专利名称：一种基于液压润滑站运行的油品含水率在线检测系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种基于液压润滑站运行的油品含水率在线检测系统。
背景技术：
现代制造业的生产设备正日益大型、连续、高速和自动化，其辅助的液压润滑系统要求在线、连续检测并监控液压润滑油的多项品质指标，如含水率、污染度等。对于ー些需要用水冷却的工作机械(如钢厂的轧钢机)，当润滑系统的密封部位磨损，冷却水经常渗入到液压系统中，一旦油品中水分含量超标时，会使轴承内油膜強度降低，磨损加剧，从而导致零件损坏、设备故障。目前，我国的在线油品含水率检测仪器大都是基于变介质式电容传感器设计的，其工作原理是常温常压下，水的相对介电常数约为80，而油约为2. 2左右，两者相差较大，油水混合介质的相对介电常数与含水率有关，当油品中水的体积百分数变化吋，混合物的介电常数将会发生变化，因此利用变介电常数电容传感器测得电容值即可换算出油品的含水率。中国专利授权公告号CN 2629036Y，
公开日是2004年07月28日，名称为“油品含水率检测电容传感器”的方案中公开了ー种油品含水率检测电容传感器。该油品含水率检测电容传感器仅考虑了油水两种介质混合的情况，若在实验室里或者在某种稳定的工作状态下，油品中含气体很小，可以忽略不计，该方法可以实现油品含水率的在线测量。但是，如在钢铁公司高速线材轧机润滑站的应用中，当轧机以一定转速运行时，齿轮旋转使空气与液压润滑油相互作用，从而产生气泡掺杂在润滑油中并在管道中流动，此时油品中包含了油、气两种混合物，一旦液压系统密封环节出现磨损而引起渗水，则油品中就存在油、气以及水三种混合物，基于变介质式电容传感器的在线油品含水率检测仪仅以油、水两种混合物进行测量，气泡的影响会导致油品含水率检测仪产生较大的误差，甚至失去了在线检测的作用。中国专利申请公布号CN 102305847A，公布日2012年01月04日，名称为“在线式油中含水測量装置”的方案中公开了ー种在线式油中含水測量装置。它包括油气分离器、传感器等。这种在线式油中含水測量装置采用油和气分离的方式来检测油品中的含水率，但是油气分离器也仅能把油品中直径较大的气泡分离出去，而直径小的气泡则不能够分离出去。由于受温度，压强的影响，在油品管道中的不同位置，气泡的直径大小是不同的，而又不可能在整个油品管道上都安装油气分离器，因此，该在线式油中含水測量装置并不能够把油品中所包含的气体完全分离干净，在进行油品含水率测量时，仍然是包含有油、水和气泡三种混合物。本发明为了解决液压润滑系统油品含水率在线检测中未考虑油品包含气泡量导致測量结果与实际值存在较大误差的问题，提供一种基于液压润滑站运行的油品含水率在线检测系统，采用本发明可以消除液压润滑系统由于旋转机械运转时导致油品包含气泡对測量结果的影响，提高油品含水率在线检测系统的准确性，满足在线检测的要求。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案
—种基于液压润滑站运行的油品含水率在线检测系统，包括旋转机械的转速測量単元、串行通讯、电容传感器、温度传感器、数据融合处理单元以及显示単元，其特征在于转速測量单元测取旋转机械的转速，转速信号通过串行通讯发送到数据融合处理单元，电容传感器测出以油品混合物作为介质所对应的电容值，温度传感器测出油品混合物的当前温度，数据融合处理单元建立人工神经网络，根据电容值/转速/温度三维实验标定数据，对转速信号、油品混合物电容值以及温度进行多传感数据融合，通过数据融合，消除气泡对测量结果的影响，输出准确的被测油品含水率值。
根据气液两相流理论，气泡的成长速度与入口气体流速有一定的因果关系，在液压密封的润滑系统中，旋转机械或者旋转齿轮转动使该处气体流速发生变化，旋转机械的旋转速度越快，该处的气体流速也越快，掺杂到管道中的润滑油品包含的气泡就越多，而管道内润滑油品不断的流动引起气、液两相分子的相互碰撞，一部分气泡又返回到空气中，当旋转机械的转速一定时，掺杂到回油管道液压润滑油品中的气泡与返回到空气中的气泡保持一个动态的平衡，从而使管道中润滑油品包含的气泡量保持在某个稳定值。当旋转机械或者旋转齿轮停止以后，气体流速很小，管道中润滑油品中新产生的气泡量很小，而之前旋转机械运行时已经混入到润滑油品中的气泡则随着混合物的流动而重新返回到空气中，管道中润滑油品所包含的气泡量也逐渐减小。因此，本方案利用旋转机械的转速大小来反映回油管道液压润滑油品百分体积数所包含的气泡量。在上述的检测系统中，转速信号反映油品百分体积数包含的气泡量，电容信号反映混合油品的介电常数，温度信号反映油品温度，系统进一歩建立电容值/转速/温度三维实验标定数据，电容值/转速/温度三维实验标定数据获取步骤如下①从油品含水率在线检测系统的量程范围内确定m个含水率，测出对于的电容值；②在旋转机械转速范围内确定r个转速点；③然后在油品混合物工作温度范围内确定q个温度点；④在m个含水率对应的电容值、r个不同转速以及q个不同温度下对系统进行标定，得到三维实验标定数据。数据融合处理单元建立人工神经网络，人工神经网络结构采用多层感知机前向逆传播网络结构，根据电容值/转速/温度三维实验标定数据，对转速信号、油品混合物电容值以及温度进行多传感BP神经网络训练的数据融合，通过数据融合，消除气泡对測量结果的影响，输出准确的被测油品含水率值。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点本发明消除了液压系统由于旋转机械运转时油品中含有气泡而引起的检测误差，提高了油品含水率在线检测的准确度；通过转速測量单元获取旋转机械的转速信号来衡量管道中油品百分体积数所包含的气泡含量，方法简单。
图I是本发明油品含水率在线检测系统结构框图。图2是润滑油品气泡产生原理图。图3是数据融合神经网络结构图。
图4是神经网络BP训练流程图。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合附图详述如下參见图1，本发明ー种基于液压润滑站运行的油品含水率在线检测系统，包括旋转机械的转速测量单元2、温度传感器4、电容传感器5、串ロ通讯6、数据融合处理单元7以及显示单元8。转速测量単元2测量旋转机械I的旋转速度，再将转速信号通过串行通讯6传送到数据融合处理单元7中，温度传感器4和电容传感器5測量管道润滑油品3的温度和对应介电常数的电容值，并将这些信号送到数据融合处理单元7中。数据融合处理模块 7将转速大小、电容传感器输出以及混合物温度等进行基于神经网络的多传感数据融合，通过数据融合，消除气泡对測量结果的影响，输出准确的被测油品含水率值给显示単元8。根据气液两相流理论，气泡的成长速度与入口气体流速有一定的因果关系，在液压密封的润滑系统中，如图2所示，润滑油品10在液压循环管道9中流动，到达旋转机械时润滑齿轮，旋转机械的齿轮11转动使该处气体流速发生变化，气体以气泡12的形式掺杂到润滑油中，旋转机械的齿轮11旋转速度越快，该处的气体流速也越快，掺杂到管道中的润滑油品10的气泡越多；同时，润滑油品10在管道中流动，使气、液分子相互碰撞，一部分气泡又返回到空气中，当齿轮11转速一定时，掺杂到润滑油品10中的气泡与返回到空气中的气泡保持一个动态的平衡，从而使润滑油品10包含的气泡量保持在某个稳定值；当齿轮11停止以后，气体流速很小，润滑油品10新产生的气泡量很小，而之前由于齿轮11旋转已经混入到润滑油品10中的气泡则随着混合物的流动而重新返回到空气中，润滑油品10所包含的气泡量也逐渐减小。本发明利用旋转机械的转速来反映管道中润滑油品10百分体积数包含的气泡量。在上述的检测系统进行检测，数据融合处理单元7建立人工神经网络，对转速信号、油品混合物电容值以及温度进行多传感数据融合，通过数据融合，消除气泡对測量结果的影响，输出准确的被测油品含水率值。人工神经网络结构采用多层感知机前向逆传播网络结构，该神经网络结构如图3所示。图3中i、j、k分别是输入层、隐层和输出层神经元序号。同一层内各神经元互不相连，相邻层之间的神经元通过连接权值Wji与Wkj相联系。Wji为输入层与隐层间的连接权值;Ww为隐层与输出层之间的连接权值。这里输入层结点数为3，输出层结点数为1，故i=I，2，3，k = I ;隐层结点数 j = 1,2... , I0神经网络采用BP网络训练，网络训练的实验标定数据获取步骤如下①从油品含水率在线检测系统的量程范围内确定m个含水率，测出对于的电容值；②在旋转机械转速范围内确定r个转速点；③然后在油品混合物工作温度范围内确定q个温度点；④在m个含水率对应的电容值、r个不同转速以及q个不同温度下对系统进行标定，得到三维实验标定数据。当润滑油油品水分发生变化、或者温度发生变化、或者轧机转速发生变化时，数据融合处理单元进入BP神经网络训练，其训练流程如图4所示，系统设定给定的允许偏差，训练过程使输出误差小于给定允许偏差，输出逼近被测目标，消除气泡以及温度对测量结果的影响，训练结束后输出被测输出含水率值。一种基于液压润滑站运行的油品含水率在线检测系统原理简述如下如图I所示，转速测量単元2测量旋转机械I的旋转速度，再将转速信号通过串行通讯6传送到数据融合处理单元7中，温度传感器4和电容传感器5測量回油管道润滑油品3的温度和对应介电常数的 电容值，并将这些信号送到数据融合处理单元7中。当润滑油油品水分发生变化、或者温度发生变化、或者轧机转速发生变化时，数据融合处理单元7根据电容值/转速/温度三维实验标定数据，对转速信号、油品混合物电容值以及温度进行人工神经网络BP训练，训练方法为I)设定连接权值Wkj与阈值Θ ^及Θ k的初始值；设定隐结点数I、步长η和势态因子μ。2)导入实验数据训练样本。3)计算隐层单元输出值。其计算式为=(1)式中f (S》为隐层第j个神经元的输出值；Wm为输入层第i个神经元至隐层第j个神经元的连接权值；Θ j为阈值。4)计算输出単元(含水率)输出值。其计算式为,Wh-Gk(2)式中f (Sk)为隐层第k个神经元的输出值；Wki为隐层第j个神经元至输出层第k个神经元的连接权值；Θ k为阈值。5)计算输出层和隐层训练误差δ k、δ JOδ k = f (Sk) [1-f (Sk) ] [dk-f (Sk) ] (3)Sj = f {S t)[\-f {S^SkWkj-θ^(4)式中dk = λ p，λ p是输出标定值。6)修正权值。Wji (t+1) = Wji (t)+n δ jf (Sj) + μ [Wji (t)-Wji (t-1) ] (5)Wki (t+1) = Wki (t)+n δ kf (Sk) + μ [Wki (t)-Wki (t-1) ] (6)式中η和μ分别为步长和势态因子。7)判断均方误差e是否满足给定允许偏差ε。
I I— 2β = - {Χ-λρ) <ε(7)
I Ρ=\上述的数据融合，当均方误差e满足给定允许偏差ε时，即消除了气泡以及温度对测量结果的影响，从4)计算的输出值输出被测油品含水率值，否则转向5)、6)、7)，直到满足要求为止。
权利要求
1.一种基于液压润滑站运行的油品含水率在线检测系统，包括转速测量単元(2)、温度传感器(4)、电容传感器(5)、串ロ通讯(6)、数据融合处理单元(7)以及显示単元⑶，其特征在于转速测量单元(2)测取旋转机械(I)的转速，电容传感器(5)测出以油品混合物作为介质所对应的电容值，温度传感器(4)测出油品混合物的当前温度，数据融合处理单元(7)建立人工神经网络，根据电容值/转速/温度三维实验标定数据，对转速信号、油品混合物电容值以及温度进行多传感数据融合，通过数据融合，消除气泡对測量结果的影响，输出准确的被测油品含水率值。
2.ー种根据权利I所述的基于液压润滑站运行的油品含水率在线检测系统，其特征在于在液压润滑系统中，用转速大小来反应液压管道中被测油品百分体积数所包含的气泡量。
全文摘要
本发明涉及一种基于液压润滑站运行的油品含水率在线检测系统，本检测系统包括旋转机械的转速测量单元、串行通讯、电容传感器、温度传感器、数据融合处理单元及显示单元。通过转速测量单元测取旋转机械的转速，利用转速大小反映油品含有的气泡量，再通过电容传感器测出以油品混合物作为介质所对应的电容值，温度传感器测出油品温度，然后数据融合单元建立人工神经网络，根据电容值/转速/温度三维实验标定数据，对转速、电容以及温度进行多传感数据融合，融合结束后输出被测油品含水率值。本发明可以消除液压润滑系统由于旋转机械运转时导致油品包含气泡对测量结果的影响，提高油品含水率在线检测系统的准确性，满足在线检测的要求。
文档编号G01N27/22GK102645456SQ20121012378
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者蔡慧, 谢楠, 钱晓耀, 陈卫民 申请人:中国计量学院