基于介电常数测量的新型在线油液监测传感器

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1、基于介电常数测量的新型在线油液监测传感器102传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2010年第29卷第4期基于介电常数测量的新型在线油液监测传感器肖建伟，杨定新，胡政，杨拥民(国防科学技术大学机电工程与自动化学院，湖南长沙410073)摘要:介绍了一种基于介电常数测量的油液在线监测电容传感器，设计了微小电容检测的软硬件系统，并以此为基础开发了油液在线监测实验系统.对不同铁粉含量润滑油进行的检测实验表明:该传感器可以有效区分不同铁粉含量的润滑油液.进一步实验研究了温度,滑油压力对传感器特性的影响规律，结果表明:温度,压力与传感器

2、电容值Z间近似呈线性关系，即温度,压力对润滑油介电常数的影响近似呈线性关系，通过最小二乘拟合得到了传感器电容值随温度，压力的变化曲线,可为基于介电常数的在线油液监测提供参考.关键词:电容传感器;润滑油;介电常数;温度;压力中图分类号:TM930.2文献标识码:A文章编号:1000-9787(2010)04-0102-03AnewCaDaCltanCesensorlOrOmlnract:AcapacitivesensorforonlineoilmonitoringbasedondielectricconstantiSintrodueed.Thehardwareandsoftwal〜

3、systemsisdesignedtodetectsmallcapacitance.Onthebasisofthis,onlineoilmonito「ingexperimentalsystemiSdeveloped.Thedetectionexperimentonlubricantswithdifierentirancontentshowsthatthesensorcaneffectivelydistinguishthem.Experimentalstudyonthelawofthetemperatureandoilpressureaffectonsensorcharacteri

4、sticsshowsthatitisapproxiniatetolinearrelationshipbetweentemperature,pressureandcapacitance,thatistosay,temperatureandpressureaffectondielectricconstantoflubricantsisapproximately1inear.Thecurvesofcapacitancechangewithtempenitui*eandpi*essureisachievedbyleast?squaresfitting,whichcanprovideare

5、ferenceforoilonlinemonitoringbasedondielectricconstant.Keywords:capacitancesensor;lubricants;diclectiicconstant;temperature;pressure0引言润滑油老化或被污染，油液中的极性分子和颗粒物含量发生变化，油液的介电常数也随之改变…，介电常数是个反映油液老化，被污染以及设备磨损状况的综合参数，用介电常数来评价润滑油衰变程度是可行的.介电常数法油液监测技术就是通过监测油路中的在用润滑剂(或工作介质)的介电常数变化，评价油液的污染程度,获得磨损故障等信息，确定换油

6、或维修时机.介电常数法在线油液监测系统可以在不停机，不解体的情况下进行.在相关利用介电常数监测油液污染度研究的文献屮,提到了温度，压力对介电常数的影响[4-6],但未见有实验研究，也未有相关的实验数据参考.以油液为电介质，设计一种新型电容收稿日期:2009-10-03基金项目:国家自然科学重点基金资助项目(B2820060069)传感器与监测系统，通过检测不同工况条件下电容的变化来研究传感器温度压力特性，为基于介电常数油液监测提供参考.1传感器原理与设计圆柱筒式电容传感器由2个共轴柱面组成，如图1所示.其中，实心内极柱作为电容器的一极，外极筒作为电容器的另一极•设内极柱半径为*外

7、极筒半径为b,长度为，当L>6—.时,两端的边缘效应可以忽略.根据电磁学的相关理论，图1所示电容器的电容值为G:£,(l)InII式中为真空中的介电常数，且:-8?85xlOF/m.第4期肖建伟，等:基于介电常数测量的新型在线油液监测传感器103出图1圆柱筒式电容传感器结构示意图Fig1Structuraldiagramofcylindricalcapacitivesensor当电容器内充满介电常数为的均匀电介质时，电容器的电容为C,:2—rSoB■⑵Inn根据式(1),式