應(yīng)用平行極板式電容傳感器檢測潤滑油品質(zhì)的研究

摘要：分析和探討了潤滑油介電常數(shù)變化的微觀原因，并基于介電常數(shù)測量原理，以實(shí)現(xiàn)潤滑油質(zhì)量的現(xiàn)場快速檢測為目的，考慮靈敏度、信噪比、擊穿電壓等參數(shù)要求，設(shè)計(jì)了平行極板式電容傳感器。采用諧振法對不同使用期的油樣進(jìn)行了測試實(shí)驗(yàn)，其中重復(fù)性測試數(shù)據(jù)的最大偏差為4．8％。應(yīng)用計(jì)及邊緣效應(yīng)影響的計(jì)算公式對數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，結(jié)果表明該傳感器能在不改變機(jī)器內(nèi)部油路結(jié)構(gòu)的情況下快速有效地檢測油液介電常數(shù)的變化，為科學(xué)判斷潤滑油使用狀況提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞：潤滑油；油液檢測；介電常數(shù)；電容傳感器

潤滑油在使用一段時(shí)間后，由于外界雜質(zhì)的侵入和本身的氧化、凝聚、水解和分解等原因，會使油液的介電常數(shù)值發(fā)生變化。使用電容傳感器測量油液的介電常數(shù)可以反映潤滑油品質(zhì)、磨損故障等信息。當(dāng)前的離線油質(zhì)分析儀不能完全準(zhǔn)確地反映整體油液的質(zhì)量信息，在油液中磨粒較大、分布不均勻的情況下尤為明顯。本文設(shè)計(jì)了一種用于現(xiàn)場快速檢測的電容傳感器，該傳感器成本低廉、使用方便，外接電路后可快速檢測潤滑油的使用狀況。

1 潤滑油介電常數(shù)測量原理
潤滑油是一種復(fù)雜的烴類混合物，可以把它作為一種電介質(zhì)來考慮。隨著潤滑油使用期的增加，其性能衰變主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)潤滑油內(nèi)部組分長期與空氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)；
(2)粘度指數(shù)改進(jìn)劑、抗氧劑、抗磨劑等添加劑損耗；
(3)外部污染，包括水污染、乙二醇污染、固體顆粒污染等。
潤滑油被氧化、添加劑損耗會導(dǎo)致分子極性變化；
水的進(jìn)入會產(chǎn)生H+，OH-離子；酸值的變化伴隨著H+，RCOO-離子的產(chǎn)生；金屬磨粒會產(chǎn)生自由電子。以上幾種因素均會不同程度地改變油液內(nèi)部極化成分的數(shù)量，從而導(dǎo)致介電常數(shù)值的變化，所以介電常數(shù)是反映油液老化、被污染以及磨損狀況的一個(gè)綜合參數(shù)。

電介質(zhì)的介電常數(shù)大小可通過測量平行板電容器的電容來間接獲得。對于如圖1所示的平行板電容器，多數(shù)文獻(xiàn)采用了以下公式表達(dá)電容與內(nèi)部介質(zhì)的介電常數(shù)關(guān)系：
C=ε0εrS／d (1)
式中：εr為內(nèi)部介質(zhì)的相對介電常數(shù)；ε0為真空介電常數(shù)；S為極板面積；d為兩極板間距。