基于介电常数测量的油液监测技术研究

论文摘要

磨损是影响机械设备工作可靠性和使用寿命的主要因素之一,摩擦磨损产生的磨粒是反映设备内部磨损状况的重要信息载体。润滑油有润滑、密封和清洗等重要作用,磨粒在机械设备运行时悬浮其中并随油液循环流动。润滑油液中的磨粒及污染度的监测是对机械设备进行状态监测与故障诊断的一个重要手段。油液监测技术可以预报潜在故障,确定合理的维修及更换润滑油的时间,减少停机时间,节约维修和使用费用。当润滑油逐渐劣化或被污染其介电常数会发生相应的变化,油液介电常数的变化蕴含着机械设备的故障信息。电容传感器电容值的变化能够反映润滑油介电常数的变化。所以,通过设计电容传感器监测油液介电常数的变化可以得到机械设备的故障信息。本文研究了基于介电常数测量的油液监测方法,首先阐述了油液监测原理,在此基础上设计了电容传感器,研究了微小电容检测方法并设计了实用的电容检测方案。本文主要研究内容包括:1.在阐述电容测量原理的基础上分析了电介质中导电金属微粒与介电常数变化的关系。设计了3种介电常数敏感的电容传感器,并对它们的特点进行了比较。2.针对检测电容量微小的特点,研究了常用的几种微小电容量检测方法,给出了快速建立高精度微小电容变化的检测方案,最后建立了油液监测系统及相应的通讯接口。3.设计了能够完成数据采集和实时监测功能的油液监测系统软件,包括USB通讯接口芯片的固件程序,外部监测器件的驱动程序和应用监测分析软件。4.设计了润滑油循环模拟试验系统。选取不同状态的油液样品进行试验分析,研究了润滑油液介电常数变化与故障信息的关系。经试验验证与数据分析,介电常数的变化与润滑油污染物成分、机械设备的磨损故障有很好的相关性,其增大的趋势与润滑油劣化的趋势、发生磨损故障的趋势一致。介电常数的变化能够反映润滑油的劣化情况和机械设备的故障信息。本文所建立的油液监测系统能够准确有效地监测润滑油液介电常数的变化,经过进一步的定量试验研究可以为机械设备更换润滑油及故障诊断提供重要参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究概述
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 油液离线分析技术现状
• 1.2.2 油液在线监测技术现状
• 1.2.3 油液监测技术的发展趋势
• 1.3 课题研究思路及主要研究内容
• 1.3.1 课题研究思路
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.3.3 论文组织结构
• 第二章 油液介电常数测量的理论基础及电容传感器设计
• 2.1 导电微粒对电介质介电常数影响的分析
• 2.1.1 介电常数的概念
• 2.1.2 电介质的极化
• 2.1.3 静电场中的导体
• 2.1.4 导电微粒与电介质介电常数变化的关系
• 2.2 电容传感器设计
• 2.2.1 平板式电容传感器
• 2.2.2 圆筒式电容传感器
• 2.2.3 圆柱式差动电容传感器
• 2.3 本章小结
• 第三章 微小电容量检测方案与通讯接口设计
• 3.1 常用微小电容量检测方法
• 3.2 微小电容检测方案设计
• 3.2.1 微小电容检测方案
• 3.2.2 AD774x 系列芯片测量原理与应用
• 3.3 通讯接口设计
• 3.3.1 主控机通讯接口
• 3.3.2 电容检测芯片接口
• 3.4 本章小结
• 第四章 油液监测系统程序设计
• 4.1 接口芯片固件程序设计
• 4.2 设备驱动程序
• 4.3 油液监测系统应用软件设计
• 4.3.1 程序开发环境
• 4.3.2 VISA 技术
• 4.3.3 多线程技术
• 4.3.4 主控机程序设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 油液监测实验系统设计与试验分析
• 5.1 油液监测实验系统设计
• 5.2 测试试验过程及结果
• 5.3 试验分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果