油品質量在線監測系統設計

敖海龍

摘 要：在線監測技術則能夠實現對機械設備運行過程中的油品質量監測，能夠進一步的確保油品的質量，并有效防止油品的失效，提高設備的可靠性運行，提升設備的使用壽命。

關鍵詞：油品；監測；在線；傳感；信息融合；設計

現代社會生活和生產，離不開各式各樣的機械設備，而機械設備的通病則在于機械內部在持續的使用過程中會出現磨損和潤滑的問題，如果不能夠及時的解決，將會降低機械的使用壽命，造成一定的經濟損失。油品質量監測是現代設備管理的需要，目前常用的油品質量監測都是離線狀態的，而在線監測技術則能夠實現對機械設備運行過程中的油品質量監測，能夠進一步的確保油品的質量，并有效防止油品的失效，提高設備的可靠性運行，提升設備的使用壽命。

1 油品監測發展現狀

一般來說，對于油品質量的監測主要發生在兩個階段，第一個階段是在選用機械潤滑油品的選型過程中，在這一過程中，許多企業都是采用實驗室監測方式來進行，主要的油品監測技術包含有紅外光譜技術、原子發射光譜技術、鐵譜技術以及顆粒計數技術等方式對油品的質量進行鑒定。這一階段的油品質量監測主要是為了幫助企業選擇品質高的潤滑油品投入到機械設備中使用。第二個階段的油品質量監測主要是指在機械設備的運行過程中油品質量監測，對于油品質量的監測主要包含對油液內的水分監測、粘度檢測、介電常數等。這些參數的變化將會對油品的質量產生極大的影響，從而影響到油品的質量。

油品在的水分監測是為了進一步避免乳化水和游離水對油品質量的影響，如果油品中水分含量過高，會促使油品氧化變質。破壞潤滑油形成的油膜，使潤滑油效果變差，同時還會加速有機酸對金屬的腐蝕作用，銹蝕設備。例如某電廠汽輪機，當汽輪機油含水量達到0.1%時，油液變得白濁狀。當汽輪機油含水量達到0.8%時，軸承發生嚴重磨損。四球機試驗結果表明：隨著含水量的增加，汽輪機油的抗磨性逐漸下降。當含水量達到2.5%時，汽輪機油的抗磨性急劇下降，汽輪機油潤滑性能喪失。由此可見水分監測的重要性。

粘度是評定潤滑油質量的一個重要指標，也是一個重要的換油指標。它是潤滑油流動性能的主要技術指標，絕大多數的潤滑油是根據其粘度大小來分牌號。潤滑油粘度變化的主要原因有油品氧化加劇，導致粘度升高、油品抗剪切性能下降，導致粘度降低以及油品中混入了其他不同粘度的油品，導致粘度發生變化。

油品在使用過程中，由于氧化、添加劑失效、析出、磨屑以及混入水分、異種油品、機械雜質等而被污染，造成油品質量下降。通過檢測油品綜合指標，有助于實時監控油品質量，保證設備潤滑效果。現代檢測方法采用介電常數法，潤滑油中雜質的密度按比例增加或減少，引起介電常數的增加或減少，確切的說，由于潤滑油中雜質含量的變化，使之與新油相比，具有了不同的介電特性。

2 油品質量在線監測系統

對于油品質量的各個指標的監測大多采用離線監測，常用的一起有水分測定儀、運動粘度測定儀等。對于油品質量的在線監測技術則多擦藥了流量分析法、電容法等，但這些技術往往是單獨而分散的對油品中特定的參數進行監測，不能夠實現對油品質量的綜合在線監測。本文則基于單片機的技術基礎上，提出了一種只能油品質量監測系統的設計。

2.1 功能設計

該系統的使用過程中必須要實現以下結構功能：

自動化監測：油品質量的在線監測必須實現整個監測系統的自動監視功能，實現對油品的持續性在線監控，同時系統中還應該設置相應的報警參數，能夠實現報警功能，并能夠進行一定程度小范圍內的自我診斷，為維護人員現場監測人員提供相關調控方向。除此之外，在連續測試中具有自動檢測、自動適應功能。即在連續測試時對隨時出現的油體過粘、過臟和環境溫度過低等工況能夠補償和調整，具有適應環境溫度變化和油體粘度變化的能力，不會因上述原因產生誤報和漏報現象。

數字化監測：油品在線監測系統主要的監測指標包含有對油品質量的粘度、介電常數以及溫度。數字化監測功能是指在監測過程中，這些參數將會以數字等直觀的方式顯示，也就是說在監測過程中，能監測和顯示檢測油品的粘度值，油的介電常數值和溫度值。

信息處理：能夠將監測得到的相關數據，進行信息處理，主要利用多傳感器的信息融合技術，將測到的粘度、溫度、介電常數進行融合得出油品的狀態。

通信功能：在線監測儀應具有與PC機通訊的能力，將測量的參數值及時送入上位機，為實現油液監測系統的遠程監測和診斷提供基礎。

2.2 相關技術

智能油品質量在線監測系統中主要核心在于單片機的數字控制和處理分析，以及傳感技術和信息融合技術，以下做簡要介紹：

單片機是一張微型集成電路芯片，它具有強大的數據處理功能，基本結構包含有運算器、控制器和寄存器。運算器主要功能為執行各種算術運算和邏輯運算，而控制器主要的作用在于協調和控制整個單片機的操作，并通過輸入輸出接口電路，實現與各種外圍設備進行數據傳感連接。寄存器則相當于整個單片機的數據庫，主要用于數據的存放、地址的存放等。單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現對不同參數的側臉。采用單片機控制使得儀器儀表數字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數字電路更加強大。本次設計采用的AT89C52單片機。

數字傳感器：傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器具有微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化的特點，是實現自動檢測和自動控制的首要環節。除此之外，智能化傳感器能夠進一步模擬人的感官和大腦的協調，利用測試數據傳輸以及相關指令來實現補償、增益、輸出。

多源信息融合技術：信息融合實際上是對數據的融合，主要應用對象來自于多個傳感器監測反饋的數據，是一個對從單個和多個信息源獲取的數據和信息進行關聯、相關和綜合，以獲得精確的位置和身份估計，以及對態勢和威脅及其重要程度進行全面及時評估的信息處理過程；該過程是對其估計、評估和額外信息源需求評價的一個持續精練過程，同時也是信息處理過程不斷自我修正的一個過程，以獲得結果的改善。多源信息融合在油品在線監測系統中起到的重要作用在于：一是對為整個系統的工作提供更加穩定的處理環境，油品質量在線監測需要同時對各種數據進行采集和分析，需要多個傳感器同時作業，一旦某一個傳感器失效，多源信息融合能夠保證其他傳感器的工作性能不受干擾，并能夠起到一定的預警作用。其二是能夠進一步提升傳感空間的分辨力，十分有利于精確的油品質量監測工作，進一步的提升監測精準度。

2.3 功能模塊

智能油品質量在線監測儀主要測量模塊為：粘度測量模塊，介電常數測量模塊，溫度測量模塊。粘度測量模塊主要理由石英晶體微天平實現對油品的粘度監測，其主要的監測傳感器為石英晶體的傳感器探頭，能夠滿足多種有也環境中的震蕩要求。結構簡單，并且具有很強的實時傳感的能力，能夠滿足對油品粘度在線分析的要求。

介電常數模塊監測和溫度測量模塊：油的介電常數的測量采用已經開發研制的低成本的容柵式傳感器，為了對粘度和介電常數進行溫度補償，在油溫的實時監測中，采用了數字式溫度傳感器DS1820。

3 結語

利用智能化的油品質量在線監測系統，有助于對機械運行過程中的油品質量實現持 續的監測，提升油品質量，降低機械故障維護費用。

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