基于谐振技术的油液含水率在线检测装置研究.pdf

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摘要

摘要

基于谐振技术的油液含水率在线检测装置研究

随着经济和工业的快速发展,油液的使用在各个领域都不可或缺。含水率

是检测油品质量的一个重要因素,尤其是对于工业机械、汽车、潜艇、飞机等

装备中的高性能液压系统、燃油系统、润滑系统而言,对含水率的要求最为严

格,含水率需要低于0.01%。因此,能够实时在线地检测微含水量的油液在工

业生产、传输以及机械运转过程中有着重大意义。油液含水率的在线检测技术

具有较大的发展前景。

微波谐振法是近几十年来热门的油液在线无损检测方法。本文对谐振腔微

扰法下油液介电常数与谐振频率的关系进行了研究,设计了一种基于微波谐振

腔技术的油液含水率在线检测装置,用于测量油液的水分。对油水混合介电模

型和谐振腔的工作模式进行了分析;根据实际测量的需求,为确保谐振腔的高

Q值和液体的流动性,为圆柱形谐振器两边设计了半封闭的端面。使用HFSS仿

真软件对圆柱形谐振腔的端面形状和尺寸、探针位置和长度、腔体尺寸等参数、

金属材质以及实际的检测情况进行了仿真优化,最终得到符合分辨率要求的谐

振腔3D模型。

油液含水率在线检测装置的检测系统包括硬件设计和软件驱动,硬件部分

中单片机控制DA转换器的输出0~15V可控电压,将输出的电压连接到负载VCO

上,实现扫频功能;同时从谐振腔输出的微波信号在对数检波器的作用下转换

为电压值,单片机采集相关参数电压值。通过软件编程实现整个检测设备的驱

动和数据采集功能,实现对各部分的监控和数据信息的处理。为提高测量精度,

设置了温度传感器,分析温度的变化对测量结果的影响。

最后,分别对不同含水量的油液进行测量,实现万分之一和千分之一量级

的含水率检测精度,通过仿真和实验对比表明,该油液含水率检测系统的灵敏

度可以达到100ppm,甚至更低。分别在不同含水率的量程下,得到两个含水率

计算方程,在微量含水的测量中,拟合方程的线性度更好,其拟合度为0.9989;

在低含水的测量中,线性方程的拟合度为0.99587。通过多次重复实验得到该

检测系统的最大误差为0.33MHz。此外,实验验证了温度对测量结果的影响并

I

摘要

进行了温度补偿。该含水率在线检测系统,不仅实现高灵敏度的水分测量,还

具有检测范围较为广泛、经济实用性强、体积小、便于安装和清洁等优点。

关键词:

谐振腔微扰法,圆柱形谐振腔,微量含水,在线检测,HFSS仿真优化

II

Abstract

Abstract

Researchononlineoilwatercontentdetectiondevicebasedon

resonancetechnology

Withtherapiddevelopmentoftheeconomyandindustry,theuseofoilfluidsis

indispensableinallfields.Watercontentisanimportantfactorintestingthequalityof

oil,especiallyforhigh-performancehydraulicsystems,fuelsystemsandlubrication

systemsinindustrialmachinery,automobiles,submarines,aircraftandother

equipment,

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