基于电容式的全量程油液水分检测方法、介质和设备与流程

本技术涉及油液水分检测，尤其涉及一种基于电容式的全量程油液水分检测方法、介质和设备。

背景技术：

1、油液中的水分是导致油品劣化和设备故障的重要因素。水分的存在会加速油液氧化、降低润滑性能、引起设备腐蚀和磨损，严重时可能导致设备失效。因此，对油液中含水率的准确检测具有重要的工程意义。

2、目前，测量油液中含水率的方法主要包括：蒸馏法、卡尔·费休法、电导法、电容法、微波法、红外光谱法等。其中，蒸馏法和卡尔·费休法为离线采样检测方法，不能实时监测油液中的水分，已不适应工业现场的在线检测需求。

3、在线检测方法中，电导法仅适用于电导率受含水率影响较大的物质，适用范围有限。红外技术和微波法成本较高，且容易受到油水混合状态不同的影响导致检测误差不稳定。电容法技术较为成熟，测量范围广，成本较低，因此在油液水分检测领域应用最为广泛。

4、电容法检测油液含水率的基本原理是利用油与水介电常数的显著差异，油水混合物的等效介电常数随含水率变化而变化，通过测量电容值的变化即可推算出含水率。尽管电容法在油液水分检测中已有广泛应用，但现有技术仍存在以下不足：

5、（1）对水分存在形态的区分能力有限。油液中的水分根据含量和存在状态的不同，可分为溶解水（水以分子状态溶解于油中）、乳化水（水以微小液滴悬浮于油中形成乳状液）和游离水（水分层沉降于油液底部）等几种形态。不同形态的水分对油液性能和设备运行的影响不同，但现有电容法检测方案大多仅能提供总含水率的单一输出，难以区分水分的具体存在形态。

6、（2）高含水阶段测量失效。当油液中出现游离水分层时，现有电容传感器的检测会受到水分状态分布的影响，测量误差较大。更为严重的是，当水分含量过高时，检测信号会超出检测电路的可测量程上限，导致无法实现对高含水率的检测。

7、综上所述，现有技术中尚缺乏一种能够同时检测油液中溶解水、乳化水和游离水，并实现从低含水到高含水全量程准确测量的油液水分检测方案。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种基于电容式的全量程油液水分检测方法、介质和设备，以解决上述至少一种技术问题。

2、本技术第一方面，提供了一种基于电容式的全量程油液水分检测方法，所述方法应用于油液水分检测模块中，所述油液水分检测模块包括油腔和处于所述油腔内的检测探头，所述检测探头集成了液位敏感元件、第一介电常数敏感元件、位于所述第一介电常数敏感元件上部的第二介电常数敏感元件；所述方法包括：

3、在待测油液进入所述油腔并达到所述油腔中的预设液位后，通过所述第一介电常数敏感元件获取待测油液下层介质的第一介电常数；

4、通过所述第二介电常数敏感元件获取待测油液上层介质的第二介电常数；

5、通过所述液位敏感元件获取待测油液在所述预设液位下的综合电容值；

6、将所述综合电容值按照所述预设液位对应的总高度拆分为下层介质段贡献的第一子电容值和上层介质段贡献的第二子电容值；

7、根据所述第一子电容值与所述第一介电常数之间的第一映射关系、所述第二子电容值与所述第二介电常数之间的第二映射关系，反演出下层介质段的游离水层高度和/或上层介质段的乳化水层高度；

8、基于所述游离水层高度和/或乳化水层高度，以及所述第二介电常数和所述总高度计算出综合含水率，所述第二介电常数体现了待测油液上层介质的乳化水层的等效含水率。

9、可选地，所述基于所述游离水层高度和/或乳化水层高度，以及所述第二介电常数和所述总高度计算出综合含水率，包括：

10、根据所述游离水层高度和油腔的尺寸数据计算出游离水体积；

11、根据所述第二介电常数确定待测油液上层介质的乳化水的等效含水率，并结合待测油液上层介质在所述油腔内占据的空间体积确定乳化水体积；

12、将所述游离水体积与所述乳化水体积进行累加，并以所述油腔内的油液总体积为基准计算出所述综合含水率。

13、可选地，在所述通过所述第一介电常数敏感元件获取待测油液下层介质的第一介电常数之前，所述方法还包括：

14、将所述待测油液在所述油腔中静置预设时长。

15、可选地，在所述将所述综合电容值按照所述预设液位对应的总高度拆分为下层介质段贡献的第一子电容值和上层介质段贡献的第二子电容值之前，所述方法还包括：

16、根据所述第一介电常数和/或所述第二介电常数确定所述待测油液上层介质中的水分是否为乳化水，且所述待测油液下层介质中的水分是否为游离水，若是，则执行所述将所述综合电容值按照所述预设液位对应的总高度拆分为下层介质段贡献的第一子电容值和上层介质段贡献的第二子电容值。

17、可选地，所述根据所述第一介电常数和/或所述第二介电常数确定所述待测油液上层介质中的水分是否为乳化水，且所述待测油液下层介质中的水分是否为游离水，包括：

18、当所述第一介电常数超过第二阈值，且所述第二介电常数小于第二阈值时，判定所述待测油液上层介质中的水分为乳化水，且所述待测油液下层介质中的水分为游离水；

19、或当所述第一介电常数与所述第二介电常数的差值超过第一阈值时，判定所述待测油液上层介质中的水分为乳化水，且所述待测油液下层介质中的水分为游离水；

20、或当所述第一介电常数和/或所述第二介电常数小于第三阈值时，判定所述待测油液上层介质和所述待测油液下层介质均为溶解水，

21、或当所述第一介电常数和/或所述第二介电常数大于第三阈值且小于第四阈值时，判定所述待测油液上层介质和所述待测油液下层介质均为乳化水；

22、或当所述第二介电常数超过第二阈值时，判定所述待测油液上层介质和所述待测油液下层介质中的水分均为游离水。

23、可选地，当所述待测油液上层介质和所述待测油液下层介质均为乳化水时，根据所述第二介电常数与乳化水层的等效含水率之间的映射关系确定出所述综合含水率。

24、可选地，所述第一介电常数敏感元件设置于所述检测探头的底部，所述第二介电常数敏感元件设置于所述检测探头中处于告警高度的位置，所述告警高度对应于油液中的含水率达到预设告警值时游离水层所处的高度。

25、可选地，所述液位敏感元件沿所述检测探头的长度方向铺设，且所述液位敏感元件覆盖所述待测油液的总高度。

26、可选地，所述油腔形成有进油口和出油口，所述出油口高于所述进油口。

27、可选地，所述检测探头还集成有温度敏感元件和湿度敏感元件，所述湿度敏感元件所处的位置不低于所述第二介电常数敏感元件所处的位置。

28、可选地，所述温度敏感元件、湿度敏感元件、第一介电常数敏感元件、第二介电常数敏感元件处于所述检测探头的信号传输板的第一面，所述液位敏感元件处于所述信号传输板的第二面，所述第二面与所述第一面相对。

29、可选地，所述方法还包括：当所述第一介电常数和/或所述第二介电常数小于第三阈值时，判定所述待测油液上层介质和所述待测油液下层介质均为溶解水；

30、获取所述湿度敏感元件测量的水活性值；

31、获取所述温度敏感元件测量的温度值；

32、将所述水活性值和所述温度值输入至预设的基于溶液热力学平衡原理构建的水分计算模型中计算出所述综合含水率。

33、本技术第二方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有可执行指令，所述可执行指令被处理器执行时使所述处理器执行本技术任一项实施例中所述的方法。

34、本技术第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行本技术任一项实施例中所述的方法。

35、本技术中的基于电容式的全量程油液水分检测方法、介质和设备，具有以下有益效果：第一，通过静置分层后对不同形态水分分别测量再统一折算，避免了水分形态分布对电容测量结果的耦合干扰，使高含水阶段（出现游离水分层时）的含水率仍能被准确测量，突破了传统电容法在游离水分层时测量误差大、高含水时超出检测量程而失效的限制；第二，通过液位敏感元件覆盖总高度并结合上下两层介电常数反演游离水层高度，消除了上层油水混合液介电常数变化对液位测量引入的误差，提高了游离水体积计算的准确性；第三，借助第二介电常数敏感元件所处的水位告警线位置，能够在游离水水位超过告警量时及时输出告警，保障设备运行安全；第四，整个检测过程仅需单个集成化检测探头配合相应处理逻辑即可完成，结构紧凑、成本低，解决了油液中三种形态水（溶解水、乳化水、游离水）的综合计算问题，可实现在线实时检测，适用于工业现场油液水分监测场景。