應用平行極板式電容傳感器檢測潤滑油品質的研究

摘要：分析和探討了潤滑油介電常數變化的微觀原因，并基于介電常數測量原理，以實現潤滑油質量的現場快速檢測為目的，考慮靈敏度、信噪比、擊穿電壓等參數要求，設計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行了測試實驗，其中重復性測試數據的最大偏差為4．8％。應用計及邊緣效應影響的計算公式對數據進行了處理，結果表明該傳感器能在不改變機器內部油路結構的情況下快速有效地檢測油液介電常數的變化，為科學判斷潤滑油使用狀況提供依據。
關鍵詞：潤滑油；油液檢測；介電常數；電容傳感器

潤滑油在使用一段時間后，由于外界雜質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值發生變化。使用電容傳感器測量油液的介電常數可以反映潤滑油品質、磨損故障等信息。當前的離線油質分析儀不能完全準確地反映整體油液的質量信息，在油液中磨粒較大、分布不均勻的情況下尤為明顯。本文設計了一種用于現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 潤滑油介電常數測量原理
潤滑油是一種復雜的烴類混合物，可以把它作為一種電介質來考慮。隨著潤滑油使用期的增加，其性能衰變主要體現在以下幾個方面：
(1)潤滑油內部組分長期與空氣接觸發生氧化反應；
(2)粘度指數改進劑、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、添加劑損耗會導致分子極性變化；
水的進入會產生H+，OH-離子；酸值的變化伴隨著H+，RCOO-離子的產生；金屬磨粒會產生自由電子。以上幾種因素均會不同程度地改變油液內部極化成分的數量，從而導致介電常數值的變化，所以介電常數是反映油液老化、被污染以及磨損狀況的一個綜合參數。

電介質的介電常數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，多數文獻采用了以下公式表達電容與內部介質的介電常數關系：
C=ε0εrS／d (1)
式中：εr為內部介質的相對介電常數；ε0為真空介電常數；S為極板面積；d為兩極板間距。