【摘要】：潤滑油具有潤滑、冷卻、防銹、抗氧化、密封、緩沖等作用,在機械設(shè)備中被廣泛應(yīng)用。機械設(shè)備在運行過程中會產(chǎn)生各類雜質(zhì)污染潤滑油,其中以金屬顆粒物的污染最為嚴重。金屬顆粒硬度高,極易引起機械設(shè)備內(nèi)運動部件磨損失效。對潤滑油液內(nèi)金屬顆粒的材料、數(shù)量、尺寸、形態(tài)等進行監(jiān)測,能得出設(shè)備摩擦副的工作狀態(tài),從而對故障進行監(jiān)測及預(yù)警。因此,對潤滑油液中金屬顆粒的在線監(jiān)測是十分重要且有效的傳感技術(shù)。本文基于電磁感應(yīng)原理設(shè)計研究了一種電感式金屬顆粒在線監(jiān)測傳感器,主要內(nèi)容包括:根據(jù)電磁感應(yīng)定律,分析了單個螺線管線圈及兩個螺線管并列式結(jié)構(gòu)的磁感應(yīng)強度分布特性。發(fā)現(xiàn)在線圈的徑向位置,磁場雖弱但是分布較內(nèi)部軸向區(qū)域更均勻。在兩個螺線管并列放置時,通過調(diào)整兩線圈的間距至線圈半徑的1.18倍,可使兩線圈之間的軸向磁場更加均勻�；贏nsoft Maxwell電磁場仿真軟件,分析兩種(有無鐵氧體)并列式雙線圈的靜態(tài)磁場分布,發(fā)現(xiàn)線圈內(nèi)部加入鐵氧體后,中心徑向區(qū)域的磁場在不影響均勻的前提下被加強。由此確定了傳感器檢測段的結(jié)構(gòu)設(shè)計和理論模型。通過對傳感器檢測段模型的瞬態(tài)仿真計算,研究潤滑油液中金屬顆粒的種類、尺寸、運動速度及運動路徑對傳感器檢測區(qū)域磁場的影響。結(jié)果表明本文設(shè)計的傳感器檢測段能夠有效區(qū)分鐵磁性和抗鐵磁性金屬顆粒,50μm~400μm的鐵顆粒和銅顆粒引起的頻率變化范圍分別為-0.55121%~-0.66513%和0.021359%~0.033597%。金屬顆粒的運動速度對檢測效果基本沒有影響。不同的運動路徑中,鐵顆粒在距離中心路徑縱向方向1mm及橫向方向2mm內(nèi)的路徑上的運動時,對原有磁場磁感應(yīng)強度的影響值變化不超過100mT,在誤差允許范圍內(nèi)可以忽略運動路徑不同對原磁場的影響。根據(jù)LC振蕩電路的原理,設(shè)計了與傳感器檢測段匹配的檢測電路。以Keysight頻率計為數(shù)據(jù)采集的硬件、以LabVIEW及Matlab為數(shù)據(jù)處理軟件,建立傳感器的數(shù)據(jù)采集及信號處理系統(tǒng)。通過滑動平均值濾波以及小波包分析法,對采集到的頻率信號進行處理,得到包含顆粒物信息的有效輸出信號。對設(shè)計的傳感器進行試驗測試,分析在實驗室條件下傳感器對于不同尺寸的鐵磁性及抗鐵磁性金屬顆粒的響應(yīng)。測試結(jié)果表明,傳感器能夠?qū)Τ叽鐬?0μm~400μm的金屬顆粒進行區(qū)分和檢測。鐵顆粒的試驗結(jié)果與仿真結(jié)果的相對誤差為1.81%~2.21%,銅顆粒相對誤差為1.28%~4.76%,因此本傳感器對鐵顆粒與銅顆粒的實際檢測特性曲線由試驗結(jié)果的擬合曲線來確定。本文提出的新型金屬顆粒傳感器能有效區(qū)分50μm~400μm鐵顆粒和銅顆粒,具有較高的靈敏度,且具有流動通道寬、傳感器尺寸較小的優(yōu)勢,在實際工程應(yīng)用中具有重要的理論和應(yīng)用價值。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH117.2
【圖文】：

對于潤滑油液檢測技術(shù)的研究起步較晚，但是也在積極地開展各類設(shè)計及金屬顆粒監(jiān)測技術(shù)的研究將逐步深入。目前，比較典型的電感式油液檢測顆粒檢測傳感器[40-42]、短螺線管式金屬顆粒傳感器[43, 44]、及基于微電感測器[45]。圈結(jié)構(gòu)的顆粒檢測傳感器的結(jié)構(gòu)與 GasTops 開發(fā)的傳感器結(jié)構(gòu)類似，又被勵螺旋管式傳感器，結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。在傳統(tǒng)的三線圈結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，反向雙激勵式傳感器，如圖 1-2 所示。在雙激勵單感應(yīng)的基礎(chǔ)上，增設(shè)了圈，顯著增加了輸出的感應(yīng)電動勢，并在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，在傳感器外寸匹配的聚磁介質(zhì)，從而增加油路里面的磁場強度，增加輸出感應(yīng)電動勢而這種設(shè)計對于導(dǎo)磁介質(zhì)的結(jié)構(gòu)要求比較高，導(dǎo)磁介質(zhì)過大或者過小都可電動勢的對稱性。，反向雙激勵式的顆粒檢測傳感器對尺寸大于 150μm 的金屬顆粒響應(yīng)較50μm 以下的小尺寸金屬顆粒的檢測還不是特別靈敏。

圖 1-2 四線圈結(jié)構(gòu)的顆粒檢測傳感器短螺線管式傳感器的結(jié)構(gòu)，這種噴油器在螺線結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠減少金屬顆粒物通過檢測線圈所需抗干擾能力。該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，對于電路的設(shè)計已能在實驗室條件下檢測到尺寸為 50μm 的鐵顆粒和力較弱，在實際使用中還需要進一步的改進和提高

圖 1-4 微電感渦流傳感器的研究目前仍處于理論研究較多、實證研究較少的狀態(tài)，主流電感式的油感器的檢測范圍普遍在 150μm 及以上，還需要進一步開發(fā)對小尺寸顆粒微電感傳感器能夠檢測到尺寸較�。�50μm）的金屬顆粒，但是油液流道小，且流道容易堵塞。在仿真研究方面，已經(jīng)開始進入理論仿真研究與試驗段，仿真研究中二維仿真模型的使用多于三維仿真。綜合來看國內(nèi)并沒有，性能十分穩(wěn)定的油液內(nèi)金屬顆粒檢測傳感器產(chǎn)品，對于能識別小尺寸（1金屬顆粒，檢測流道大的油液金屬檢測傳感器仍然需要進一步的開發(fā)與滑油液監(jiān)測技術(shù)發(fā)展趨勢油液在線監(jiān)測的迫切需求推動了傳感器技術(shù)的發(fā)展。新的傳感器開發(fā)越來在過去的幾十年里，各種各樣的傳感器被設(shè)計并檢測。通過對潤滑油液監(jiān)分析，將油液監(jiān)測傳感技術(shù)的發(fā)展趨勢概括為以下幾個方面：

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本文編號：2794910