專利名稱：基于油液及功率檢測的磨損狀態(tài)在線監(jiān)測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于測試技術(shù)領(lǐng)域，更進一步涉及一種用于摩擦磨損機理研究、機械磨損狀態(tài)監(jiān)測與診斷、潤滑油質(zhì)監(jiān)測等目的的測量儀器。
迄今為止，磨損狀態(tài)在線監(jiān)測多用在線鐵譜儀等在線磨粒檢測儀器(Liu Yan and Xie You-Bai,Research on an on-line ferrograph,Wear,153(1992,323-330)。這類磨粒檢測儀器多以檢測鐵磁性磨粒為主，或鐵磁性磨粒及其它物質(zhì)顆?；旌蠙z測。以通過潤滑油中磨粒檢測達到在線監(jiān)測機械磨損狀態(tài)的目的而言，上述儀器的缺點是1．鐵磁性磨粒與非鐵磁性磨粒無法區(qū)分；2．無法同時檢測潤滑油的整體質(zhì)量狀況；3．無法將磨粒變化情況與機器運轉(zhuǎn)情況(功率)對應。因而，不適用于柴油機等具有多種金屬材料摩擦副、潤滑油工作環(huán)境惡劣、易變質(zhì)的機械設備的磨損狀態(tài)監(jiān)測。也不利于將機器出力(或磨損速度)大小的變化做為判斷磨損狀態(tài)是否異常的客觀標準。
本實用新型的目的在于提供一種磨損狀態(tài)監(jiān)測儀。它安裝在被監(jiān)測機械設備的潤滑油循環(huán)系統(tǒng)中，同時檢測潤滑油中鐵磁性磨粒和非鐵磁性磨粒、潤滑油整體質(zhì)量狀況、機器功率，并通過多采樣通道監(jiān)測多臺機器，當用于柴油機監(jiān)測時，可通過功率檢測裝置在線監(jiān)測柴油機的循環(huán)轉(zhuǎn)速和瞬時轉(zhuǎn)速，從而判斷各缸工作的均勻性。
本實用新型包括鐵磁性顆粒探測器、非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器、機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器、油泵、多采樣油道切換裝置、電子線路等。通過油泵，將油流從裝置進油口抽入，經(jīng)探測后從出油品排出回被監(jiān)測設備。自進油口起，鐵磁性顆粒探測器和非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器依次用油管串行連接，多采樣通道靠控制電磁閥通斷油路進行切換，裝置檢測轉(zhuǎn)速信號為標志自動對設備進行采樣監(jiān)測操作，并自動判斷狀態(tài)，整個系統(tǒng)由8098單片機擴展系統(tǒng)控制。


圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型控制線路單元原理框圖。
圖3為本實用新型鐵磁性顆粒探測器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實用新型鐵磁性顆粒探測器電路原理示意圖。
圖5為本實用新型非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本實用新型非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器電路原理示意圖。
圖7為本實用新型機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器傳感器結(jié)構(gòu)示意圖圖8為本實用新型機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器傳感器電路原理示意圖。
圖9為本實用新型機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器鑒相電路原理示意圖圖10為本實用新型機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器兩路信號相位示意圖圖11為本實用新型機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器計數(shù)電路原理示意圖。
圖12為本實用新型多采樣油道切換原理示意圖。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作詳細的說明。
參照圖1，本實用新型為固定測量儀器，包括了一個多采樣油道切換裝置1，它其中的一路采樣通道通過進油管34和出油管35與機器潤滑油路相連。多采樣油道切換裝置1的總進油管20與電磁閥2的入口相連，電磁閥2的出口與鐵磁性顆粒探測器3的入口通過銅管相連，鐵磁性顆粒探測器3的出口與非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器5的出口通過銅管相連，非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器5的出口與油泵6的入口通過銅管相連，油泵6的出口通過總出油管21與多采樣油道切換裝置1相連。鐵磁性顆粒探測器3置于電磁鐵4的上方，多采樣油道切換裝置1、電磁閥2、鐵磁性顆粒探測器3，非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器5、電磁鐵4、油泵6、機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器24中的電路均由輸入輸出線路與控制線路單元31相連。
參照圖1、圖2，本實用新型的控制線路單元31包括了8098單片機22,8098單片機22通過地址總線ABUS和數(shù)據(jù)總線DBUS與外圍的E-PROM、RAM、8279鍵盤顯示控制器電路23相連。8098單片機22通過A/D口的ACH4端與鐵磁性顆粒探測器電路25相連。8098單片機22通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與8255I/O口26相連。8255I/O口26通過RA0～PA7及PB0～PB7與機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器計數(shù)電路27相連，機器功率(轉(zhuǎn)速，探測器計數(shù)電路27通過μ3端與機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器鑒相電路28相連，機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器鑒相電路28通過μ1和μ2端與機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器傳感器電路29相連。8098單片機22通過HSI0、HSI1端與鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器電路30相連。鐵磁性顆粒探測器電路25的PC0～PC2端及機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器傳感器電路29的PC6端分別與8255I/O口26的相應端相連。機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器傳感器電路29的μ1端與8098單片機22的HSI2端相連。
參照圖1、圖2圖12，由8098單片機控制電磁閥19的通斷，進而各外部通道的進、出油管分別與儀器總進油管20和出油管21接通。使某一對外部進、出油管被接通。取樣油路中裝有齒輪式油泵6，油泵6運轉(zhuǎn)時，油流經(jīng)電磁閥2，然后進入鐵磁性顆粒探測器3，再進入非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器5，后由油泵6排出。鐵磁性顆粒探測器3和非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器5在油路中為串行連接。電磁閥2為三通電磁閥。當電磁閥2關(guān)閉，而油泵6運轉(zhuǎn)時，空氣進入油路系統(tǒng)，將殘油排出。
參照圖1、圖3、圖4，鐵磁性顆粒探測器3依靠電磁鐵4產(chǎn)生磁場力。電磁鐵4包括一磁極10，磁極10下方配置一磁芯12，磁芯12上繞有線圈11。磁極10上方為矩形截面的油腔體8，油腔體8上方有發(fā)光二極管7，下方有硅光電池9。油腔體8上下兩面為透明材料，發(fā)光二極管7的光可以透過油腔體8照射至硅光電池9的表面。當電磁鐵4開啟時，受磁場力作用的鐵磁性顆粒被吸附于油腔體8的下表面，使硅光電池9受光面減小以致輸出電流減小。硅光電池9接入由LM358、R1、R2組成的電流轉(zhuǎn)換電壓電路中，使硅光電池9的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出至4051。由4051將多于1路的信號分別切換輸出至8098單片機的A/D口的ACH4端。
參照圖1、圖5、圖6，非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器5在腔體14的上平面貼有上平面電容器13，腔體14的下平面貼有下平面電容器15。當腔體14中充滿油時，油中由于含金屬顆粒、水等物質(zhì)產(chǎn)生介電常數(shù)變化，上平面電容器13及下平面電容器15的電容值則發(fā)生變化，以致它們接入的由4011、C1、R3組成的振蕩電路的輸出脈沖周期發(fā)生變化。該脈沖信號被輸出至8098單片機的HSI0(HSI1)端口。由于測量時鐵磁性顆粒探測器3同時工作，則鐵磁性顆粒被吸附在鐵磁性顆粒探測器3中，只有非鐵磁性顆粒能夠進入到處于油路下游的非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器5中。
參照圖1、圖2、圖7、圖8、圖9，本實用新型采用相位差法測量機器輸出軸的扭矩。機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器傳感器24中發(fā)光二極管16和光電三極管18安裝在殼體34凹槽的兩側(cè)，殼體34和凹槽可容納齒盤17通過。齒盤17固定在機器輸出軸上。齒盤17上加工有等間距矩形齒，發(fā)光二極管16和光電三極管18安裝在齒盤17的齒兩側(cè)，組成光電傳感器。齒盤17隨軸轉(zhuǎn)動時，光電三極管接收到的光脈沖數(shù)為軸的轉(zhuǎn)速與齒盤17的齒數(shù)的乘積。該光脈沖信號由光電三極管18、LM339及外圍電路轉(zhuǎn)換為TTL電平，輸出至4053。4053可實現(xiàn)對兩臺監(jiān)測對象輸入信號進行切換監(jiān)測，選擇信號由8255PC.6口輸入。在同一根軸上沿軸向一定間隔內(nèi)安裝兩套光電傳感器，就可在軸旋轉(zhuǎn)過程中獲得兩路光電轉(zhuǎn)換的脈沖信號。由圖9所示的鑒相電路，可獲得兩路脈沖信號的相位差信號。軸正向轉(zhuǎn)動時，信號μ1超前于信號μ2；反向轉(zhuǎn)動時，μ2超前于信號μ1。采用74LS74檢測正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。正轉(zhuǎn)時，輸出Q為“1”，反轉(zhuǎn)時，輸出Q為“0”，由74LS32輸出相位差信號μ3。圖10為正轉(zhuǎn)時的信號相位情況，此時采用如下邏輯算法即可獲得相位差μ3μ3=μ1·μ2由此可利用方向信號Q得到正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)兩種情況下的相位差信號μ3μ3=Q·μ1·μ2+Q·μ1·μ2將相位差μ3轉(zhuǎn)換為扭轉(zhuǎn)角后，結(jié)合由與8098單片機22的HSI2相連的μ1信號在8098單片機22中得到的轉(zhuǎn)速信號，可得該軸與扭矩相對應的輸出功率。通過μ1，也可得到柴油機輸出軸的瞬時轉(zhuǎn)速和循環(huán)轉(zhuǎn)速，進而判斷各缸爆排壓力不均勻引起的瞬時轉(zhuǎn)速不均勻狀態(tài)。
相位差信號μ3的高電平段為相差段，采用10MHZ晶振頻率對相差脈沖進行計數(shù)，計數(shù)電路見圖11。計數(shù)值經(jīng)8255 PA口、PB口讀入8098單片機22中。8255PC.1口輸出計數(shù)器清零信號，該信號為“1”時，清除74LS393的輸出。
本實用新型可實現(xiàn)對多臺設備的潤滑油系統(tǒng)進行多油道切換監(jiān)測。其多油道切換裝置1中，在儀器總進油管20和總出油21上并聯(lián)接有若干分進油管和分出油管。每路分進、出油管上裝有兩通電磁閥。電磁閥的通斷油8098單片機經(jīng)8255并行口控制的繼電器進行控制。
本實用新型為微處理器控制的儀器。由軟件控制儀器的工作。儀器開啟后，首先等待鍵盤輸入初始參數(shù)。如五分鐘后仍無鍵盤操作，儀器自動進入監(jiān)測程序，利用固化的初始參數(shù)進行監(jiān)測。在監(jiān)測程序中首先判斷8098單片機22的HSI2端的轉(zhuǎn)速信號μ1，如無μ1信號，則表明被監(jiān)測設備處于停止狀態(tài)，則儀器重新回到等待狀態(tài)。如有μ1信號，儀器即按順序進行鐵磁性磨粒，非鐵性磨粒及油質(zhì)變化、轉(zhuǎn)速、軸功率的監(jiān)測。自動進行閥值判斷。
本實用新型應用于旋轉(zhuǎn)機械及往復機械的磨損狀態(tài)的在線自動監(jiān)測及故障預報。它可對油液中磨粒狀況、油質(zhì)狀況進行全面的在線檢測。并可對柴油機的瞬時轉(zhuǎn)速、循環(huán)轉(zhuǎn)速、軸輸出功率進行同步檢測，判斷各缸爆排壓力不均勻引起的瞬時轉(zhuǎn)速不均勻狀態(tài)。從而有助于綜合評判柴油機的工作狀態(tài)。
權(quán)利要求1．一種基于油液及功率檢測的磨損狀態(tài)在線監(jiān)測儀，它包括鐵磁性顆粒探測器、非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器、機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器、油泵、多采樣油道切換裝置、8098單片機及其機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器傳感器電路、鑒相電路、計數(shù)電路等電子線路，其特征在于一路采樣通道通過進油管34和出油管35與機器潤滑油路相連，多采樣油道切換裝置1的總進油管20與電磁閥2的入口相連，電磁閥2的出口與鐵磁性顆粒探測器3的入口通過銅管相連，鐵磁性顆粒探測器3的出口與非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器5的出口通過銅管相連，非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器5的出口與油泵6的入口通過銅管相連，油泵6的出口通過總出油管21與多采樣油道切換裝置1相連，鐵磁性顆粒探測器3置于電磁鐵4的上方，多采樣油道切換裝置1、電磁閥2、鐵磁性顆粒探測器3，非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器5、電磁鐵4、油泵6、機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器24中的電路均由輸入輸出線路與控制線路單元31相連。
2．如權(quán)利要求1所述的基于油液及功率檢測的磨損狀態(tài)在線監(jiān)測儀，其特征在于鐵磁性顆粒控測器3的磁鐵4由磁極10、線圈11和磁芯12組成，磁極10上方為矩形截面的油腔體8，油腔體8上方有發(fā)光二極7，下方有硅光電池9，油腔體8上下兩面均為透明材料。
3．如權(quán)利要求1所述的基于油液及功率檢測的磨損狀態(tài)在線監(jiān)測儀，其特征在于非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器5的腔體14的上平面貼有上平面電容器13，腔體14的下平面貼有下平面電容器15。
4．如權(quán)利要求1所述的基于油液及功率檢測的磨損狀態(tài)在線監(jiān)測儀，其特征在于在同一根軸上沿軸向一定間隔內(nèi)安裝兩套光電傳感器，每套光電傳感器有加工成等間距形齒的齒盤17固定在軸上，發(fā)光二極管16和光電三極管18安裝在齒盤17的齒兩側(cè)，光電三極管18將與轉(zhuǎn)速及齒數(shù)的乘積成正比的脈沖信經(jīng)LM339及外圍電路輸出至4053，再經(jīng)由74LS74、74LS32等組成的鑒相電路后，由74LS32輸出相位差信號μ3，再經(jīng)由74LS393等組成的計數(shù)電路對μ3計數(shù)，由8255和PA口和PB口輸入至8098單片機，轉(zhuǎn)速信號μ1輸入至8098單片機的HSI2口，轉(zhuǎn)速信號μ1觸發(fā)控制系統(tǒng)的采樣監(jiān)測操作。
5．如權(quán)利要求1所述的基于油液及功率檢測的磨損狀態(tài)在線監(jiān)測儀，其特征在于多油道切換裝置中，在儀器總進油管20和總出油管21上并聯(lián)接有若干分進油管和分出油管，每路分進、出油管上裝有兩通電磁閥，電磁閥的通斷由8098單片機經(jīng)8255并行口控制的繼電器控制。
專利摘要一種基于油液及功率檢測的磨損狀態(tài)在線監(jiān)測儀，它由鐵磁性顆粒探測器、非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量探測器、機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器、油泵、多采樣油道切換裝置、8098單片機及其機器功率(轉(zhuǎn)速)探測器及其傳感器電路、鑒相電路、計數(shù)電路等部分組成，安裝在被監(jiān)測設備的潤滑油系統(tǒng)中，自動抽取潤滑油進行鐵磁性顆粒檢測、非鐵磁性顆粒及油品質(zhì)量檢測，同時檢測柴油機輸出軸的瞬時轉(zhuǎn)速和循環(huán)轉(zhuǎn)速及軸扭矩，判斷由磨損顆粒狀況反映的機器磨損狀況，并判斷柴油機各缸爆排壓力的不均勻性。
文檔編號G01R1/00GK2336362SQ9724211
公開日1999年9月1日 申請日期1997年11月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月18日
發(fā)明者劉巖, 謝友柏, 趙方, 黃廣龍, 韓勇 申請人:西安交通大學