RU2495415C2 - Method for effective monitoring of lubricating oil operability, and device for its implementation - Google Patents
Method for effective monitoring of lubricating oil operability, and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2495415C2 RU2495415C2 RU2011142717/15A RU2011142717A RU2495415C2 RU 2495415 C2 RU2495415 C2 RU 2495415C2 RU 2011142717/15 A RU2011142717/15 A RU 2011142717/15A RU 2011142717 A RU2011142717 A RU 2011142717A RU 2495415 C2 RU2495415 C2 RU 2495415C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oil
- fluorescence
- viscosity
- intensities
- index
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для оценки в реальном масштабе времени работоспособности масла, в частности гидравлического, компрессорного, трансмиссионного, моторного масла, с целью определения оптимальных сроков его замены.The invention relates to mechanical engineering and can be used to evaluate in real time the health of the oil, in particular hydraulic, compressor, transmission, engine oil, in order to determine the optimal timing of its replacement.
Для обеспечения высокой надежности работы механизмов, своевременной замены масла разрабатываются способы и устройства, встраиваемые в линию циркуляции масла, позволяющие получать информацию о состоянии смазочного материала в ходе эксплуатации машин и оборудования. При этом важными требованиями к таким устройствам являются надежность конструкции, достоверность получаемой информации и малые габариты.To ensure high reliability of the mechanisms, timely oil change, methods and devices are being developed that are built into the oil circulation line, allowing to obtain information about the state of the lubricant during the operation of machinery and equipment. At the same time, important requirements for such devices are the reliability of the design, the reliability of the information received and the small size.
Одним из основных факторов ухудшения рабочих свойств масла является изменение его вязкости, от которой зависит способность масла обеспечивать эффективную толщину слоя смазки между поверхностями узлов трения, которая предотвращает ускоренное изнашивание и нарушение нормального режима работы узлов трения. Как увеличение вязкости, так и ее снижение ведет к нарушению несущей способности масла. Увеличение вязкости может свидетельствовать о термической деструкции, окислении масла, разложении присадок, загрязнении водой и др. Снижение вязкости может быть вызвано попаданием топлива в масло, крекингом (при очень высокой температуре).One of the main factors in the deterioration of the working properties of oil is a change in its viscosity, which determines the ability of the oil to provide an effective thickness of the lubricant layer between the surfaces of the friction units, which prevents accelerated wear and disruption of the normal operation of the friction units. As an increase in viscosity, and its decrease leads to a violation of the bearing capacity of the oil. An increase in viscosity may indicate thermal degradation, oil oxidation, decomposition of additives, water pollution, etc. A decrease in viscosity may be caused by fuel entering the oil, cracking (at very high temperatures).
Не менее значимым показателем работоспособности масла является его окисление вследствие воздействия высокой температуры и его взаимодействия с кислородом, окислами азота и влагой воздуха, а также уменьшения содержания антиокислительных присадок в процессе эксплуатации механизмов. В результате окисления масла образуются кислоты, вызывающие коррозию металлических деталей узлов трения и преждевременный выход их из строя.An equally important indicator of the health of the oil is its oxidation due to exposure to high temperature and its interaction with oxygen, nitrogen oxides and air moisture, as well as a decrease in the content of antioxidant additives during the operation of the mechanisms. As a result of oil oxidation, acids are formed that cause corrosion of the metal parts of the friction units and their premature failure.
Известны методы и устройства оперативного контроля работоспособности масла по изменению его вязкости, встроенные в систему смазки и обеспечивающие непрерывный контроль рабочих свойств масла с целью своевременной его замены.Known methods and devices for the operational monitoring of the oil’s health by changing its viscosity, which are built into the lubrication system and provide continuous monitoring of the oil’s working properties in order to replace it in a timely manner.
Известен метод падающего шара, основанный на измерении скорости установившегося движения тела в исследуемом масле, реализованный в устройстве, в котором используются две электромагнитные катушки, охватывающие поршень, изготовленный из ферромагнитного материала (патент США №6584831, МПК: G01N 11/10, опубл. 21.12.2001). Устройство встраивается в линию циркуляции масла, и масло заполняет измерительную полость. Электромагнитные катушки включаются поочередно, создавая силу, вызывающую перемещение поршня в обе стороны вдоль измерительной полости. При увеличении вязкости перемещение поршня замедляется. Вязкость масла оценивается по времени перемещения поршня между катушками. Так как перемещение поршня в обе стороны вынужденное, то оно не подвержено влиянию гравитации и потока масла.The known method of a falling ball, based on measuring the speed of steady motion of a body in a test oil, is implemented in a device that uses two electromagnetic coils covering a piston made of ferromagnetic material (US patent No. 6584831, IPC: G01N 11/10, publ. 21.12 .2001). The device is integrated in the oil circulation line, and oil fills the measuring cavity. The electromagnetic coils are switched on alternately, creating a force causing the piston to move in both directions along the measuring cavity. As viscosity increases, piston movement slows down. The viscosity of the oil is estimated by the time the piston moves between the coils. Since the movement of the piston in both directions is forced, it is not affected by gravity and oil flow.
Недостатком метода и устройства является то, что требуется использование макроперемещения поршня, что усложняет конструкцию, увеличивает габариты и снижает надежность устройства вследствие изнашивания трущихся деталей.The disadvantage of this method and device is that it requires the use of macro displacement of the piston, which complicates the design, increases the size and reduces the reliability of the device due to wear of the rubbing parts.
Известны квазистатические (без перемещений на макроуровне) метод и устройство контроля вязкости смазочного масла (Agoston A., Otsch С., Jakoby В. Viscosity sensors for engine oil condition monitoring - Application and interpretation of results // Sensors and Actuators - 2005 (121), 327-332, патент США №6938462, МПК: G01N 11/00, опубл. 06.09.05), которые основаны на измерении параметров акустических волн, проходящих через кристалл, контактирующий с исследуемым маслом. Устройство состоит из тонкого диска кварца AT - среза с двумя круговыми электродами, нанесенными на торцевые поверхности. Между электродами прикладывают напряжение, которое вызывает деформацию сдвига кристалла. Колеблющаяся поверхность генерирует плоскопараллельный ламинарный поток в контактирующем слое жидкости. Меняя частоту приложенного напряжения, находят частоту механического резонанса. Смещение резонансной частоты и изменение амплитуды колебаний дают информацию о свойствах масла.Known quasistatic (without moving at the macro level) method and device for monitoring the viscosity of lubricating oil (Agoston A., Otsch C., Jakoby B. Viscosity sensors for engine oil condition monitoring - Application and interpretation of results // Sensors and Actuators - 2005 (121) , 327-332, US patent No. 6938462, IPC:
Недостатком метода является то, что вследствие высокой рабочей частоты (>5 МГц) он чувствителен к свойствам жидкости лишь в весьма тонком слое, контактирующем с поверхностью датчика. Кроме того, при распространении высокочастотных упругих волн через вязкое масло (высокомолекулярную жидкость) масло начинает вести себя как гель, так как частоты колебаний больших молекул совпадают или меньше рабочих частот устройства. В этом случае устройство недостоверно отражает вязкостные свойства масла.The disadvantage of this method is that due to the high operating frequency (> 5 MHz), it is sensitive to the properties of the liquid only in a very thin layer in contact with the surface of the sensor. In addition, when high-frequency elastic waves propagate through a viscous oil (high molecular weight liquid), the oil begins to behave like a gel, since the vibration frequencies of large molecules coincide or are less than the operating frequencies of the device. In this case, the device does not accurately reflect the viscosity properties of the oil.
Известны методы и устройства оперативного контроля работоспособности масла по изменению степени его окисления, встроенные в систему смазки.Known methods and devices for operational monitoring of the health of the oil by changing the degree of its oxidation, built-in lubrication system.
Так, известно устройство контроля качества масла (патент США №6459995, МПК: G01N 031/00, опубл. 01.10.02), основанное на измерении изменения его диэлектрической проницаемости. Устройство содержит погруженный в масло емкостной датчик, который является элементом колебательного контура, содержащего LC- или кварцевый генератор.So, it is known a device for monitoring the quality of oil (US patent No. 6459995, IPC: G01N 031/00, publ. 01.10.02), based on the measurement of changes in its dielectric constant. The device contains a capacitive sensor immersed in oil, which is an element of the oscillatory circuit containing an LC or crystal oscillator.
Выходной сигнал колебательного контура зависит от диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь масла, которые изменяются с изменением его кислотности. Таким образом, выходной сигнал несет информацию о степени окисления масла. Недостатком устройства является то, что диэлектрическая проницаемость масла, а следовательно, и выходной сигнал зависят не только от кислотности масла, но и от содержания воды, степени загрязнения масла механическими частицами, что делает невозможным установление основного фактора, вызвавшего изменение сигнала.The output signal of the oscillatory circuit depends on the dielectric constant and the tangent of dielectric loss of oil, which change with a change in its acidity. Thus, the output signal carries information about the degree of oxidation of the oil. The disadvantage of this device is that the dielectric constant of the oil, and therefore the output signal, depends not only on the acidity of the oil, but also on the water content, the degree of contamination of the oil by mechanical particles, which makes it impossible to establish the main factor that caused the signal to change.
Известны также оптические, в частности флуоресцентные, оперативные методы контроля качества масла по степени его окисления, разработанные с целью повышения чувствительности за счет снижения электрических шумов.Optical, in particular fluorescent, operational methods for monitoring the quality of oil by the degree of its oxidation, also developed with the aim of increasing sensitivity by reducing electrical noise, are also known.
Наиболее близким техническим решением (прототип) является способ и устройство оперативного контроля работоспособности смазочного масла (Патент РБ №11208, МПК: G01N 33/26, опубл. 30.06.08), основанные на измерении изменения параметров флуоресценции масла в ходе его эксплуатации. Способ оперативного контроля работоспособности смазочного масла включает следующие операции: на контролируемое масло направляют пучок оптического излучения, возбуждающего флуоресценцию масла; измеряют интенсивность флуоресценции свежего масла одновременно в трех спектральных диапазонах и определяют два рабочих спектральных диапазона, в которых значения интенсивностей больше, чем в третьем; измеряют интенсивность флуоресценции в процессе эксплуатации масла; определяют показатель окисления масла как отношение интенсивностей в рабочих спектральных диапазонах; по изменению показателя окисления масла оценивают его работоспособность в узлах трения. Устройство состоит из корпуса с закрепленным в нем оптическим окном, передающего канала, который содержит излучатель, передающее оптическое волокно и фотоприемник обратной связи, измерительного канала, включающего приемное оптическое волокно и датчик цвета, и блока обработки сигнала и принятия решения.The closest technical solution (prototype) is a method and device for operational monitoring of the performance of lubricating oil (Patent RB No. 11208, IPC: G01N 33/26, publ. 30.06.08), based on measuring changes in the fluorescence parameters of the oil during its operation. A method for operational monitoring the performance of lubricating oil includes the following operations: a beam of optical radiation that excites fluorescence of the oil is directed to a controlled oil; measure the fluorescence intensity of fresh oil simultaneously in three spectral ranges and determine two working spectral ranges in which the intensities are greater than in the third; measure the fluorescence intensity during the operation of the oil; determine the rate of oil oxidation as a ratio of intensities in the working spectral ranges; by changing the rate of oxidation of the oil evaluate its performance in the friction units. The device consists of a housing with an optical window fixed in it, a transmitting channel that contains an emitter, a transmitting optical fiber and a feedback photodetector, a measuring channel including a receiving optical fiber and a color sensor, and a signal processing and decision block.
Недостаток прототипа заключаются в недостаточной информативности о состоянии масла, так как его оценка осуществляется по одному диагностическому показателю - степени окисления масла и не оценивается его вязкость. Ограниченная информативность является причиной недостаточной точности и достоверности оценки работоспособности масла.The disadvantage of the prototype is the lack of information about the state of the oil, since its assessment is carried out according to one diagnostic indicator - the degree of oxidation of the oil and its viscosity is not evaluated. Limited information content is the reason for the lack of accuracy and reliability of the assessment of the performance of the oil.
Задача заявляемого изобретения состоит в повышении достоверности оперативного контроля работоспособности масла за счет повышения информативности путем использования для эффективной оценки состояния масла одновременно двух диагностических показателей - степени окисления масла, характеризующей изменение химических свойств масла, и вязкости масла, характеризующей способность обеспечивать эффективную толщину слоя смазки между поверхностями узлов трения.The objective of the invention is to increase the reliability of operational control of the oil’s performance by increasing the information content by using two diagnostic indicators for an effective assessment of the oil’s condition - the oxidation state of the oil, characterizing the change in the chemical properties of the oil, and the viscosity of the oil, characterizing the ability to provide an effective thickness of the lubricant layer between the surfaces friction units.
Поставленная задача решается тем, что известный способ оперативного контроля работоспособности смазочного масла, заключающийся в том, что на контролируемое масло направляют пучок оптического излучения, возбуждающего флуоресценцию масла, измеряют интенсивность флуоресценции свежего масла одновременно в трех спектральных диапазонах и определяют два рабочих спектральных диапазона, в которых значения интенсивностей больше, чем в третьем, измеряют интенсивность флуоресценции в процессе эксплуатации масла, определяют показатель окисления масла как отношение интенсивностей в рабочих спектральных диапазонах и по показателю окисления оценивают работоспособность масла, дополнен новой совокупностью операций.The problem is solved by the fact that the known method of operational monitoring the performance of lubricating oil, which consists in sending a beam of optical radiation that excites oil fluorescence to the controlled oil, measuring the fluorescence intensity of fresh oil simultaneously in three spectral ranges and determining two operating spectral ranges in which the intensities are greater than in the third, they measure the fluorescence intensity during the operation of the oil, determine the oxide oil ratio as a ratio of intensities in the working spectral ranges and according to the oxidation index evaluate the oil’s performance, supplemented by a new set of operations.
Известно (Lakowicz J.R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. Second Edition. University of Maryland School of Medicine. Kluwer Academic / Plenum Publishers. New York. 1999), что анизотропия флуоресценции зависит от вязкости среды, в которой находятся флуоресцирующие молекулы. Эта зависимость используется в методах измерения вязкости не флуоресцирующих биологических жидкостей (Williams A.M., Dor Ben-Amotz. Molecular-Optical Viscometer Based on Fluorescence Depolarization / Anal. Chem. 1992, P.700-703) и полимерных материалов (патент США №5151748, МПК: G01N 11/00, опубл. 29.09.92), для чего в исследуемую среду вводят флуоресцирующие «молекулярные роторы» или «хромофоры». В этом случае по изменению анизотропии г флуоресценции молекулярных роторов оценивают вязкость η исследуемой среды η=f(r). В смазочном материале присутствуют флуоресцирующие молекулы базовой основы и присадок (в основном молекулы ароматических и полициклических ароматических соединений), что не требует для использования флуоресцентных методов введения специальных флуоресцирующих маркеров.It is known (Lakowicz J.R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. Second Edition. University of Maryland School of Medicine. Kluwer Academic / Plenum Publishers. New York. 1999) that fluorescence anisotropy depends on the viscosity of the medium in which the fluorescent molecules are located. This relationship is used in methods for measuring the viscosity of non-fluorescent body fluids (Williams AM, Dor Ben-Amotz. Molecular-Optical Viscometer Based on Fluorescence Depolarization / Anal. Chem. 1992, P.700-703) and polymeric materials (US Patent No. 5151748, IPC: G01N 11/00, published on September 29, 1992), for which purpose fluorescent "molecular rotors" or "chromophores" are introduced into the test medium. In this case, the viscosity η of the test medium η = f (r) is estimated from the change in the anisotropy of g fluorescence of molecular rotors. The lubricant contains fluorescent molecules of the base base and additives (mainly molecules of aromatic and polycyclic aromatic compounds), which does not require the introduction of special fluorescent markers for the use of fluorescent methods.
Новая совокупность операций заключается в том, что оптическое излучение, которое возбуждает флуоресценцию масла, поляризуют таким образом, чтобы оно приобрело линейную поляризацию, и дополнительно одновременно измеряют интенсивности флуоресценции с параллельной I//(Т) и перпендикулярной I⊥(T) поляризацией излучения относительно поляризации оптического излучения, возбуждающего флуоресценцию масла. Кроме того, регистрируют температуру Т масла, что является важной операцией, так как вязкость масла в сильной степени зависит от температуры, поэтому при контроле вязкости необходимо указывать при какой температуре выполнены измерения. По измеренным значениям интенсивностей I//(Т) и I⊥(T) определяют показатель анизотропии r(Т) флуоресценции масла при температуре T по формуле (Левшин Л.В., Салецкий A.M. Люминесценция и ее измерения: Молекулярная люминесценция. - М.: Изд-во МГУ, 1989. - 272 с.):A new set of operations is that the optical radiation that excites the fluorescence of the oil is polarized so that it acquires a linear polarization, and additionally simultaneously measure the fluorescence intensities with parallel I // (T) and perpendicular I ⊥ (T) polarization of radiation relative to polarization of optical radiation exciting oil fluorescence. In addition, the temperature T of the oil is recorded, which is an important operation, since the viscosity of the oil is highly dependent on temperature, therefore, when monitoring the viscosity, it is necessary to indicate at what temperature the measurements were made. From the measured intensities I // (T) and I ⊥ (T), the anisotropy index r (T) of oil fluorescence at temperature T is determined by the formula (Levshin L.V., Saletsky AM Luminescence and its measurements: Molecular luminescence. - M. : Publishing House of Moscow State University, 1989. - 272 p.):
и дополнительно к показателю окисления масла оценивают его динамическую вязкость по калибровочной зависимости:and in addition to the indicator of oil oxidation, its dynamic viscosity is evaluated by the calibration dependence:
гдеWhere
η - динамическая вязкость,η is the dynamic viscosity,
r - показатель анизотропии,r is the anisotropy index,
Т - температура масла.T is the temperature of the oil.
Затем оценивают работоспособность масла по показателю окисления S масла, сравнивая значение S с пороговым значением Sпор, и по изменению вязкости η масла при его рабочей температуре относительно порогового значения ηпор.Then evaluate the performance of the oil by the oxidation index S of the oil, comparing the value of S with the threshold value of S then , and by changing the viscosity η of the oil at its operating temperature relative to the threshold value of η then .
Введение новой совокупности операций позволяет использовать для оперативного контроля работоспособности масла дополнительный диагностический показатель - вязкость масла, что повышает информативность, а следовательно, и достоверность заключения о работоспособности масла.The introduction of a new set of operations allows the use of an additional diagnostic indicator, the viscosity of the oil, for operational monitoring of the oil’s health, which increases the information content and, therefore, the reliability of the conclusion about the oil’s health.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, содержащем корпус с закрепленным в нем оптическим окном, передающий канал, состоящий из излучателя, передающего оптического волокна, фотоприемника обратной связи, измерительный канал, включающий приемное оптическое волокно и датчик цвета, и блок обработки сигнала и принятия решения, согласно изобретению передающий канал дополнительно содержит поляризатор, установленный между передающим оптическим волокном и оптическим окном, который служит для создания линейной поляризации оптического излучения, возбуждающего флуоресценцию масла. Кроме того, устройство содержит два дополнительных измерительных канала, каждый из которых содержит расположенные последовательно измерительный фотоприемник, приемное оптическое волокно и анализатор, установленный между приемным оптическим волокном и оптическим окном, причем плоскость поляризации анализатора первого дополнительного измерительного канала параллельна, а второго перпендикулярна плоскости поляризации поляризатора. Дополнительные измерительные каналы введены для измерения одновременно интенсивности флуоресценции с параллельной I// и перпендикулярной I⊥ поляризацией излучения относительно поляризации возбуждающего оптического излучения соответственно. Кроме того, в корпусе устройства установлен датчик температуры для измерения температуры контролируемого масла.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in a known device comprising a housing with an optical window fixed therein, a transmitting channel consisting of an emitter, a transmitting optical fiber, a feedback photodetector, a measuring channel including a receiving optical fiber and a color sensor, and the signal processing and decision unit according to the invention, the transmitting channel further comprises a polarizer mounted between the transmitting optical fiber and the optical window, which serves to create a linear polarization of optical radiation that excites the fluorescence of the oil. In addition, the device contains two additional measuring channels, each of which contains a sequentially measuring photodetector, a receiving optical fiber and an analyzer installed between the receiving optical fiber and the optical window, the polarization plane of the analyzer of the first additional measuring channel being parallel and the second perpendicular to the plane of polarization . Additional measuring channels were introduced to measure simultaneously the fluorescence intensity with parallel I // and perpendicular I ⊥ polarization of the radiation relative to the polarization of the exciting optical radiation, respectively. In addition, a temperature sensor is installed in the device’s body to measure the temperature of the monitored oil.
Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:
на фиг.1 - конструкция предлагаемого устройства;figure 1 - design of the proposed device;
на фиг.2 - гистограмма изменения показателя окисления S компрессорного масла в ходе эксплуатации и пороговое значение показателя Sпор;figure 2 is a histogram of the change in the oxidation index S of the compressor oil during operation and the threshold value of the indicator S then ;
на фиг.3 - гистограмма изменения вязкости η компрессорного масла в ходе эксплуатации и пороговое значение показателя ηпор.figure 3 is a histogram of changes in viscosity η of compressor oil during operation and the threshold value of the indicator η then .
Предлагаемое устройство содержит корпус 14 с закрепленным в нем оптическим окном 10 и датчиком температуры 19, передающий канал, три измерительных канала и блок обработки сигнала и принятия решения 17 (фиг.1). Передающий канал, служащий для создания линейной поляризации оптического излучения и передачи его в объем контролируемого масла, состоит из излучателя 1, фотоприемника обратной связи 2, передающего оптического волокна 5 и закрепленного на поверхности оптического окна 10 поляризатора 11, после прохождения через который оптическое излучение приобретает линейную поляризацию. При этом входной торец оптического волокна 5 обращен к излучателю 1, а выходной - к поляризатору 11. Измерительные каналы применяются для передачи излучения флуоресценции масла из контролируемой области масла к регистрирующим датчикам. Первый измерительный канал включает приемное оптическое волокно 6 и датчик цвета 3. Входной торец приемного оптического волокна 6 обращен к оптическому окну 10, а выходной - к датчику цвета 3. Датчик цвета, регистрирующий интенсивность флуоресценции масла одновременно в трех спектральных диапазонах, в частности, в «красном», «зеленом» и «синем», позволяет оценивать спектральное распределение флуоресценции масла, по которому определяется показатель окисления. Второй измерительный канал содержит первый анализатор 12, приемное оптическое волокно 9 и фотоприемник 8. Третий измерительный канал содержит второй анализатор 13, приемное оптическое волокно 7 и фотоприемник 4. Входные торцы передающих оптических волокон 9 и 7 обращены к анализаторам 12, 13, а выходные - к фотоприемникам 8 и 4, при этом анализаторы закреплены на поверхности оптического окна таким образом, что плоскость поляризации первого анализатора 12 параллельна, а второго анализатора 13 перпендикулярна плоскости поляризации поляризатора 11, что позволяет с помощью фотоприемников 8 и 4 регистрировать флуоресценцию с параллельной и перпендикулярной поляризацией относительно поляризации оптического излучения, возбуждающего флуоресценцию. Электрические выводы излучателя 1, фотоприемника обратной связи 2, датчика цвета 3, фотоприемников 4 и 8 и датчика температуры 19 выведены на монтажную плату 15, закрепленную на корпусе 14 и соединенную электрическим кабелем 18 с блоком обработки сигнала и принятия решения 17. Для защиты от механических повреждений и экранировки от электрических помех используется защитная крышка 16, закрепленная на корпусе 14.The proposed device comprises a
В качестве источника излучения в предлагаемом устройстве используется источник такого излучения, которое возбуждает флуоресценцию масла, т.е. с длиной волны, находящейся в диапазоне 350-450 нм (например, УФ диод. LED3-UV-395-30). Датчик цвета позволяет одновременно измерять интенсивность флуоресценции масла в трех спектральных диапазонах, в частности, в «красном», «зеленом» и «синем». Таким датчиком может служить, например, Color Sensor MCS3AT/MCS3BT или Color Sensor TCS230. В качестве измерительных фотоприемников 4, 8 используется фотоприемник, спектральная область чувствительности которого согласована со спектром флуоресценции смазочных масел, например фотодиод VTB8440.As a radiation source, the proposed device uses a source of such radiation, which excites the fluorescence of the oil, i.e. with a wavelength in the range of 350-450 nm (for example, UV diode. LED3-UV-395-30). The color sensor allows you to simultaneously measure the fluorescence intensity of the oil in three spectral ranges, in particular, in “red”, “green” and “blue”. Such a sensor can be, for example, a Color Sensor MCS3AT / MCS3BT or Color Sensor TCS230. As measuring
Для оценки вязкости на стадии изготовления устройство калибруется в лабораторных условиях с использованием калибровочных образцов с известной вязкостью при заданных температурах. Полученная калибровочная зависимость η=φ(r,T) заносится в память микропроцессора устройства.To evaluate the viscosity at the manufacturing stage, the device is calibrated in the laboratory using calibration samples with known viscosity at given temperatures. The obtained calibration dependence η = φ (r, T) is entered into the microprocessor memory of the device.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.The proposed method is as follows.
Устройство с помощью резьбы и уплотнительного кольца 20 монтируется в бак с контролируемым маслом, как показано на фиг.1, или встраивается в маслопровод. Устройство подключается к электропитанию. Тестируемое оборудование заполняется свежим маслом. Часть потока оптического излучения излучателя 1 подается на фотоприемник 2 обратной связи, который измеряет интенсивность излучения и его выходной сигнал используется в цепи обратной связи для стабилизации интенсивности излучения излучателя. Пучок оптического излучения излучателя 1 проходит по оптическому передающему волокну 5 к поляризатору 11, где преобразуется из неполяризованного в линейно-поляризованное излучение, и затем через оптическое окно 10 направляется на контролируемое масло. При этом в облученном объеме масла возбуждается флуоресценция. Часть потока излучения флуоресценции, пройдя оптическое окно 10, через приемное оптическое волокно 6 передается к датчику цвета 3, который регистрирует интенсивность флуоресценции (IR, IG и IB) одновременно в трех спектральных диапазонах - красном "R", зеленом "G" и синем "В". Затем из трех спектральных диапазонов определяются два рабочих диапазона Δλлд и Δλкор, в которых значения интенсивностей больше, чем в третьем. В первом измерительном канале вычисляется показатель окисления S масла по формуле:The device using a thread and an o-
где IΔλдл - значение интенсивности флуоресценции, измеренное в длинноволновомwhere I Δλdl is the value of the fluorescence intensity measured in the long-wavelength
рабочем спектральном диапазоне;operating spectral range;
IΔλкор - значение интенсивности флуоресценции, измеренное в коротковолновом рабочем спектральном диапазоне.I Δλcor is the fluorescence intensity value measured in the short-wavelength working spectral range.
В ходе эксплуатации оборудования происходит окисление масла, что сопровождается смещением спектра флуоресценции в длинноволновую область и увеличением IΔλдл относительно IΔλкор, т.е. увеличением показателя S.During the operation of the equipment, oil oxidation occurs, which is accompanied by a shift of the fluorescence spectrum to the long-wavelength region and an increase in I Δλ for relatively I Δλcor , i.e. an increase in S.
Вторая часть потока излучения флуоресценции, пройдя оптическое окно 10, падает на первый анализатор 12, плоскость поляризации которого параллельна плоскости поляризации поляризатора 11, вследствие чего на фотоприемник 8 через приемное оптическое волокно 9 передается излучение флуоресценции с параллельной I// поляризацией относительно поляризации оптического излучения, возбуждающего флуоресценцию.The second part of the fluorescence radiation flux, passing through the
Одновременно в третьем измерительном канале излучение флуоресценции проходит через оптическое окно 10, второй анализатор 13, плоскость поляризации которого перпендикулярна плоскости поляризации поляризатора 11, и через волокно 7 передается к фотоприемнику 4, который регистрирует флуоресценцию с перпендикулярной I⊥ поляризацией излучения относительно поляризации оптического излучения, которое возбуждает флуоресценцию масла. Также одновременно датчик температуры 19 регистрирует температуру Т масла.At the same time, in the third measuring channel, the fluorescence radiation passes through the
Затем определяется показатель анизотропии флуоресценции масла по формуле (1) и вычисляется динамическая вязкость масла по калибровочной зависимости η=φ(r, T).Then, the anisotropy index of oil fluorescence is determined by the formula (1) and the dynamic viscosity of the oil is calculated from the calibration dependence η = φ (r, T).
После этого оценивается работоспособность масла по показателю окисления S, сравнивая значение S с пороговым значением Sпор, и по изменению вязкости η масла при его рабочей температуре относительно порогового значения ηпор.After that, the performance of the oil is evaluated by the oxidation index S, comparing the value of S with the threshold value of S then , and by changing the viscosity η of the oil at its operating temperature relative to the threshold value of η then .
Все вычисления выполняются с помощью микропроцессора в блоке обработки сигнала. Значения S, η и Т выводятся на дисплей устройства. Значения показателей S и η сравниваются с пороговыми значениями и выносится заключение о работоспособности смазочного масла в блоке принятия решения, которое отражается световой индикацией на дисплее.All calculations are performed using a microprocessor in the signal processing unit. The values of S, η and T are displayed on the display of the device. The values of the indicators S and η are compared with threshold values and a conclusion is made on the performance of the lubricating oil in the decision block, which is reflected by the light indication on the display.
Введение двух дополнительных измерительных каналов позволяет проводить одновременно измерения интенсивности флуоресценции с параллельной I// и перпендикулярной I⊥ поляризацией излучения относительно поляризации возоуждающего оптического излучения, соответственно. Это дает возможность оценивать показатель анизотропии флуоресценции масла и дополнительный параметр, характеризующий работоспособность масла, - вязкость масла. Кроме того, датчик температуры, установленный в корпусе устройства, дает возможность регистрировать рабочую температуру контролируемого масла, которая является важным параметром при анализе масла и используется для определения его вязкости.The introduction of two additional measuring channels allows simultaneous measurements of fluorescence intensity with parallel I // and perpendicular I ⊥ polarization of radiation relative to the polarization of exciting optical radiation, respectively. This makes it possible to evaluate the anisotropy of the fluorescence of the oil and an additional parameter characterizing the performance of the oil, the viscosity of the oil. In addition, a temperature sensor installed in the device’s body makes it possible to record the operating temperature of the controlled oil, which is an important parameter in the analysis of the oil and is used to determine its viscosity.
В результате оценки состояния масла одновременно по двум диагностическим показателям - степени окисления масла и вязкости масла - повышается информативность анализа и достоверность заключения о работоспособности масла.As a result of assessing the condition of the oil simultaneously by two diagnostic indicators - the degree of oxidation of the oil and the viscosity of the oil - increases the information content of the analysis and the reliability of the conclusion about the health of the oil.
Пример использования предложенного способа и устройства для контроля работоспособности масла КС-19 в компрессорной системе.An example of the use of the proposed method and device for monitoring the health of the oil KS-19 in the compressor system.
Для оценки вязкости устройство на стадии изготовления калибровалось в лабораторных условиях с использованием образцов масел (НАФТАН МИ 1-3 (SAE 15W-40) и Shell Omala Oil 460) с известной вязкостью при заданных температурах. Полученная калибровочная зависимость η=φ(r, Т) имеет вид:To assess the viscosity, the device at the manufacturing stage was calibrated under laboratory conditions using oil samples (NAFTAN MI 1-3 (SAE 15W-40) and Shell Omala Oil 460) with known viscosity at given temperatures. The obtained calibration dependence η = φ (r, T) has the form:
гдеWhere
A(T)=56,69·ехр(-0,0605·T) и В(Т)=5,4103·ехр(-0,0726·T) - температурные коэффициенты.A (T) = 56.69 · exp (-0.0605 · T) and B (T) = 5.4103 · exp (-0.0726 · T) are temperature coefficients.
Калибровочная зависимость была занесена в память микропроцессора устройства.The calibration dependence was recorded in the memory of the microprocessor of the device.
Для контроля работоспособности смазочного масла КС-19 в компрессорной системе предлагаемое устройство, устанавливали в бак с маслом. Система смазки заполнялась чистым маслом КС-19 и включалось устройство контроля работоспособности смазочного масла. На выходе датчика цвета, в качестве которого использовался Color Sensor MCS3AT/MCS3BT, с помощью микроконтроллера блока обработки и принятия решения, регистрировались одновременно три сигнала (UR=164 мВ, UG=636 мВ и UB=1246 мВ), соответствующие интенсивности флуоресценции масла (IR, IG и IB) в красном "R", зеленом "G" и синем "В" спектральном диапазоне. Дальнейшая обработка сигналов выполнялась также с помощью микроконтроллера. А именно, было определено, что минимальным значением из трех сигналов (UR, UG и UB) является сигнал в красном спектральном диапазоне, то есть рабочими спектральными диапазонами являются зеленый и синий, и IΔλдл=IG, IΔλкор=IB. Следовательно, показатель окисления S при оценке 10 масла КС-19 определялся как отношение
По значению показателя анизотропии r с учетом температуры масла определялась его динамическая вязкость η по калибровочной зависимости (3).Using the value of the anisotropy index r taking into account the oil temperature, its dynamic viscosity η was determined from the calibration dependence (3).
В таблице приведены измеренные значения сигналов UR, UG, UB, U//, U⊥ и Т, а также вычисленные значения S, r и η для свежего масла (время эксплуатации t=0) и для масла, работавшего в компрессорной системе в течение времени t1 и t2.The table shows the measured values of the signals U R , U G , U B , U // , U ⊥ and T, as well as the calculated values of S, r and η for fresh oil (operating time t = 0) and for oil operating in the compressor system during time t1 and t2.
На фиг.2 и фиг.3 показано изменение показателя окисления S и вязкости η масла в ходе эксплуатации и их пороговые значения Sпор и ηпор. Видно, что значения диагностического показателя S в течение приведенного на графике времени эксплуатации не превышали порогового, в то время как вязкость масла при достижении времени эксплуатации t2 превосходит пороговое значение ηпор=0,11 Па·с, при этом на дисплее появлялся сигнал предупреждения о необходимости замены масла (включался индикаторный светодиод блока обработки сигнала и принятия решения).Figure 2 and figure 3 shows the change in the oxidation index S and viscosity η of oil during operation and their threshold values of S then and η then . It is seen that the values of the diagnostic indicator S during the operating time on the graph did not exceed the threshold, while the viscosity of the oil when the operating time t2 exceeds the threshold value η pore = 0.11 Pa · s, while a warning signal appeared on the display the need for an oil change (the indicator LED of the signal processing and decision-making unit was turned on).
Приведенный пример показывает, что предлагаемые способ и устройство, реализующие одновременную оценку двух диагностических показателей S и η повышает достоверность оперативного контроля работоспособности смазочного масла за счет повышения информативности путем использования для оценки состояния масла одновременно двух диагностических показателей - степени окисления масла, характеризующей изменение химических свойств масла, и вязкости масла, характеризующей способность обеспечивать эффективную толщину слоя смазки между поверхностями узлов трения.The above example shows that the proposed method and device that implements the simultaneous assessment of two diagnostic indicators S and η increases the reliability of operational monitoring of the performance of lubricating oil by increasing the information content by using two diagnostic indicators at the same time to assess the condition of the oil - the degree of oil oxidation characterizing the change in the chemical properties of the oil , and the viscosity of the oil, characterizing the ability to provide an effective thickness of the lubricant layer between the surface tyami friction units.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США №6584831, МПК: G01N 11/10, опубл. 21.12.2001.1. US patent No. 6584831, IPC:
2. Agoston A., Otsch С., Jakoby В. Viscosity sensors for engine oil condition monitoring - Application and interpretation of results // Sensors and Actuators - 2005 (121), P.327-3322. Agoston A., Otsch S., Jakoby B. Viscosity sensors for engine oil condition monitoring - Application and interpretation of results // Sensors and Actuators - 2005 (121), P.327-332
3. Патент США №6938462, МПК: G01N 11/00, опубл. 06.09.05.3. US patent No. 6938462, IPC:
4. Патент США №6459995, МПК: G01N 031/00, опубл. 01.10.02.4. US Patent No. 6459995, IPC: G01N 031/00, publ. 10/01/02.
5. Патент РБ №11208, МПК: G01N 33/26, опубл. 30.06.08 (прототип).5. Patent RB No. 11208, IPC: G01N 33/26, publ. 06/30/08 (prototype).
6. Левшин Л.В., Салецкий A.M. Люминесценция и ее измерения: Молекулярная люминесценция. - М.: Изд-во МГУ, 1989. - 272 с.6. Levshin L.V., Saletsky A.M. Luminescence and its measurements: Molecular luminescence. - M.: Publishing House of Moscow State University, 1989 .-- 272 p.
7. Lakowicz J.R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. Second Edition. University of Maryland School of Medicine. Kluwer Academic / Plenum Publishers. New York. 1999.7. Lakowicz J.R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. Second Edition. University of Maryland School of Medicine. Kluwer Academic / Plenum Publishers. New York 1999.
8. Williams A.M., Dor Ben-Amotz. Molecular-Optical Viscometer Based on Fluorescence Depolarization / Anal. Chem. - 1992, P.700-703.8. Williams A.M., Dor Ben-Amotz. Molecular-Optical Viscometer Based on Fluorescence Depolarization / Anal. Chem. - 1992, P.700-703.
Claims (2)
η=φ(r,T),
где η - динамическая вязкость,
r - показатель анизотропии,
T - температура масла,
и оценивают работоспособность масла по показателю окисления, сравнивая значение показателя с пороговым значением, и по изменению вязкости масла при его рабочей температуре относительно порогового значения.1. A method for operational monitoring the performance of lubricating oil, which consists in sending a beam of optical radiation that stimulates fluorescence of the oil to the controlled oil, measuring the fluorescence intensity of fresh oil simultaneously in three spectral ranges and determining two operating spectral ranges in which the intensities are greater than in the third, measure the fluorescence intensity during the operation of the oil, determine the rate of oil oxidation as the ratio of intensities in their spectral ranges and oxidation index evaluate the performance of the oil, characterized in that the optical radiation that excites the fluorescence of the oil is polarized and, at the same time, the fluorescence intensities are measured with parallel and perpendicular polarization of the radiation relative to the polarization of the optical radiation exciting the fluorescence of the oil, which determine the anisotropy index oil, and also measure the temperature of the oil and additionally determine the dynamic viscosity s oil on the calibration curve
η = φ (r, T),
where η is the dynamic viscosity,
r is the anisotropy index,
T is the oil temperature,
and evaluate the performance of the oil in terms of oxidation, comparing the value of the indicator with a threshold value, and by changing the viscosity of the oil at its operating temperature relative to the threshold value.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BYBY20110210 | 2011-02-18 | ||
BY20110210 | 2011-02-18 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011142717A RU2011142717A (en) | 2013-04-27 |
RU2495415C2 true RU2495415C2 (en) | 2013-10-10 |
Family
ID=49152062
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011142717/15A RU2495415C2 (en) | 2011-02-18 | 2011-10-21 | Method for effective monitoring of lubricating oil operability, and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2495415C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2561651C1 (en) * | 2014-05-23 | 2015-08-27 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" | Method for determination of quality factors of used fuels and oils in tanks of military tracklaying vehicle power plant and transmission systems |
RU2569766C2 (en) * | 2014-01-24 | 2015-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Химмотолог" | Device for automatic detection of lubricant quality |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0080632A1 (en) * | 1981-11-17 | 1983-06-08 | Nissan Motor Co., Ltd. | Oil deterioration detector |
RU2222012C1 (en) * | 2002-09-16 | 2004-01-20 | Красноярский государственный технический университет | Technique establishing durability of lubricating oils |
RU2240558C1 (en) * | 2003-04-10 | 2004-11-20 | Красноярский государственный технический университет | Method of determining thermal stability of lubricating oil |
RU2247971C1 (en) * | 2004-02-17 | 2005-03-10 | Красноярский государственный технический университет (КГТУ) | Method for determining thermal oxidative stability of lubricants |
RU2366945C1 (en) * | 2008-04-29 | 2009-09-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) | Method for determination of temperature resistance of lubricant oils |
RU2415422C1 (en) * | 2009-11-24 | 2011-03-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) | Procedure for determination of temperature stability of oil lubricant |
-
2011
- 2011-10-21 RU RU2011142717/15A patent/RU2495415C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0080632A1 (en) * | 1981-11-17 | 1983-06-08 | Nissan Motor Co., Ltd. | Oil deterioration detector |
RU2222012C1 (en) * | 2002-09-16 | 2004-01-20 | Красноярский государственный технический университет | Technique establishing durability of lubricating oils |
RU2240558C1 (en) * | 2003-04-10 | 2004-11-20 | Красноярский государственный технический университет | Method of determining thermal stability of lubricating oil |
RU2247971C1 (en) * | 2004-02-17 | 2005-03-10 | Красноярский государственный технический университет (КГТУ) | Method for determining thermal oxidative stability of lubricants |
RU2366945C1 (en) * | 2008-04-29 | 2009-09-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) | Method for determination of temperature resistance of lubricant oils |
RU2415422C1 (en) * | 2009-11-24 | 2011-03-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) | Procedure for determination of temperature stability of oil lubricant |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2569766C2 (en) * | 2014-01-24 | 2015-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Химмотолог" | Device for automatic detection of lubricant quality |
RU2561651C1 (en) * | 2014-05-23 | 2015-08-27 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" | Method for determination of quality factors of used fuels and oils in tanks of military tracklaying vehicle power plant and transmission systems |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011142717A (en) | 2013-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhu et al. | Lubricating oil conditioning sensors for online machine health monitoring–A review | |
US7136155B2 (en) | Apparatus for measuring oil oxidation using fluorescent light reflected from oil | |
KR100928947B1 (en) | Apparatus for integrated in-line oil monitoring | |
KR101125602B1 (en) | Probe for oil viscosity and method and apparatus for monitoring oil viscosity with the same | |
KR100795373B1 (en) | Oil degradation real time monitoring method and device | |
KR100789724B1 (en) | Real-time monitoring method and apparatus for oil oxidation by fluorescence measurement | |
US5739916A (en) | Apparatus and method for determining the concentration of species in a substance | |
US10962520B2 (en) | Method and device for determining and/or monitoring the breakdown voltage of a transformer oil | |
Myshkin et al. | On-line condition monitoring in industrial lubrication and tribology | |
RU2329502C1 (en) | Method of on-line oil performance monitoring and associated intrument | |
JP2005521862A (en) | Improved method for on-line monitoring of lubricants using light in the visible and near IR spectral range | |
RU2495415C2 (en) | Method for effective monitoring of lubricating oil operability, and device for its implementation | |
Leal-Junior et al. | Temperature-insensitive water content estimation in oil-water emulsion using POF sensors | |
US7253644B2 (en) | Apparatus and method for measuring electrochemical and viscoelastic properties of a liquid | |
KR100469870B1 (en) | Apparatus for Measuring Soot Content in Diesel Engine Oil in Real Time | |
KR19980032519A (en) | Non-destructive diagnostic method and non-destructive diagnostic device | |
Myshkin et al. | Methods and instruments for condition monitoring of lubricants | |
RU141304U1 (en) | DEVICE FOR OPERATIONAL QUALITY CONTROL OF TECHNICAL OIL | |
CN109883338A (en) | A Lubricating Oil Film Thickness Measurement Method and Device Based on TDLAS Technology | |
RU2758746C1 (en) | Method for effective monitoring of quality of transmission oil | |
RU2325631C1 (en) | Method of compounds concentration detection for trolly mixture | |
RU2361209C2 (en) | Method of effective control of oil decomposition and device to this end | |
JP2000356635A (en) | Concentration measuring method of chlorophyll a and device therefor | |
CN110986814B (en) | A phase-sensitive optical time-domain reflectometry system with improved dynamic strain measurement range | |
SU1353093A1 (en) | Method of determining coefficient of diffusion of molrcules and microparticles in transparent media |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131022 |