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英文原文中文译文刮板输送机减速器润滑油传感器检测装置的应用摘要：新开发的运行传感器是用于检测刮板输送机减速器中的N320齿轮润滑油的污染程度。该传感器可检测润滑油NAS的污染程度，并能及时的更换润滑油，检测油污染水平超过了纵横交换标准指标的LCKC工业封闭齿轮油。本文介绍了传感器的设计要求，工作原理，波长，机械结构设计和测试校准的选择。在传感器和存在的不足并提出相应的解决方法。关键词：传感器，机械结构设计，油污染，传感器标定，光纤，刮板输送机。一 引言磨损与润滑不良是直接导致机械设备故障或重大损害的主要原因。壳牌公司的最新研究数据显示，大约35运行故障和38.5的柴油机齿轮故障是由于不正确的润滑1，2的结果产生。磨损颗粒是润滑油污染的主要来源。目前，应用检测用于工业是基于早期的光谱分析方法和铁谱分析技术对润滑油进行的分析，并使用离线的方法，不能满足现代工业设备的状态监测与故障诊断的要求。因此，有必要开发一个在线油污染检测器，可以提醒操作者采用过滤装置，根据油污染的程度，并及时的跟换润滑油，比规定的标准更高。在许多类型的油污染检测技术，利用光学测量方法具有非接触的优点，实时性和在线测量接触。二 工作原理该传感器的原理是基于光学吸收的方法。它使用的传动系统中的光学纤维，具有许多优点，如被抗干扰，无温度和电磁等。只有小颗粒存在的油设备是正常磨损状态。磨损粒子大量的出现可能会在一很短的时间内损害设备。因此，在线监测可以观测润滑油磨损的浓度和颗粒大小并能有效地防止发生故障.自然引起的磨损颗粒在润滑油分为三类3,4：粘磨损颗粒，是产品设备的摩擦严重磨损和破坏的重要标志;非金属磨损颗粒的结果是从燃烧失败的密封和过滤装置故障;环境污染物微粒，包括空气中的各种粒子，尤其是在开放系统，那里的污染程度较高，通常看到存在的污染物氧化。这些粒子的大小介于1 - 40m之间，以及20 - 30m之间对于设备有最大的影响，而低于1m者没有任何效果影响在设备5中。因此传感器应是最敏感的的粒子介于140m之间。滑油中的悬浮颗粒对润滑油的光学性能产生重大影响。浊度可以用来描述透光性质的粒子对油的影响。这一水平之间的浊度和污染程度是通过半定量测量浊度确定。图1显示了光纤传感器的原理图。由半导体激光器发出的光穿过光纤和光纤准直器，然后进入油池中。该探测器收集和反映光子传输并转换成电压，把固体颗粒污染的油的信息传递出来。图一光纤传感技术的原理图三 系统的实现方案原理当光纤通过含有污染物的油，通过光纤的一部分得到分散，其他吸收。当一束平行单色光的强度I0通过油时，其强度会降低到它的穿透深度，作为一个深度L函数，继兰伯特6，7的公式如下： （1）这是兰伯特法，在均匀介质的数学表达式，是吸收系数。当媒介溶解在油中，它的吸声系数是成正比的浓度c： （2）在一个连续溶解的浓度中，分子特征是取决于分子不断的吸收材料分子决定的。从（1），（2），中我们可以得到以下公式： （3）这个公式是比尔定律数学表达式。假设这个颗粒悬浮分散在油的散射模型和均衡的粒子那就可以被看作是一个二维的不透明磁盘。所有的入射光被吸收，衰减系数可写为： （4）消光系数K表明,各个微粒分散的相对媒介体积是由一个函数的粒径、不同波长和折射率的粒子乘积；N是粒子的浓度；D是粒子直径；是粒子所面临截面的光。公式(3)是对颗粒大小不同的多粒子系统中得到： （5）其中m是粒子相对折射率对周围介质;是粒子的直径。表示粒子的比例关系，建立了重量之间的频率W和粒度分布的关系表示如下： （6）由（6）到（5）可以得到在一个单一波长计算公式： （7）从（3），（4），我们可以得到单分散粒子系统，当穿透深度是固定的，其值是正比粒子数浓度，从而也得到粒子的质量浓度，即粒子的重量是间接通过测量获得的。通过这种方式，来确定油被污染的程度。四 波长选择灯光是由某些光子能量依赖的波长。这些分子和原子构成的物质是在不同的运动方式分别对应不同的能量水平。当光在油运输时，油分子所吸收的能量被量子化，这样可以吸收光子激发分子的旋转或振动方式，或电子的能量水平。光的波长传感器应符合下列条件：（1）敏感的固体粒子在油中。 （2）在油中光吸收率基本保持在选定的波长附近不变。 （3）光线穿过油时，这个能量衰变率应该是低谷。1-20号工业油，2-真空泵油，3-MD 1130,4-HL110,5-32号液压油图2. 油的透射特性曲线一般来说，固体颗粒的尺寸介于5-30m之间的是最危险的污染物。根据光吸收和散射理论，我们可以看到，吸收和散射光的油时，最强的粒子尺寸与光的波长约为10。为了使选波长的光线敏感，这些污染物的波长选择会在0.5-5m波长中被选。随着这样波长的光，透光率曲线，得到了搭配不同类型的油样品和使用高齿340记录分光光度计，如图2所示。左边的图板是五个波长在0.4-1m之间的油样品透过率曲线，而正确的对应应在1.0-2.2m波长。我们从图中可以看到，此五种油样品的透过率曲线相同的迹象表明，这是由油的共性决定。从波长的透过率表明吸收系数是一种波长依赖的功能。因为颜色和油添加剂的类别不同，决定该曲线的出发点是从对方身上开始的。我们也可以从图2中看到五个油样品的透射率变化，波长在0.4-0.7m时变化大，而波长在0.7-0.9m，透光率相对稳定。波长在0.9 -1.0m之间的范围内透光率有明显的波动。有两个透光率在1.2m和1.4m的吸收峰，这是因为油的结构由两种元素组成，即碳和氢。上述分析表明，当波长在0.7-0.9m之间，透光率相对稳定和大的，结合典型的光纤传输窗口，最终的测试光的波长为850nm。五 传感器的结构设计该传感器主要用于在线监测煤矿刮板输送机减速器的油污染。为此，传感器嵌入在减速的内壁。为了防止油中的粒子颗粒长时间积累玻璃挡板，可能会导致测量不准确，因此，内部的玻璃隔板必须定期清理。该传感器的机械结构如下： 图3传感器的机械结构1-纤维2-光电探测器，3-拉泽4-法兰5-芯鞘7-密封套8-紧固螺母9-密封环10-紧固螺栓11-石英玻璃挡板1 12-密封的圆圈在石英玻璃13-引线腔14 - 石英玻璃挡板2 15 -探测器16-下层外鞘室17-向鞘18-内芯4 19-内芯2 20-内芯3传感器的结构解释：1、该传感器是主要结构的核心，是由内鞘外鞘和密封组成；2、内部的核心是由四个紧固螺栓连接部分。石英玻璃挡板组成左，右边并把挡板安装在油池内部;3、外部护套是由上下两件，外部的油可以通过在外部护套的孔流入油侧量池中。通过降低外鞘和内鞘室的密封间距就可以脱离外部的油，使内核可以取出和石英玻璃隔板分开清洗;六 试验标定使用颗粒计数器校准不同污染的配置，依照定律规定使用重力的方法。对应不同程度的油和油点信号的改变是油放入油和测量传感器的输出信号决定。由于N320润滑油是广泛应用于煤矿的重型减速机中，它可以用来作为搭配不同程度润滑剂油。目前NAS1638润滑油被广泛使用。首先，可以看出从表1表明，油固体颗粒污染的上限是0.5个百分点。根据表2，我们也可以看到，0.5个百分点的重量百分比对应NAS18污染程度。共13种，油污染的程度与NAS8 、NAS20相搭配。NAS1638污染标准完全有14度从NAS00到NAS12污染，相邻的两层次粒子浓度比为2。所以当污染程度高于12，用外推法可决定它。矿山机械和设备所用的油污染的程度，远远超过NAS12甚至更大，所以我们可以只使用该方法来解决这一问题8。表1. L型纵横交换标准工业齿轮油封闭（SH/T0586）项目互换油标准外表不规则出现异常运动粘度（40）的变化率/+15或20-水分/0.5机械杂质/0.5铜腐蚀（100C，3h）/度3b铁姆肯行值/否133.4表2.重污染标准污染程度(NAS1638)1213141516mg/1000ml50100200400800污染程度(NAS1638)17181920mg/1000ml1600320064001280012800七 油校核校准油样品及标定法与粒子计数器搭配并得到了他们准确的污染程度。但校准将有以下问题：1该原油粘度用于粒子计数器应介于10和15，而N320不符合本规定的粘度2、上限的油污染程度由粒子计数器是NAS12测试。这个是可以解决稀释油问题的，但是这可能会导致严重的污染程度。对于问题1，根据不同比例配置的油和油醚按，测量粘度与粘度计混合物得出结论，当油和油醚满足3:1的比例式，混合粘度符合粒子计数器的要求。对于问题2，选择四种13个原油样品，污染程度NAS12，NAS14，NAS16，NAS18使用粒子计数器测量油样本，如果污染程度粒子计数器测量是用同一水平，同样，它表明，使用粒子计数器测定油搭配的污染与模型法一致。或者，从测量结果可以发现某些规则，其他油样的实际污染程度可以推测使用这个法则。从测量结果的4油样品中，我们可以看到，污染程度由粒子计数器测量的程度与样品法搭配的油样比高2。按照定律规定实际水平污染的13种油，因此是从NAS10到 NAS22。这个相应的换油点的污染程度是NAS20。测量油污染的搭配分别采用传感器。在测量过程中，半导体激光器的光通过光纤传输，经过光纤准直器、油，最后到达该探测器表面。通过测量光探测器输出的电压，我们可以得到从NAS10 到NAS22的污染程度信息，如表3所示：表3光的侵彻试验数据NAS污染水平10111213141516输出电压（mv）402401401401401401400NAS污染水平171819202
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