本发明涉及油液水分测量领域，尤其涉及一种测量水-乙二醇抗燃液压液水分含量的方法。
背景技术：
抗燃液压液是一种具备阻燃功能的液压液，广泛应用于冶金、采矿、电厂、机械加工、船舶等行业接近高温明火的液压系统，以防止液压液泄漏引发火灾事故。随着液压技术不断发展，先后出现了多种类型的抗燃液压液，其中水-乙二醇抗燃液压液(hfc)具有良好的抗燃性、润滑性、稳定性和经济性，占据了国内外抗燃液压液市场的主体地位。
水-乙二醇抗燃液压液主要由水、乙二醇及其同系物、聚醚增粘剂和其他添加剂组成。水作为重要组分之一，主要起抗燃的作用，其含量必须控制在一定范围之内，含量过高会导致粘度降低，润滑性能下降，加剧液压泵、液压缸和液压马达的磨损，加速系统泄漏，降低容积效率；相反，水含量过低则会导致抗燃性能下降，当水分含量下降到一定程度时甚至会变成可燃液体，失去抗燃功能。在日常使用中，由于蒸发和水分污染等因素，水-乙二醇抗燃液压液的水分含量往往容易发生变化，因此有必要定期对水分含量实施监测，根据监测结果采取相应的维护措施。
国家标准gb/t21449-2008水-乙二醇抗燃液压液中规定采用电量法来测量水-乙二醇抗燃液压液中的水分含量，该方法测量精度高，但是滴定时间较长，需要消耗大量的卡氏试剂，而且需要用到的卡尔费休仪对环境要求高，只适合在实验室使用。另外，公告号为cn102706833a的中国发明专利，公开了“一种水-乙二醇型难燃液压液水含量的检测方法”，提出通过测量折射率换算得到水-乙二醇抗燃液压液中的水分含量，但是没有考虑温度因素的影响，测量精度较低。
技术实现要素：
针对现有水-乙二醇抗燃液压液水分含量测量方法存在的上述不足，本发明提出一种通过测量折射率和温度来间接测量水-乙二醇抗燃液压液水分含量的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种测量水-乙二醇抗燃液压液水分含量的方法，包括以下步骤：
1)利用去离子水和烘烤过的水-乙二醇抗燃液压液新油，配制水分含量在30％-45％范围内取值的至少5个不同水分含量的水-乙二醇抗燃液压液建模油样，待用；其中，所述水-乙二醇抗燃液压液建模油样用于建立水分含量-温度-折射率关系模型，因此本专利称之为建模油样；
2)在10℃-50℃温度范围内，取不同的温度并分别测量各个温度条件下步骤1)所配制的各水-乙二醇抗燃液压液建模油样的折射率；
3)根据步骤1)和2)得到的各水-乙二醇抗燃液压液建模油样的水分含量、温度和折射率数据，建立水-乙二醇抗燃液压液水分含量-温度-折射率关系模型；
4)测量在用水-乙二醇抗燃液压液的折射率和温度；
5)将步骤4)测得的在用水-乙二醇抗燃液压液的折射率和温度代入步骤3)所建立的水-乙二醇抗燃液压液水分含量-温度-折射率关系模型，计算得到在用水-乙二醇抗燃液压液的水分含量；
其中，步骤1)所述水-乙二醇抗燃液压液新油和步骤4)所述在用水-乙二醇抗燃液压液为同种类型的水-乙二醇抗燃液压液。
上述技术方案中，所述步骤1)中烘烤过的水-乙二醇抗燃液压液新油是通过烘箱烘烤水-乙二醇抗燃液压液新油来降低水分含量的，在烘烤过程中每2小时取样并采用电量法测量水分含量，直到水分含量降低到指定值30％以下，烘箱温度设置不超过50℃。
上述技术方案中，所述步骤2)中水-乙二醇抗燃液压液建模油样的温度利用半导体制冷循环器控制，水-乙二醇抗燃液压液建模油样的折射率利用阿贝折射仪测量。
上述技术方案中，步骤4)中在用水-乙二醇抗燃液压液的温度利用水银玻璃温度计或半导体制冷循环器测试，在用水-乙二醇抗燃液压液的折射率利用阿贝折射仪测量。
上述技术方案中，所述步骤3)中水-乙二醇抗燃液压液水分含量-温度-折射率关系模型利用最小二乘多元线性回归法建立。
上述技术方案中，所述水-乙二醇抗燃液压液为好富顿生产的牌号为hs620c的水-乙二醇抗燃液压液，按照所述步骤1)至3)建立的牌号为hs620c的水-乙二醇抗燃液压液水分含量-温度-折射率关系模型为：
c＝-8.4594n-0.0024t+12.3616
式中c为水分含量(质量分数)，n为折射率，t为温度，单位为℃。
本发明中，所述水分含量均指水的质量分数。
本发明中，所采用的理论依据如下：
根据伦兹电子论、比尔定律和朗伯定律，溶液折射率和浓度关系的模型为
其中c是溶液的浓度，n是溶液的折射率，γ＝108hz是经典阻尼系数，ω是入射光频率，ω0是电子固有频率，n是单位体积内原子的数量，e是电子电荷，α、λ、ε0是与浓度无关的常数。假设：
则有：
c≈bn+a
当入射光的频率一定时，a和b为常数，从上式中可以看出，溶液的浓度和折射率成线性关系，因此只要获得二者之间的关系模型便可通过测量溶液的折射率换算得到溶液的浓度。
上述公式着重研究了溶液浓度和折射率的关系，推导过程中并没有考虑温度因素，温度对溶液折射率大小存在一定影响，水-乙二醇抗燃液压液温度会随工况和环境改变而发生较大幅度的变化，因此，要得到较准确的换算模型必须将温度因素也考虑进来，建立水分含量-温度-折射率三者之间的关系模型。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：
1、将水-乙二醇抗燃液压液的水分含量测量转换为折射率和温度两个物理量的测量，通过模型换算得到水分含量，而折射率和温度测量技术成熟，相对于电量法测量耗时短，无需消耗任何试剂。
2、相对于公告号为cn102706833a的中国发明专利所公开的“一种水-乙二醇型难燃液压液水含量的检测方法”，由于将温度因素纳入了模型，具有更高的测量精度。折射率和温度测量传感器简单小巧，对环境要求不高，本发明可为研制现场式或在线式水-乙二醇抗燃液压液水分含量测量仪器提供理论依据。
附图说明
图1为本发明测量水-乙二醇抗燃液压液水分含量的流程步骤图；
图2为牌号为hs620c的水-乙二醇抗燃液压液水分含量-折射率-温度拟合效果图的常规视图；
图3为牌号为hs620c的水-乙二醇抗燃液压液水分含量-折射率-温度拟合效果图的侧视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
目前国内外市场上存在多种牌号的水-乙二醇抗燃液压液，这些水-乙二醇抗燃液压液虽然主要成分大体相同，但是各成分的比例存在一定差异，导致不同牌号的水-乙二醇抗燃液压液的水分含量-温度-折射率关系模型不完全相同。因此不同牌号水-乙二醇抗燃液压液需要建立对应的水-乙二醇抗燃液压液水分含量-温度-折射率关系模型库，并在测量过程中根据待测油样具体的牌号选择相应的模型进行换算即可。
本发明提供了一种测量水-乙二醇抗燃液压液水分含量的方法，包括以下步骤：
1)利用去离子水和烘烤过的水-乙二醇抗燃液压液新油配制水分含量在30％-45％范围内取值的至少5个不同水分含量的水-乙二醇抗燃液压液建模油样，待用；其中，所述水-乙二醇抗燃液压液建模油样用于建立水分含量-温度-折射率关系模型，因此本专利称之为建模油样；
2)在10℃-50℃温度范围内，取不同的温度并分别测量各个温度条件下步骤1)所配制的各水-乙二醇抗燃液压液建模油样的折射率；
3)根据步骤1)和2)得到的各水-乙二醇抗燃液压液建模油样的水分含量、温度和折射率数据，建立水-乙二醇抗燃液压液水分含量-温度-折射率关系模型；
4)测量在用水-乙二醇抗燃液压液的折射率和温度；
5)将步骤4)测得的在用水-乙二醇抗燃液压液的折射率和温度代入步骤3)所建立的水-乙二醇抗燃液压液水分含量-温度-折射率关系模型，计算得到在用水-乙二醇抗燃液压液的水分含量；
其中，步骤1)所述水-乙二醇抗燃液压液新油和步骤4)所述在用水-乙二醇抗燃液压液为同种类型的水-乙二醇抗燃液压液。
上述技术方案中，所述步骤1)中烘烤过的水-乙二醇抗燃液压液新油是通过烘箱烘烤水-乙二醇抗燃液压液新油来降低水分含量的，在烘烤过程中每2小时取样并采用电量法测量水分含量，直到水分含量降低到指定值30％以下，即得。其中，烘箱温度设置不得超过50℃。
上述技术方案中，所述步骤2)中水-乙二醇抗燃液压液建模油样的温度利用半导体制冷循环器控制，水-乙二醇抗燃液压液建模油样的折射率利用阿贝折射仪测量。
上述技术方案中，步骤4)中在用水-乙二醇抗燃液压液的温度利用水银玻璃温度计或半导体制冷循环器测试，在用水-乙二醇抗燃液压液的折射率利用阿贝折射仪测量。
上述技术方案中，所述步骤3)中水-乙二醇抗燃液压液水分含量-温度-折射率关系模型利用最小二乘多元线性回归法建立。
本发明中，所述水分含量均指水的质量分数；半导体制冷循环器型号为dc-130b；阿贝折射仪的型号为way-2w。
本发明以好富顿生产的hs620c为对象作为具体实施例，提供了一种测量牌号为hs620c的水-乙二醇抗燃液压液水分含量的方法，具体步骤如下：
1)利用去离子水和烘烤过的hs620c新油配制5个不同水分含量的建模油样。工程实践中水-乙二醇抗燃液压液水分含量一般控制在35％-40％之间，考虑到实际应用中超出范围的可能性，配制的建模油样水分含量应该覆盖30％-45％的范围。hs620c新油的水分含量经电量法测量为38.67％，要得到水分含量为30％-45％的油样就需要对新油进行烘烤，以降低水分含量到30％以下。本实施例中利用烘箱烘烤hs620c新油，鉴于水-乙二醇抗燃液压液工作温度一般不得超过50℃，因此烘箱温度设置为50℃。每隔两小时取样并利用电量法测量被烘烤hs620c的水分含量，直到水分含量降低到30％以下，最终hs620c水分含量降低为28.89％。取烘烤后的hs620c按比例混合去离子水，得到所需水分含量的建模油样。按照去离子水和烘烤后hs620c的质量计算，本实施例中配制的5个建模油样水分含量分别为30.00％、33.75％、37.50％、41.25％、45.02％。
2)在不同的温度下测量步骤1)所配制的hs620c建模油样的折射率。水-乙二醇抗燃液压液工作过程中温度一般控制在10℃-50℃范围内，因此利用阿贝折射仪分别在10℃、20℃、30℃、40℃、50℃温度下测量各油样的折射率，温度控制通过半导体制冷循环器和阿贝折射仪液体槽间的恒温水循环实现。得到数据如表1所示。
表1建模hs620c油样数据表
3)根据步骤1)和2)得到的各建模油样水分含量、温度和折射率数据，建立hs620c水分含量-温度-折射率关系模型。从表1中可以看出折射率与水分含量和温度均呈显著线性关系，所以推测水分含量-折射率-温度模型为一个三维平面，采用最小二乘多元线性回归的方法建立这三者的关系模型为：
c＝-8.4594n-0.0024t+12.3616
式中c为水分含量(质量分数)，n为折射率，t为温度，单位为℃。回归的相关系数r2为1，回归模型显著性良好，拟合效果图如图2和图3所示。值得重视的是，从模型中可以看出折射率相同，温度相差10℃时换算得到的水分含量相差2.4％，因此将温度影响因素考虑进来是十分有必要的，特别是应用于在线监测或者环境温度变化较大的场合时。
4)测量在用hs620c的折射率和温度。分别从三个不同设备中抽取在用hs620c油样，首先利用电量法测量各油样的水分含量，然后用水银玻璃温度计分别测量三个油样的温度，用阿贝折射仪分别测量三个油样的折射率，具体数据如表2所示。
表2在用hs620c油样数据表
5)将步骤4)测得的在用hs620c的折射率和温度代入步骤3)所建立的hs620c水分含量-温度-折射率关系模型，计算得到在用hs620c的水分含量，具体数据如表2所示。经计算，根据折射率和温度通过上述模型换算得到的水分含量和电量法测得值之间平均相对误差为0.93％，说明该测量方法具有较高的准确性。
需要说明的是，并不是每次测量都需要包括上述5个步骤，只要建立具体牌号水-乙二醇抗燃液压液的水分含量-折射率-温度模型并将其保存下来，之后的测量只需从步骤4)开始，换算过程中调用该模型即可。其他牌号水-乙二醇抗燃液压液水分含量测量可采用相同的步骤。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。