應(yīng)用平行極板式電容傳感器檢測潤滑油品質(zhì)的研究
加入技術(shù)交流群
上述公式是在極板長度a，寬度b遠大于極板間距d的情況下推導出的，此時由于邊緣效應(yīng)影響而引起的附加電容可以忽略不計。但在實際應(yīng)用中，因測量空間的限制，極板不可能為無限大。根據(jù)文獻的研究成果，有限尺寸的平板電容器，計及邊緣效應(yīng)的電容近似表達式為：
由此可以看出電容值C與介質(zhì)的相對介電常數(shù)ε，具有理論上的線性關(guān)系，通過測量內(nèi)部充滿潤滑油的電容器的電容值，就可以確定機油品質(zhì)的劣化程度。
2 電容傳感器設(shè)計
考慮到現(xiàn)場離線快速檢測的便捷性、穩(wěn)定性要求，傳感器采用平行極板式結(jié)構(gòu)，其基本形狀示意圖如圖2所示，主要由一對平行極板、外部固定裝置和一個有機玻璃油槽組成。接線柱內(nèi)嵌銅芯，與極板焊接在一起。由于在下一步的方案規(guī)劃中，擬加入光電檢測模塊，所以在傳感器左右兩側(cè)設(shè)計了凹槽，以使激光穿過油液，測量透光率。為避免外界電磁干擾，電極外面加上金屬屏蔽罩。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/161150.htm
對于傳感器材料的選擇和尺寸的確定主要考慮以下因素：
(1)用于電容傳感器的電極材料主要有炭材料、金屬氧化物和導電聚合物。本文選擇成本低廉、導電性好、溫度系數(shù)低、容易獲取和加工的銅作為極板材料，并根據(jù)其標準規(guī)格和靈敏度要求確定極板厚度P=0．5mm。
(2)極板尺寸和間距決定了傳感器的大小和被測油量的多少。使用中的潤滑油是成分復雜的混合物，尤其是摩擦產(chǎn)生的磨粒，大小和分布并不均勻。為了使測量更加準確，顯然取油量越大越好，但現(xiàn)場操作又要求用最少的油樣數(shù)量獲得滿意的數(shù)據(jù)，而且小型化的傳感器更利于制成便攜式檢測系統(tǒng)。為了減弱邊緣效應(yīng)的影響，極板間距要盡量小，但間距的減小勢必導致極板被擊穿的可能性增加。綜上所述并參考文獻中的設(shè)計經(jīng)驗，初步確定極板長a=50 mm，寬b=30 mm，間距d=20mm。
(3)油槽材料選擇有機玻璃，化學名稱為聚甲基丙烯酸甲酯，這種材料表面光滑度高，不易粘著油液中的污染物，清洗方便；透射率高達92～93％，可透過可見光99％；強度高，韌性好，易于加工；能耐一般的化學腐蝕。根據(jù)加工的要求和有機玻璃的標準規(guī)格，擬定油槽壁厚為1．5mm。
(4)聚四氟乙烯具有較高的機械強度和良好的絕緣性，且成本低、介質(zhì)損耗小，因此選用該材料加工成固定裝置。
3 實驗驗證
采用諧振法對傳感器進行了測試，測試電路由振蕩電路、低通濾波放大電路、單片機計數(shù)器及顯示模塊組成，如圖3所示。振蕩電路將傳感器的電容變化轉(zhuǎn)化為頻率的變化，此頻率信號經(jīng)濾波放大和分頻后送入單片機計數(shù)器，由單片機進行數(shù)據(jù)處理，將得到的電容值顯示在LCD上。測量之前要保證油槽的干燥以防混入水分，被測油樣分別取自某型號柴油發(fā)動機和變速箱。
評論