機(jī)油黏度在線監(jiān)測技術(shù)研究

付永川　楊海蓉　張君

摘要：指出了機(jī)油黏度是影響機(jī)器的使用壽命和耗能的主要因素。從監(jiān)測技術(shù)和環(huán)保角度論述了油液黏度在線監(jiān)測的重要性，探討了機(jī)油的在線監(jiān)測技術(shù)研究進(jìn)展，展望了機(jī)油黏度在線監(jiān)測技術(shù)的研究方向。

關(guān)鍵詞：在線監(jiān)測；黏度；機(jī)油

中圖分類號(hào)：TE626.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）8023802

1引言

機(jī)油，即潤滑油，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)具有潤滑減磨、輔助冷卻降溫、密封防漏、防銹防蝕、減震緩沖等作用，被譽(yù)為機(jī)器的“血液”[1]。使用過程中，潤滑油粘度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作有極其重要的影響作用，如王兆遠(yuǎn)等[2]研究發(fā)現(xiàn)機(jī)油黏度嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失，相對(duì)高黏度機(jī)油，低黏度機(jī)油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性更高、使用環(huán)境選擇裕度更大、耗能更少、環(huán)保性更強(qiáng)；但是粟斌等[3]研究發(fā)現(xiàn)高黏度等級(jí)潤滑油溫度較低時(shí)黏度增加較快，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的低溫啟動(dòng)并加劇磨損，且增加功耗，但較高黏度等級(jí)潤滑油有利于摩擦表面油膜的形成，可改善潤滑，同時(shí)，較高黏度的潤滑油有利于減小蒸發(fā)損失。因此，機(jī)油的黏度對(duì)延長發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命和節(jié)能減排有重要意義。

但是，機(jī)油在使用過程中，長期在環(huán)境（溫度、壓力、電磁場和光等因素）的影響和剪切力的作用下，使得機(jī)油的物化性質(zhì)發(fā)生改變，進(jìn)而使得機(jī)油黏度發(fā)生變化，這不僅為機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶來了威脅，而且加大了能耗，提高了運(yùn)作成

本，加重了污染物排放量，嚴(yán)重污染了環(huán)境[4]。因此，對(duì)機(jī)油黏度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測技術(shù)研究不僅能夠監(jiān)測機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，降低安全隱患，而且能夠節(jié)能減排，其經(jīng)濟(jì)和環(huán)境意義重大。筆者著重論述機(jī)油黏度在線監(jiān)測技術(shù)研究現(xiàn)狀，以對(duì)機(jī)油黏度的實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)改進(jìn)提供借鑒。

2機(jī)油黏度在線監(jiān)測技術(shù)研究

機(jī)油黏度在線監(jiān)測是機(jī)油性狀監(jiān)測研究的重要內(nèi)容，同時(shí)也是機(jī)器潤滑磨損

狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的重要研究內(nèi)容。而在在線監(jiān)測中，通信技術(shù)起著非常重要的作用，

因此基于通信技術(shù)對(duì)機(jī)油黏度在線監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)是機(jī)油黏度監(jiān)測技術(shù)的重要研究內(nèi)容，如賀嘉聰?shù)萚5] 利用上位機(jī)、下位機(jī)和連接上下位機(jī)的以太網(wǎng)技術(shù)組成油液在線檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過（PC104）串口通信和以太網(wǎng)通信的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了油液在線檢測系統(tǒng)的核心功能，即數(shù)據(jù)的在線采集、處理、發(fā)送及診斷，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸快和全過程監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)，因此，油液在線監(jiān)測系統(tǒng)使傳統(tǒng)的油液實(shí)驗(yàn)室分析模式轉(zhuǎn)變成機(jī)械設(shè)備潤滑磨損狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)控與智能診斷模式，這對(duì)油液在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用具有重大意義；劉玉村[6]依據(jù)海根一伯埃司公式測量牛頓流體粘度設(shè)計(jì)出在線粘度分析儀，該分析儀可實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的黏度進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)分析，減少人工化驗(yàn)的滯后和誤差，實(shí)現(xiàn)了對(duì)常減壓裝置減二線潤滑油原料組分粘度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測，利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整控制參數(shù)，將切換側(cè)線牌號(hào)時(shí)的生產(chǎn)調(diào)整周期大大縮短。

而在機(jī)油黏度在線監(jiān)測中，可見近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用提高了油液品質(zhì)監(jiān)測效率。如趙蕓等[7] 提出了一種應(yīng)用可見近紅外光譜技術(shù)快速測定發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油動(dòng)力粘度值的新方法，該方法對(duì)5種不同粘度的潤滑油共150個(gè)樣本進(jìn)行光譜掃描檢測，研究發(fā)現(xiàn)檢測值可用于潤滑油動(dòng)力粘度值的預(yù)測模型的建立，在建立的模型中，LS-SVM模型比PLS模型能獲得更滿意的預(yù)測效果，因此，應(yīng)用光譜技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油動(dòng)力粘度值的快速無損檢測。張瑜等[8] 研究了基于可見-近紅外光譜技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油粘度和含水率的快速檢測方法，在獲取可見-近紅外光譜信息的基礎(chǔ)上，采用廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分別建立了粘度與含水率的預(yù)測模型，預(yù)測集樣本的確定系數(shù)分別達(dá)到了0.9818和0.9999，說明可見-近紅外光譜技術(shù)能夠用于發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油的含水率與粘度的預(yù)測。杜傳斌等[9] 通過近紅外光譜分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)粘度指標(biāo)的簡便、快速、無換檢測，他們?cè)趯?duì)航空液壓油樣品進(jìn)行測定以后，建立了建立了偏最小二乘法（PLS）模型和PLS與誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合（PLS-BP）的模型，并用相關(guān)系數(shù)（RC）和標(biāo)準(zhǔn)校正偏差（5EC）評(píng)價(jià)模型，研究發(fā)現(xiàn)RC和5EC分別為0.978和0.990，均表現(xiàn)出較好的預(yù)測效果。因此，基于紅外光譜的在線監(jiān)測技術(shù)研發(fā)是機(jī)油黏度在線監(jiān)測技術(shù)研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。

然而，根據(jù)不同的機(jī)器設(shè)備特點(diǎn)，研制相應(yīng)的粘度在線監(jiān)測裝置是機(jī)油黏度在線監(jiān)測技術(shù)實(shí)際應(yīng)用拓展的重要的內(nèi)容。如姚智剛等[10] 針對(duì)現(xiàn)代遠(yuǎn)洋船舶流動(dòng)性工作特點(diǎn)及機(jī)械潤滑磨損狀態(tài)監(jiān)測實(shí)時(shí)性要求，開發(fā)了一套集油液磨粒監(jiān)測和黏度檢測的在線監(jiān)測裝置，該裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、安裝方便等特點(diǎn)，測試試驗(yàn)分析表明：該集成裝置具有良好的穩(wěn)定性，能快速實(shí)現(xiàn)油液磨粒含量、黏度趨勢分析及超限報(bào)警，該油液在線監(jiān)測裝置的集成實(shí)現(xiàn)，滿足了后續(xù)集成檢測

的可靠性要求。蔣璐璐等[11] 提出了一種應(yīng)用可見/近紅外光譜技術(shù)進(jìn)行汽車潤滑油黏度快速無損監(jiān)測的新方法，研究發(fā)現(xiàn)連續(xù)投影算法（SPA）是一種有效的特征波長提取方法，這有利于車載潤滑油黏度快速檢測儀器的開發(fā)。

傳感器是機(jī)油黏度在線監(jiān)測系統(tǒng)中的重要部件，其影響著系統(tǒng)的監(jiān)測精度和監(jiān)測效率，因此，機(jī)油黏度在線監(jiān)測傳感器的研究是在線監(jiān)測系統(tǒng)研究的重要組成部分。張峰等[12]為實(shí)現(xiàn)對(duì)潤滑油多信息的狀態(tài)監(jiān)測，開發(fā)了基于石英晶體微天平（QCM）的同時(shí)監(jiān)測潤滑油粘度和磨損顆粒的復(fù)合傳感器，并進(jìn)行了傳感器不同油溫條件下的穩(wěn)定性等系列實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，該型傳感器對(duì)潤滑油黏度和磨損顆粒量的變化有較高的線性響應(yīng)和靈敏度，能準(zhǔn)確測量潤滑油黏度及磨損顆粒含量，且穩(wěn)定可靠。趙曉等[13] 運(yùn)用深圳先波科技公司生產(chǎn)的FWS-2黏度傳感器以及PQM-1鐵顆粒傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)該傳感器可以在線準(zhǔn)確測定機(jī)油粘度和鐵磁性磨損顆粒濃度，從而精確測定機(jī)油品質(zhì)，對(duì)維持某油機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要意義，同時(shí)也可應(yīng)用于各類大中型動(dòng)力機(jī)械、齒輪箱、機(jī)油泉和汽輪機(jī)的機(jī)油質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)側(cè)中。陳閩杰等[13] 開發(fā)了一種基于振動(dòng)法的在線監(jiān)測潤滑油黏度傳感器，在恒溫和變溫狀態(tài)下，通過實(shí)驗(yàn)室和柴油機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)側(cè)試傳感器對(duì)潤滑油黏度的響應(yīng)，溫度對(duì)傳感器的影響及傳感器的穩(wěn)定性，研究發(fā)現(xiàn)該傳感器對(duì)潤滑油黏度變化具有較高的響應(yīng)和靈敬度，能準(zhǔn)確測量潤滑油黏度，且穩(wěn)定可靠。因此，機(jī)油黏度在線監(jiān)測傳感器的研究對(duì)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用范圍有重要意義。

3展望

機(jī)油黏度在線監(jiān)測技術(shù)目前是國內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)，其具有很好的實(shí)時(shí)性和連續(xù)性，有效的克服了離線分析中眾多的局限性，有著較高的經(jīng)濟(jì)意義和環(huán)境意義。但在穩(wěn)定性、可靠性和精度方面需做進(jìn)一步努力，為實(shí)現(xiàn)機(jī)油黏度在線監(jiān)測的進(jìn)一步發(fā)展，需從以下幾方面進(jìn)行努力。

（1）加強(qiáng)傳感器研發(fā)，著重提高傳感器的穩(wěn)定性、可靠性和精確性。傳感器影響著監(jiān)測系統(tǒng)的精確性和效率，因此，提高傳感器的穩(wěn)定性、可靠性和精確性是提高監(jiān)測系統(tǒng)的必要措施。

（2）提高傳感器的集成性、降低傳感器的使用成本，而傳感器的監(jiān)測內(nèi)容和使用成本影響著監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，因此，提高傳感器的集成性和降低傳感器的使用成本對(duì)推廣監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用的有重要意義。

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