灰色关联分析法对润滑油微量水分测量的改进.pdf

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1、化工自动化及仪表第40卷灰色关联分析法对润滑油微量水分测量的改进马远佳’杨永明2(1．广东石油化工学院计算机与电子信息学院，广东茂名525000；2．湖北民族学院理学院，湖北恩施445000)摘要针对润滑油中微量水分测量中存在的问题，提出了一种新型变介电常数电容传感器。根据差分的思想改进了润滑油微量水分测量的方法，并用灰色系统理论对实验数据进行了多因素灰色关联度分析。实验结果表明：采用改进的传感器和测量方法能提高传感器对含水率的关联度，显著降低温度和磨粒的交叉灵敏度，能够更准确地反映真实水分含量。关键词润滑油介电常数灰色关联分析含水率中图分类号THSl3文献标识码A文章编号1000

2、-3932(2013)04-0460-04在石化行业等大型机组的润滑系统中，水分的存在是导致设备问题的重要原因之一。按规定，润滑油中允许的水分应在0．03％以下，换油标准在0．1％一0．5％左右，超过此标准会使润滑油乳化变质，润滑性变差，导致机件生锈，引起烧瓦及报轴等机械事故。因此对润滑油中的水分进行监测就显得尤为重要，不但可以间接地了解设备的运行状态，而且还能为机械故障诊断提供客观依据。目前测量油品水分含量的传感器主要以基于变介电常数原理的电容式水分传感器为主。文献[1—4]的作者分别对平板型、圆柱形、圆筒形和探针型电容传感器的性能做了分析，并做了相关实验验证。这些结构的传感器在

3、高含水率的情况下性能较为理想，能够很好地分辨原油等高含水油品的水分含量，但是对水分含量及其微少的润滑油来说情况完全不同。首先，上述传感器的自身电容太小，一般为几个皮法，某些改进传感器在极板上加上一层绝缘层可使电容到达几十皮法，但由电介质介电常数变化引起的电容变化量不变，并未提高测量的灵敏度，对0．1％以下的水分含量难以分辨；其次，由于传感器电容量较小，因此无法忽略由边缘效应、寄生电容、杂散电容对电容到水分含量之间的映射关系造成的影响。最后，尽管水和油的介电常数差别明显，但在润滑油的微量水分测量中，油品的介电常数并非水分含量的单值函数，无法忽略磨粒、温度对介电常数的影响。因此，需要对

4、传感器的结构和测量方法进行改进，提高其在微量水分测量中的灵敏度和精度。1微量水分测量系统的设计1．1电容传感器的设计大量文献和实验表明，水分对油的介电常数影响很大，在高含水率区间甚至可以忽略其他杂质对油品介电常数的影响。但含水率在O．1％以内润滑油的介电常数的绝对变化量非常微小，上述结构的传感器由于尺寸和结构的限制难以测量。为了提高电容值增加传感器的灵敏度，对平板型电容器进行了改造，设计了一种多极板并联可调的电容传感器。其结构如图1所示，电容器极板对数n=8，分为8片可旋动极板和8片固定极板，半径r=14．4mm，极板厚度为0．5ram，间距d=1．0mm，使用时应尽可能使极板正对

5、面积最大。因本设计测量水分含量采用了差分的思想，由于制作工艺的限制难以制作两个结构上完全一致的传感器，因此动极板可以通过螺丝旋动来微调与定极板的正对面积，并通过螺母固紧。⋯⋯厂Rr-+-ilIlI叫iI

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7、I⋯l【=1件jlIlH厂、呼，7父刁＼／图1传感器结构示意图收藕日期：2012-11-28(修改稿)基金项目：茂名市科技计划项目(2012801052)；广东高校石化过程装备故障诊断与信息化控制工程中心开放基金资助项目(512006)第4期马远佳等．灰色关联分析法对润滑油微量水分测量的改进根据文献的研究成果，有限尺寸的平板电容器，计及边缘效应的电容近

8、似表达式为¨1：C=neS(·一詈)朋+等{·+-n【-+孕乩c-+孕，】)(1)又因s=氏占，，代入式(1)将n占，提出可将式(1)改写为C=nKe，。其中，口为动极板相对于定极板旋转的角度，n为极板对数，‰和占，分别为真空中的介电常数和极板间油液的相对介电常数，K为单对极板电容对相对介电常数的灵敏度。当传感器尺寸结构确定之后，传感器电容值和介电常数在理论上呈线性关系，原始电容值增大了n倍，降低了导线和测量电路寄生电容的影响，同时传感器的灵敏度提高了n倍，但灵敏度越高，稳定性往往会变差，制作和安装的难度也加大，因此应综合考虑n、S的取值。1．2测量系统的设计该系统是茂名石化旋转机

9、械故障诊断项目中的一个组成部分，为机械故障诊断的多传感器信息融合提供一维诊断依据。茂名石化相对复杂的大型机组都配有润滑系统。润滑油过滤器是每个润滑系统的重要组成部分，其作用是把润滑油中的杂质和水分过滤出来，给设备提供清洁的润滑油，确保设备平稳运行。本设计基于差分的思想，两个结构相同的传感器分别安装在滤清器前后，通过测量电容的差值来确定含水率。茂名石化某旋转机械润滑油微水含量测试系统的构成如图2所示。‘致泵甜‰泵觯数据处理图2润滑油微水含量测试系统框图当设备正常运行时，