CN101806692B - 一种机油铁磁性颗粒在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机油铁磁性颗粒在线监测装置，其特征在于，包括，安装在待测油路内与待测油路管径相适配的传感器单元、安装在待测油路外部的电子存储与控制单元和显示器单元，的传感器单元通过普通电缆与的电子存储与控制单元相互连接，的电子存储与控制单元通过工业通用标准的RS232或RS422/485系列接口与的显示器单元相互连接，的显示器单元显示在线监测油路内机油铁磁性颗粒的检测值。有益效果是：本装置能够在极端的温度和振动环境下工作，结构简单，使用方便，监测响应速度快，及时实现设备故障的预警；有助于确定润滑油的剩余寿命，优化换油周期，减少事故发生；不仅具有重大的经济价值，而且还对环境保护具有重要意义。

Description

一种机油铁磁性颗粒在线监测装置

技术领域

本发明涉及一种机械设备磨损状态的在线监测装置；特别是涉及一种机油铁磁性颗粒在线监测装置，本发明属于机械设备磨粒在线监测装置技术领域。

背景技术

磨损是机械零部件失效的主要因素之一，在机器零件的失效形式中，磨损失效形式约占70％以上。磨粒的状态，隐含着机械设备运行状态的大量信息，能及时反映设备的磨损现状与发展趋势，同时，也是诊断设备故障、进行预测维修、对设备进行改进设计的重要依据。

机械设备油液中磨粒的检测一般分为两类：离线与在线检测。离线检测如：光谱分析、铁谱分析、扫描电镜、能谱等；在线检测有：在线磨粒计数器、磨粒分析器等，如：美国HIAC/ROYCO公司的多通道磨粒计数器，可测1～100μm的磨粒，该公司的另一种产品——激光扫描传感器，可测0.25～25μm大小的磨粒；加拿大GasTops公司生产的一种型号为Metal SCAN的大磨粒传感器；日本的Tskuso Sato与美国的M.Linzer等人，正在研制另一种利用激光检测黑色金属磨粒的技术。我国西安交通大学也在研制利用铁谱在线来检测黑色金属磨粒的方法。

传统的润滑油状态监测是指利用实验室的物理化学分析技术，对机器设备正在使用的润滑油样品进行综合分析，获得设备润滑与磨损状况的信息，并据此预测设备磨损过程的发展，及时发现故障或预防故障的发生。在线润滑油状态监测，则是在设备正常运行的情况下，通过对在线使用润滑油的物理化学参数进行实时监测，特别是对磨粒状态的实时监测，判定设备的工况，诊断设备的异常部件和异常程度，从而，实现避免重大事故的发生，有针对性地维护和修理。另外，实时监测，可以帮助理解机械设备中摩擦副的磨损机理，润滑机理，磨损失效类型，确定润滑油剩余寿命等，以便确定合理的磨合规范和换油期。目前，我国在“在线铁磁性磨粒状态及润滑油监测”仪器制造方面仍属空白，国际上少有的同类仪器仍处在体积大、技术复杂、应用范围小，价格昂贵的状态。另外，油液在线监测技术复杂，实施难度大，目前，在工业领域还未获得广泛的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术缺陷，解决机械设备磨粒在线监测的技术难题，提供一种油路内机油铁磁性颗粒在线监测装置。

本发明所采用的技术方案是：一种机油铁磁性颗粒在线监测装置，包括，安装在待测油路内与待测油路管径相适配的传感器单元、安装在待测油路外部的电子存储与控制单元和显示器单元，所述的传感器单元通过普通电缆与所述的电子存储与控制单元相互连接，所述的电子存储与控制单元通过工业通用标准的RS232或RS422/485系列接口与所述的显示器单元相互连接，所述的显示器单元显示在线监测油路内机油铁磁性颗粒的检测值。

所述的传感器单元，包括，一个强力永久磁铁，一个电磁铁和一个行程开关，与所述的传感器单元相适配的油路管径为3/8时或3/4时或1-1/4时。

所述的电子存储与控制单元，包括，复位电路，信号输入电路，单片机，报警电路，显示电路，电源模块，串口通信模块和大功率可调电压输出模块，所述的复位电路与所述的单片机连接，所述的信号输入电路接收所述传感器的原始信号后，输入所述的单片机，所述单片机的输出，分别与所述的报警电路、显示电路、电源模块、串口通信模块和大功率可调电压输出模块电连接。

所述的显示器单元采用的是下列三种结构之一：

1)安装在一个牢固机箱里的工业显示单元(IDU)与高性能的个人计算机的组合，所述的工业显示单元(IDU)使用平板触摸屏，彩色LCD显示，计算机内置监控软件单元；

2)一个运行在Windows 98或Windows XP操作***下的单独的奔腾PC机；

3)一个可编程通过RS485接口接收、转译和显示监测信息的工业用DCS控制器。

本发明的有益效果是：本装置能够在极端的温度和振动环境下工作，结构简单，使用方便，监测响应速度快，及时实现设备故障的预警；有助于确定润滑油的剩余寿命，优化换油周期，减少事故发生；不仅具有重大的经济价值，而且还对环境保护具有重要意义。

附图说明

图1是油路内机油铁磁性颗粒在线监测装置方框图；

图2是油路内机油铁磁性颗粒在线监测装置示意图；

图3是电子存储与控制单元电路的方框图；

图4是电子存储与控制单元电路的主程序流程图；

图5是电子存储与控制单元电路的中断程序流程图；

图6是监测的油路内铁磁性颗粒质量分布曲线。

图中：

a：设置的机械设备需要大修的阈值线

b：设置的机械设备需要中修的阈值线

a1：设置的机械设备需要关注的趋势

b1：设置的机械设备一般磨损的趋势

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是油路内机油铁磁性颗粒在线监测装置方框图；图2是油路内机油铁磁性颗粒在线监测装置示意图；如图1、图2所示，机油铁磁性颗粒在线监测装置，包括，安装在待测油路内与待测油路管径相适配的传感器单元、安装在待测油路外部的电子存储与控制单元和显示器单元，传感器单元通过普通电缆与电子存储与控制单元相互连接，电子存储与控制单元通过工业通用标准的RS232或RS422/485系列接口与显示器单元相互连接，显示器单元显示在线监测油路内机油铁磁性颗粒的检测值。

本发明采用磁力测量原理，对油路中的铁磁性磨粒进行实时累积质量计量，并按照设定的时间段进行存储，通过电子存储与控制单元统计出变化趋势。图6是监测的油路内铁磁性颗粒质量分布曲线；如图6所示，设置的机械设备需要大修的阈值线a，设置的机械设备需要中修的阈值线b，设置的机械设备需要关注的趋势a1，也就是E、F两点间的曲线，设置的机械设备一般磨损的趋势b1，当机械设备润滑***油路内累积的铁磁性磨粒质量超过设定的阈值时，或在敏感时间段累积质量过快增加时，本装置立刻报警。本装置广泛应用于工业、交通、航海和航空等领域。

例如：滚动轴承、发动机活塞缸等磨损部件的损伤程度，与从磨损部件释放到润滑***油路里的铁磁性颗粒质量之间具有强烈地关联性。本装置通过监控油路内铁磁性磨粒的累积量，出现任何异常现象，向操作者发出初步警告，如果油路内铁磁性磨粒的累积量到达预先设定的阈值时，本装置发出一个报警信号，指示有明显的磨损部件出现损伤。在报警前，传感器始终在收集油路内铁磁性磨粒的累积量，因此，不会出现监测空白区域。本装置的电子存储与控制单元的输出信号，可迅速减少机器动力或完全切断设备运转。本装置能够在极端的温度和振动环境下工作。本装置可在显示器单元中显示，油路内铁磁性颗粒的总质量，铁磁性颗粒质量的柱状图形式的显示，本装置的状态参数，警告和报警信号。

本装置的关键部件是润滑***油路里的在线传感器单元。传感器单元，包括，一个强力永久磁铁，一个电磁铁和一个行程开关，传感器单元直接安装在设备润滑***的油路内，以不引起油路的压力降低为准。与传感器单元相适配的油路管径有三种油路管径尺寸可选：即，3/8时，3/4时和1-1/4时的额定管道直径。当强力永久磁铁收集到设备润滑***的油路内铁磁性磨粒时，磁力就会发生变化。利用电磁铁分时在线检测磁力的大小对待测油路内的铁磁性磨粒进行采样，采用永久磁铁收集铁颗粒，磁力性强。电磁铁只短时内通电，基本不会发热。通过逐步的累积，分时段进行测量，测量数据准确、可靠，不会产生累积误差。传感器通过普通电缆连接到一个安装在被监测设备附近的电子存储与控制单元的信号输入电路上。

图3是电子存储与控制单元电路的方框图；如图3所示，电子存储与控制单元配置12或24VDC电源。电子存储与控制单元，包括，复位电路，信号输入电路，单片机，报警电路，显示电路，电源模块，串口通信模块和大功率可调电压输出模块，复位电路与单片机电连接，信号输入电路接收传感器的原始信号后，输入单片机，单片机的输出，分别与报警电路、显示电路、电源模块、串口通信模块和大功率可调电压输出模块电连接。电源模块将12V或24VDC车载蓄电池电压转换为3.3V和5V的集成电路供电电压；复位电路为单片机提供复位功能；报警电路提供峰鸣和发光二极管闪烁以示报警；串口通信模块可以实现单片机与计算机的串口通信；大功率可调电压输出模块为电磁阀提供9～17V的线性可调电压；显示电路负责将测得得数据、图表进行显示；电子存储与控制单元通过工业标准的RS232或RS422/485系列接口与显示器单元相互电连接，通过显示器单元润滑***油路里的铁磁性颗粒质量进行监控，显示设备磨损数据和本装置的当前状况信息以及警告和报警信息，使操作人员关注正在发展中的，或者即将发生的机器设备运行失效。

图4是电子存储与控制单元电路的主程序流程图；图5是电子存储与控制单元电路的中断程序流程图；如图4、图5所示，电子存储与控制单元单片机电路主程序的流程是，程序开始时，先关闭中断程序，然后对电磁铁进行断电(0V)并延时5分钟后，使电磁铁的供电电压从9V开始以0.1V步长递增，判定电磁铁是否吸合？如果电磁铁是吸合，记录此时电磁铁供电电压值以及时间后，打开中断程序，否则，继续执行电磁铁断电(0V)并延时5分钟段的程序；电子存储与控制单元单片机电路的中断程序流程是，进入中断程序后，判定是否有显示请求？当判定外部有显示请求时，命令单片机显示电路显示电磁铁的工作小时一电压柱状图；当判定外部没有显示请求时，继续判定是否有达到报警值？当判定有达到报警值时，驱动峰鸣器、指示灯电路工作；当判定没有达到报警值时，继续进行判定是否有进行记录清零请求？当判定外界有记录清零请求时，驱动电磁铁持续5分钟供电(15V)后，对记录进行清零；当判定外界没有记录清零请求时，打开中断，进行中断返回。

警告和报警阈值在电子存储与控制单元中由编程进行控制，并根据被监测的设备部件的不同而进行变更。当传感器单元探测到异常的铁磁性磨粒质量时，将发送一个警告信号给操作人员。报警阈值的设定，为需要对设备停机进行详细检测和维修的时间，例如，一个月，或一个季度，或半年、一年等。

电子存储与控制单元，对来自传感器的原始信号进行温度补偿、换算并加以存储，使监测数据的重复性好，其输出给图形显示单元提供所需的关于设备润滑***的油路内被检测颗粒质量的数据信息。一旦利用电磁铁分时在线监测磁力的大小被检测到，这个信息就被传递并记录在电子存储与控制单元的存储器里。存储器能保证在断电的情况下仍然能保存住数据。查询由显示器单元控制，能够依次对监测数据进行时间记录，并显示数据的变化趋势。通过显示器单元查询监测数据时，根据本装置对机器设备的运行状态的警告和报警的级别，对数据进行趋势分析后，确定对***进行故障诊断和修复。本装置显示器单元使用的软件包与IBM-PC机兼容，并要求在Windows 98以上或Windows XP操作***下运行。根据不同的机械设备，本装置的状态参数是不同的，状态参数的输入也是开放式的。

察看本装置的信息时，即，显示器单元采用的可以是下列三种结构之一：

1)安装在一个牢固机箱里的工业显示单元(IDU)与高性能的个人计算机的组合，工业显示单元(IDU)使用平板触摸屏，彩色LCD显示，计算机内置监控软件单元；

2)一个运行在Windows 98或Windows XP操作***下的单独的奔腾PC机；

3)一个可编程通过RS485接口接收、转译和显示监测信息的工业用DCS控制器。

显示器单元的***安装，一个典型的多传感器本装置软件的安装，可以由机械和电子技术人员，在一个或者两个工作日内完成。完整的安装工具，可用于多种应用环境。安装可在最少8小时停机时间内完成。也可以请高资质的现场服务人员提供技术支持。

本装置结构简单，使用方便，而且响应快，价格低；用于机械***的状态检测和故障诊断，出现任何反常现象，***会向操作者初步警告，一旦达到预先某个阈值，本装置提供一个报警信号，指示有明显的磨损部件损伤；本装置提供的输出信号，也可以在设备控制器中编程处理，以便迅速减少机器动力或完全切断设备运转；能够在极端的温度和振动环境下工作；并且，有助于确定润滑油的剩余寿命，优化换油周期，减少事故发生，不仅具有重大的经济价值，而且，对环境保护具有重要意义。

值得指出的是，本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本发明的基本技术构思，只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种机油铁磁性颗粒在线监测装置，其特征在于，包括，安装在待测油路内与待测油路管径相适配的传感器单元、安装在待测油路外部的电子存储与控制单元和显示器单元，所述的传感器单元通过普通电缆与所述的电子存储与控制单元相互连接，所述的电子存储与控制单元通过工业通用标准的RS232或RS422/485系列接口与所述的显示器单元相互连接，所述的显示器单元显示在线监测油路内机油铁磁性颗粒的检测值；所述的传感器单元，包括，一个强力永久磁铁，一个电磁铁和一个行程开关，与所述的传感器单元相适配的油路管径为3/8英寸或3/4英寸1-1/4英寸。

2.根据权利要求1所述的机油铁磁性颗粒在线监测装置，其特征在于，所述的电子存储与控制单元，包括，复位电路，信号输入电路，单片机，报警电路，显示电路，电源模块，串口通信模块和大功率可调电压输出模块，所述的复位电路与所述的单片机连接，所述的信号输入电路接收所述传感器的原始信号后，输入所述的单片机，所述单片机的输出，分别与所述的报警电路、显示电路、电源模块、串口通信模块和大功率可调电压输出模块电连接。

3.根据权利要求1或2所述的机油铁磁性颗粒在线监测装置，其特征在于，所述的显示器单元采用的是下列三种结构之一：

1)安装在一个牢固机箱里的工业显示单元(IDU)与高性能的个人计算机的组合，所述的工业显示单元(IDU)使用平板触摸屏，彩色LCD显示，计算机内置监控软件单元；

2)一个运行在Windows 98或Windows XP操作***下的单独的奔腾PC机；

3)一个可编程通过RS485接口接收、转译和显示监测信息的工业用DCS控制器。 

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