变。 按以下公式计算：
[0049]
[0050]
[0051]
[0052] 式中：ζ为流体的阻力系数（与粘度μ密切相关），ut为磨粒下降速度，t为沉降的时 间，h为沉降容器的高度，g为重力加速度。
[0053] 由于磨粒在沉降过程中，是测量所有的沉降磨粒的PQ指数，或者所有的重量，如果 希望得到不同的磨粒分布，还需要进行差分。
[0054]举例说明：如果将直径为2、5、10、15、30、25、30、40、50、75、100和100011111的磨粒的 引起示波器电量的变化分别表示为》1、'\￥2、'\￥3、'\￥4、'\￥5、'\￥6、'\￥7、'\￥8、'\￥9、'\￥10、'\￥11和*12，分别需 要沉降时间分别为 tl、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9、tl0、tll、tl2。
[0055] 当磨粒直径>1000um沉降时，需要tl2时间，沉降的引起的电量变化为:Q1 =W12;
[0056] 当磨粒直径> 100um沉降时，需要时间111，沉降的引起的电量变化为：Q2 = W12+ ffll；
[0057] 当磨粒直径>75um沉降时，需要时间tlO,沉降的引起的电量变化为:Q3=W12+W11+ W10；
[0058] ……
[0059] 当磨粒直径>2um沉降时，需要时间11，沉降的引起的电量变化为:Q12 = W1+……+ W12+W11+W12。
[0060] 不同的时间测量得到PQ1、PQ2、……、PQ12指数分别与Q1、Q2、……、Q12对应，对应 关系可以根据以下公式得到：
[0061]
[0062] 不同大小磨粒的磨粒沉降引起的电量变化分别为:W12 = Q12-Q11;W11 = Q11-Q10；……；ffl=Q2-Ql〇
[0063] 图5所示为模拟的实验PQ指数图，tl时段为>5um磨粒的PQ指数曲线，t2时段为介于 lum与5um之间的磨粒PQ指数曲线，t3时段为〈lum磨粒的PQ指数曲线。根据PQ指数曲线再结 合预实验中不同大小单个磨粒所引起输出电压的变化，就可以大概计算出各个大小区段的 磨粒数量及形态特征，为后期的磨粒分析、铁谱分析打下坚实的基础。
[0064] 以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术 人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依 据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种磨粒检测装置，其特征在于:它包括沉降容器和检测电路;其中， 沉降容器为密闭的长形容器，沉降容器上设有用于放入样品油的进油口； 检测电路包括互感式传感器、信号调理放大电路和电压显示器;其中，互感式传感器包 括初级线圈和2个相同的次级线圈，初级线圈两端输入交流电，2个相同的次级线圈分别从 初级线圈感应获得电压，信号调理放大电路用于采集2个次级线圈获得的电压的电势差并 进行信号放大，电压显示器用于显示放大后的2个次级线圈获得的电压的电势差； 所述的沉降容器放置在初级线圈和2个相同的次级线圈之间，且与2个次级线圈的距离 不等。2. 根据权利要求1所述的一种磨粒检测装置，其特征在于:所述的进油口设置在沉降容 器的中部，沉降容器的两端是密封的平整的。3. 根据权利要求1所述的一种磨粒检测装置，其特征在于:所述的沉降容器为稀±铁磁 材质。4. 利用权利要求1所述的一种磨粒检测装置实现的磨粒检测方法，其特征在于:它包括 W下步骤： 51、 给初级线圈施加交流电，将2个相同的次级线圈的电压值调整为相等状态，电压显 示器显示电压变化值为0; 52、 将装有完全沉淀后的样品油的沉降容器倒置，并放置在初级线圈和2个相同的次级 线圈之间，且与2个次级线圈的距离不等； 53、 在样品油中的磨粒沉降过程中，2个与沉降容器距离不等的次级线圈受磁通量变化 产生感应电压，记录磨粒沉降检测时间与电压显示器显示的电压变化值之间的关系。5. 根据权利要求4所述的磨粒检测方法，其特征在于：它还包括S4、根据单个不同大小 磨粒引起的电压变化值，W及不同大小磨粒从沉降容器的顶部沉降到底部所需时间的长 短，对S3所记录的磨粒沉降检测时间与电压显示器显示的电压变化值之间的关系进行转换 和分段，得到不同时间段的磨粒沉降检测时间与PQ指数的关系。6. 根据权利要求5所述的磨粒检测方法，其特征在于:单个不同大小磨粒引起的电压变 化值，通过预实验法得到：分别将不同大小的单个磨粒放置于纯净的油液中，作为样品油， 采用磨粒检测装置，检测并记录不同大小单个磨粒通过互感式传感器引起的电压变化值。7. 根据权利要求5所述的磨粒检测方法，其特征在于:不同大小磨粒从沉降容器的顶部 沉降到底部所需时间的长短，通过预实验法得到：分别将不同大小的单个磨粒放置于纯净 的油液中，作为样品油，采用磨粒检测装置，试验检测不同磨粒在油液中下落h高度所用的 时间，h为沉降容器的高度。8. 根据权利要求6所述的磨粒检测方法，其特征在于:不同大小磨粒从沉降容器的顶部 沉降到底部所需时间的长短，通过直接计算法得到:将磨粒看作直径为d、密度为PS的光滑 球形颗粒在密度为P、粘度为μ的静止油液中作自由沉降，按W下公式计算：h t =- u, 式中：ζ为流体的阻力系数，ζ与粘度μ相关，ut为磨粒下降速度，t为沉降的时间，h为沉降 容器的高度，g为重力加速度。9. 根据权利要求4所述的磨粒检测方法，其特征在于:所述S2中将装有完全沉淀后的样 品油的沉降容器倒置的具体步骤为:首先将装有样品油的沉降容器放置一段时间，直至需 要测量的最小磨粒沉淀到底部，然后将容器倒置，根据磨粒直径越大，沉降速度越快，磨粒 越小，沉降越慢，按照由大到小顺序沉降来测量磨粒大小的分布。10. 根据权利要求9所述的磨粒检测方法，其特征在于:沉降容器的放置时间大于或等 于沉降容器的高度除W最小磨粒沉降速度得到的时间。
【文档编号】G01N15/10GK105973770SQ201610320960
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】吕植勇, 刘侠, 卢文达, 龙婷婷, 帅然, 鲁盈利, 刘昌伟, 王乐, 陈振康, 罗鹏举
【申请人】武汉理工大学