余斌,王昭-基于光散射法油雾探测器的设计

《余斌,王昭-基于光散射法油雾探测器的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于光散射法油雾探测器的设计余斌，王昭(西安交通大学机械工程学院激光与红外应用研究所，陕西西安710049)摘要：大型柴油机曲轴箱内的润滑油油雾浓度过高，有可能引起爆炸事故。本文给出了基于光散射法自行研制的一种油雾探测器，响应时间W2S,引用误差＜10%,冇相应的声光报警、减速及停机等功能。详细阐述了油雾探测器光机电系统的设计原理、温度补偿措施、信号处理技术。关键词：润滑油；油雾浓度；光散射；油雾探测DesignofOilMistDetectorBasedonLightScatteringYUB

2、in,WANGZhao(InstituteofLaser&IRApplications,SchoolofMechanicalEngineering,Xi，anJiaotongUniversity,Xi'an710049,China)Abstract:Thickoilmistinthecrankcasesoflargedieselenginewouldresultinexplosion.Basedonlightscatteringtheory,anewoilmistdetectorhasbeend

3、evelopedwithaquickresponseandahighaccuracy.Thefunctionofthedetectorincludegivinganalarmbyacoustoopticalmethod,slowdownandstopoftheengine・Accordingtotheexperimentresults,theresponsetimeislessthan2sandthecitationerrorislessthan10%.Theoptical-electromec

4、hanicalsystemofoilmistdetectoraredescribedindetail,andthetechniqueoftemperaturecompensationandsignalprocessingisalsogiven.Keywords:Lubricationoil;Oilmistconcentration;Lightscattering;Oilmistdetection在正常情况下，大型柴油机曲柄箱内的润滑油油雾浓度总保持在止常值范围。当柴油机主轴承、导板及滑块间或传动

5、机构等发生异常磨损，产生高温或烧焙时，会引起局部或总体曲柄箱内油雾浓度高于正常值，此时往往伴随冇高温热源存在，可能引起爆炸事故。如2003年4月昆山柴油机电力公司3号机组在正常发电运行过程屮，突然发生的曲轴箱爆炸事故，造成了巨大的财产损失。因而开发出大型柴油机曲轴箱油雾探测器及监控仪，实现对油雾浓度的准确、实时监控不仅必要而H很迫切。图1为运行中油雾浓度安全级别。通常情况下，曲轴箱内油雾爆炸极限为5()mg/L,但油雾探测器的报警值往往设定在10mg/L,这主要是从系统灵敏性、安全性角度考虑的。

6、zoneOperatingLevelsofOilMist图1运行中油雾浓度安全级别1.检测原理当光线通过不均匀的介质吋，将偏离其原來的传播方向，散开到空间4龙立体角，发生光散射现象。将光探测器布置于油雾气室空间屮某一角度，其光电信号大小与光探测器安装位置及气体浓度冇关。通过探测出光电信号大小即可反演出油雾气体浓度。图2是Mic理论散射光角度分布曲线，力轴正向为光传播方向，&为散射光与入射光夹角。由图可见，前向（&二0。）散射光强比后向（0=180°）散射光强大的多，侧向散射光强也较大。图2Mic

7、理论散射光角度分布III］线本文开发的船用油雾探测器采用正前向散射单光路法亦称消光度法，即将光探测器放置在与光源主光线成0°位置。当强度为/（）的平行光通过厚度为力油雾时,油雾屮分子和气溶胶的吸收和散射，使出射光的强度/减弱。图3平行光透过厚度为L的汕雾*与I的关系可以由Beer-Lambert定律推导出：I=I&YL=加Q和亦L=”2"卅Lc=I^e~Kc其中，/为入射光强，/。为出射光强，工为颗粒的平均消光度，r为颗粒的平均半径，Qm为颗粒的平均消光效率因子，N为单位体积内颗粒个数，而N-k

8、C,k为比例系数，C为油雾浓度，K=kQ•岔2厶。在同-稳定的油雾探ext测系统中，K为一常数。因而通过测量入射光强厶与出射光强/（分别以光电信号电压值U。、U表示），即可求出油雾浓度Co曲于光路长期工作在油雾环境中，窗口与透镜容易被污染。当污染相当严重,超过自补偿范围时，油雾探测器发出声光信号，表示要清沽或更换相关光学元件。通过测量通入新鲜空气后光电池电压信号值即可判断油污严重程度。另外，油雾探测器亦可采用正前向散射双光路法和侧向散射法。英国GRAVINER公司MK-4型曲柄箱油雾浓度探测器采