一种金属磨损铁磁颗粒传感器的制作方法

1.本发明涉及润滑油检测技术领域，尤其是涉及一种金属磨损铁磁颗粒传感器。


背景技术：

2.润滑油是机械设备的“血液”，贯穿于设备运行全生命周期，它在机械设备中起着密封、润滑、冷却和防腐等重要作用。对润滑油进行监测可以及时了解设备状态、合理安排检修时间，减少故障停机与定期检修对生产产生的影响，不仅延长了设备的平均故障间隔时间，还提高了生产率。
3.传统的离线润滑油状态监测是指利用各项物理化学技术对润滑油样品进行综合分析，不仅消耗大量人力物力，且无法及时诊断问题，因此在线油液中金属磨屑的监测十分必要。如公告号为cn206419298u 的中国实用新型专利公开了一种液压油中铁磁性颗粒监测装置，包括装置外壳、磁铁座和磁铁；装置外壳内设有过油腔，装置外壳上设有连接口，过油腔的底部低于连接口的底部；装置外壳的底部设有与过油腔相通的安装孔，磁铁座可拆卸地设置在安装孔中，磁铁座与装置外壳之间设置有密封圈；磁铁设置在磁铁座上，磁铁的一端位于过油腔中。该装置结构简单，使用方便，制作成本低，将其安装在液压循环系统中，液压油流经过油腔时，铁磁性颗粒会被磁铁吸附，通过定期将磁铁座取下检查磁铁上的吸附量，即可对液压油中的铁磁性颗粒进行监测。
4.但当上述监测装置使用时，需要定期取下磁铁座进行颗粒吸附量检测，操作麻烦费力，不仅如此，在取下过程中，过油腔内的油液容易泄漏，污染周围环境，造成油液的浪费，而且需要中断设备配合中断运行，导致生产率降低，由于需要手动拆卸，增加了人力成本。
5.因此，有必要对现有技术中的润滑油检测装置进行改进。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种自动完成铁磁颗粒吸附及释放的铁磁颗粒传感器，无需中断待检测设备的运行，保证了设备生产率、避免油液污染和泄漏，并自动记录铁磁颗粒从0
→
100％
→
0的时间周期(通过时间周期的变化判别油液中铁磁颗粒增加或减少)，提高效率节省人力。
7.为实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种铁磁颗粒传感器，包括检测探头、设置于所述检测探头内部的磁铁组件及消磁组件；还包括信号处理控制单元和用于电气连接的接线端子；所述磁铁组件用于产生吸附铁磁颗粒的正向磁场，所述消磁组件用于激发临时抵消正向磁场的反向磁场；正向磁场和反向磁场叠加的区域内装有与所述信号处理控制单元连接的磁场检测装置。
8.上述技术方案的铁磁颗粒传感器使用时，将检测探头插入至待检测的润滑油或者液压油等油液中，接线端子连接中控系统，以方便对油液使用状况进行监测。在线监控期间，由磁铁组件产生正向磁场，使得铁磁颗粒受到磁场吸引作用，被吸附在检测探头端面。
铁磁颗粒被吸附的同时，磁场检测装置检测磁场强度的变化，并将磁场变化信号传递给信号处理控制单元，控制单元根据磁场变化程度，判断铁磁颗粒的大小及数量，从而确定待检测油液的铁磁颗粒数目，达到检测油液污染度的目的，同时根据铁磁颗粒数是否达到预设值，控制消磁组件是否启动。
9.当铁磁颗粒吸附量达到预设值(预设值可由中控系统通过接线端子对信号处理控制单元进行调整时设定)后，消磁组件运行，激发抵消正向磁场的反向磁场，使得被吸附的铁磁颗粒暂时失去磁场的吸引力，以便随油液的流动或重力吸引而脱离传感器端面，如此，实现了自动排屑的功能，无需手动拆卸进行清理检测，降低了检测成本。因此，该传感器在安装完成后即可进行持续的自动检测，无需将其拆下检测铁磁颗粒物吸附状况，一方面避免了油液的泄露和被污染，另一方面机械设备无需中断运行，保证了机械设备的持续运行，从而提高了生产率，并且通过临时激发抵消正向磁场的反向磁场，实现自动排屑，节省了人力，降低了检测成本。
10.优选的，所述磁铁组件包括正向永磁铁组件和/或正向电磁组件。
11.通过采用上述技术方案，利用正向永磁铁组件或者正向电磁组件能够产生永久的吸附铁磁颗粒的正向磁场，或者将正向永磁铁组件与正向电磁组件二者结合后，产生正向磁场以吸附铁磁颗粒。
12.优选的，所述消磁组件包括反向永磁铁组件和/或反向电磁组件。
13.通过采用上述技术方案，利用反向永磁铁组件或者反向电磁组件能够击发用于抵消正向磁场的反向磁场，使得铁磁颗粒失去磁场吸附作用力，随油液流动或重力吸引而脱离传感器，或者将反向电磁组件与反向永磁铁组件结合后，形成抵消正向磁场的反向磁场。
14.优选的，所述磁铁组件包括永磁铁和软铁框架，所述软铁框架设置于所述检测探头远离所述接线端子的一端。
15.通过采用上述技术方案，磁铁组件中包括永磁铁，能够保证其长期具有稳定的磁场，不易失去磁性，并保证消磁组件运行时，所形成的磁场方向与电磁铁产生的磁场方向相反，而磁场强度基本一致，使得吸附在插入式检测端面上的颗粒能够因失去吸附作用力，而随油液的流动或重力吸引脱离插入式检测端；而软铁框架将永磁铁磁场导向至探头端面，产生吸附铁磁颗粒的正向磁场，且当消磁组件产生抵消正向磁场的反向磁场后，探头表面磁场消失，使得铁磁颗粒随油液的流动或重力吸引而脱离传感器。软铁框架与插入检测端紧邻设置，保证了插入检测端附近的正向磁场强度，以便加强对铁磁颗粒的吸附效果，防止因机械设备的过大振动而导致铁磁颗粒脱离传感器。
16.优选的，所述消磁组件包括套设于所述软铁框架外的电磁线圈。
17.通过采用上述技术方案，使得传感器结构更加紧凑，有利于减小传感器的尺寸，降低成本。
18.优选的，所述磁场检测装置包括磁场测量芯片；或者所述磁场检测装置包括磁场测量芯片和温度传感器。
19.通过采用上述技术方案，利用温度传感器检测油液中的温度，从而能够确定温度对磁化软铁框架所形成的磁场影响，配合磁场测量芯片检测磁化软铁框架所形成的磁场强度，从而精确测定传感器所吸附的铁磁颗粒数量，达到对油液使用状况的精确检测。
20.优选的，所述磁场测量芯片为霍尔传感器。
21.通过采用上述技术方案，利用电磁传感器输出信号大、抗干扰性能强、可在油雾、油气、水气等恶劣环境中使用的优点，保证了磁场测量芯片安全可靠以及精确的测量功能。
22.优选的，所述检测探头的周向外缘上设置有螺纹段。
23.通过采用上述技术方案，传感器的外壳上设置螺纹段，可直接集成到齿轮箱或循环润滑回路中，以便传感器的嵌入式安装。
24.优选的，所述检测探头包括位于所述螺纹段和所述接线端子之间的限位段和所述螺纹段远离所述限位段一侧的插入段，所述插入段、所述螺纹段和所述限位段呈台阶状分布且其尺寸依次增大。
25.通过采用上述技术方案，缩小插入段的尺寸，方便将传感器的插入段和插入检测端插入至油液中进行检测，而增大限位段的尺寸，以便对旋入深度进行限位，以精确控制传感器的旋入深度。
26.优选的，所述接线端子设置有航空插头接口。
27.通过采用上述技术方案，方便传感器通过航空插头和接线与控制器完成电气连接。
28.综上所述，本发明金属磨损铁磁颗粒传感器与现有技术相比，通过磁铁组件产生吸附铁磁颗粒的正向磁场，由磁场检测装置检测磁场变化，通过判断吸附的铁磁颗粒量达到自动检测油液的功能；铁磁颗粒吸附达到预设值后，消磁组件激发临时抵消正向磁场的反向磁场，使颗粒失去吸附力而随油液流动或重力吸引脱离传感器，实现自动排屑，无需人为操作，降低检测成本，避免油液污染、泄漏，保证了机械设备的持续运行，有利于提高生产效率。
附图说明
29.图1是本发明的结构示意图；
30.图2是图1的侧视图；
31.图3是图2的剖面图；
32.图4是本发明使用状态的电气原理图；
33.图5是本发明的工作流程示意图；
34.图6是本发明的使用场景图；
35.图7是本发明的另一使用场景图；
36.图中：1.外壳，1a.插入检测端，1b.接线端子，1c.螺纹段，1d. 插入段，1e.限位段，1f.壳体，1g.壳盖，2.磁场检测装置，2a.磁场测量芯片，2b.温度传感器，3.生磁消磁装置，3a.磁铁组件，3aa. 永磁铁，3ab.软铁框架，3b.消磁组件，4.工控机，5.航空插头接口， 6.信号处理控制单元，7.油箱，8.油管，9.齿轮。
具体实施方式
37.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
38.如图1-图3所示，本发明的金属磨损铁磁颗粒传感器，包括检测探头，检测探头为中空的外壳1，外壳1由桶状的壳体1f和与壳体1f 壳盖1g构成，壳体1f的桶底即其端部为插
入检测端1a，用于插入至油液中进行检测；壳盖1g背对壳体1f的一端为接线端子1b，接线端子1b 上设置有航空插头接口5，以方便实现与控制器的连接。
39.壳体1f与壳盖1g围合形成外壳1的空腔，外壳1的空腔，即检测探头内设置有磁场检测装置2、生磁消磁装置3和两个并排分布的电路板，磁场检测装置2、生磁消磁装置3通过两个电路板形成的信号处理控制单元6与航空插头接口5连接；生磁消磁装置3包括磁铁组件3a和消磁组件3b，磁铁组件3a用于产生吸附铁磁颗粒的正向磁场，消磁组件3b用于激发临时抵消正向磁场的反向磁场；磁场检测装置2位于正向磁场和反向磁场叠加的区域内。通过接线端子1b上设置的航空插头接口5，方便连接计算机等控制器，以便进行数据通讯，通过数据通讯(包括485通讯)，既能读取传感器的监测值，而且还能调节设置铁磁颗粒吸附的预设值，当吸附的铁磁颗粒量达到设定值后，计算机等控制器利用485等通讯方式控制传感器中的生磁消磁装置3进行相应的操作。
40.磁铁组件3a包括永磁铁3aa和与插入检测端紧1a邻设置的软铁框架3ab，外壳1的底部设置有开口，软铁框架3ab的其中一端部与插入检测端1a齐平且与外壳1的开口密封连接；消磁组件3b包括套设于软铁框架3ab外的电磁线圈，磁场检测装置2与插入检测端1a紧邻设置；磁场检测装置2包括磁场测量芯片2a和温度传感器2b；磁场测量芯片 2a为电磁传感器。即该传感器包括检测探头，插入式检测探头的插入端为用于吸附铁磁颗粒的插入检测端1a,检测内部具有磁场测量芯片 2a(具体为磁通量检测芯片)和温度传感器2b(具体为温度检测电阻)；检测探头内部还装有磁铁组件和消磁组件，其中导磁框架由软铁框架构成，将永磁铁磁场导向至探头端面；两个电路板组合形成信号处理控制单元6，与接线端子1b电气连接。
41.如图4和图5所示，本发明的金属磨损铁磁颗粒传感器在使用时，由电源组向其进行供电，控制器向其发送检测指令。将传感器的插入检测端1a插入至待检测的油液中，检测时，通过永磁铁3aa对软铁框架3ab进行磁化处理，使得软铁框架3ab具有磁性后成为磁化软铁框架，磁铁组件3a在插入检测端1a附近形成吸附铁磁颗粒的正向磁场，当油液流动经过插入检测端1a后，油液中夹杂的铁磁颗粒受正向磁场的作用影响，吸附在传感器的插入检测端1a附近，由于软铁框架3ab 与插入检测端1a紧邻设置，保证了插入检测端1a附近正向磁场的磁场作用吸引力，进而能够避免机械设备的振动导致颗粒脱离传感器。
42.在吸附颗粒后，通过磁场测量芯片2a检测插入检测端1a的正向磁场变化量，同时利用温度传感器2b检测油液温度，以判断温度因素对磁场的作用影响，温度传感器2b和磁场测量芯片2a将检测信号传递给控制器，以便控制器能够根据二者的信号判断传感器所吸附的颗粒多少，根据油液中的颗粒物多少，从而能够准确判断油液的使用状况和机械设备的磨损程度。
43.在吸附的颗粒物未达到预定值前，磁化软铁框架产生的磁场持续将颗粒吸附在传感器的插入检测端1a附近；当吸附的颗粒物达到预设值后，接通消磁组件3b的电磁线圈电源，激发出用于临时抵消正向磁场的反向磁场，使得软铁框架3ab的插入检测端1a暂时失去磁性，此时，吸附在插入检测端1a附近失去磁场吸引力，从而随着油液的流动或重力吸引而脱离传感器，实现了自动排屑。在排屑完成后，消磁组件3b停止产生反向磁场，而永磁铁3aa为永磁铁，产生恒定的磁场，作用在软铁框架3ab上，使得在颗粒物脱离传感器后，软铁框架3ab 恢复磁性，产生能够吸引颗粒吸附在传感器上的正向磁场，对机械设备运行时设备内
部的油液以及金属磨损颗粒进行持续的检测。
44.综上所述，本发明的金属磨损铁磁颗粒传感器，通过永磁铁3aa 磁化软铁框架3ab，使软铁框架3ab形成吸附铁磁颗粒的正向磁场，再由温度传感器2b和磁场测量芯片2a配合运行，对软铁框架3ab形成的磁场进行检测，从而确定传感器所吸附的颗粒量，根据颗粒的多少从而判断机械设备运行时油液的使用状况和设备的磨损程度。在吸附颗粒达到预设值后，通过消磁组件3b击发临时抵消正向磁场的反向磁场，对软铁框架3ab进行消磁，使其失去磁性，以便吸附的铁磁颗粒失去磁场吸引作用力随油液流走，如此实现了自动排屑。因此，无需人工拆卸进行排屑，能够实现自动检测，一方面减少了人工处理成本，降低了设备检测成本，另一方面，检测过程中机械设备无需停机运行，保证了机械设备的可持续运行，从而提高了生产加工效率，减少了液压油污染和泄漏的可能性。
45.磁场检测装置2、消磁组件3b通过软铁框架框架3ab端面和永磁铁 3aa紧邻设置，软铁框架另一个端面设计为检测端1a，使得传感器结构更加紧凑，从而减小体型；采用该设计，保证对铁磁颗粒的吸附作用力，进一步防止吸附的铁磁颗粒脱离传感器。
46.如图1和图2所示，外壳1，即检测探头的周向外缘上设置有螺纹段1c；外壳1包括位于螺纹段1c和插入检测端1a之间的插入段1d和位于螺纹段1c和接线端子1b之间的限位段1e，插入段1d、螺纹段1c和限位段1e呈台阶状分布且其尺寸依次增大。
47.外壳1上螺纹段1c的设计，方便将传感器安装固定于机械设备上，减小插入段1d的尺寸，方便将插入段1d和插入段检测端1a伸入至待检测的油液中；而限位段1e能够限制并精确控制传感器的旋入深度。
48.如图6和图7所示，该传感器使用时，可直接在油箱7或者油管8 上开设与外壳1螺纹段1c相配合的螺纹孔，将插入段1d伸入油箱7或者油管8内，使插入检测端1a与流动的油液接触，实现传感器的嵌入式固定连接，而接线端子1b通过线缆连接带有控制器的工控机4，以实现数据信号的传输，油箱7内两个啮合的齿轮9转动时所产生的铁磁颗粒碎屑被吸附在传感器的插入检测端1a上，由传感器内部的永磁铁 3aa和消磁组件3b配合运行，使软铁框架3ab获得或者失去磁性，再由磁场测量芯片2a和温度传感器2b配合检测磁场，实现对油液使用状况的检测。该传感器可实现对油液的连续长时间检测，无需中断机械设备的运行，保证设备生产效率，并避免油液污染、泄漏，降低检测所需的人力成本。
49.需要说明的是，本发明中，磁铁组件3也可以选择使用正向电磁组件，即将永磁铁3aa替换成通入恒定直流电流的电磁线圈，在电磁线圈附近形成恒定的磁场，采用正向永磁铁组件和正向电磁组件结合的方式，以产生用于吸附铁磁颗粒的正向磁场；同理，消磁组件3b 也可以选用反向永磁铁组件、或者反向永磁铁组件与反向电磁组件相结合的方式，以激发临时抵消正向磁场的反向磁场。
50.插入检测端1a和接线端子1b之间为中空的外壳1，磁场测量芯片 2a、温度传感器2b、磁铁组件3a和消磁组件3b均设置于外壳1的空腔内，外壳1的周向外缘上设置有螺纹段1c；外壳1包括位于螺纹段1c 和插入检测端1a之间的插入段1d和位于螺纹段1c和接线端子1b之间的限位段1e，插入段1d、螺纹段1c和限位段1e呈台阶状分布且其尺寸依次增大。上述结构中，外壳1能够保护磁铁组件3a、消磁组件3b、磁场测量芯片2a和温度传感器2b，以保证传感器插入油液内部后能够持续稳定的检测运行，防止受到油液的干扰。螺纹段1c的设计方便该传感器快速安装在机械设备上，通过在装有液压油的油箱或者油管中设置与螺纹段
1c螺纹配合的螺纹孔即可方便设备的装卸。插入段1d 的尺寸小于螺纹段1c尺寸，方便插入检测端1a通过安装用的螺纹孔内与液压油接触，而限位段1e能够限制并定位传感器的旋入深度，防止安装时螺纹段1e脱离螺纹孔，如此，保证了传感器的牢固安装。
51.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。