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专利名称：检测油变质程度和油位的方法
技术领域：
本发明涉及用于机械的油的领域，例如用在内燃机中的润滑油和电子变压器 中的绝缘油。本发明特别是有关于即时检测油位的方法，以及检测油在含水时 和不含水时变质程度的方法。
背景技术：
现时用于检测油位和油变质的检测器和方法是众所周知的。以下20个专利 和专利申请是与本发明有关的最接近的参考。
1、 美国专利第4,517,547号在1985年5月14日授予Gary等人题为"检测水 在燃料油中的传感器电路和方法"(此后为"Gary的专利")；
2、 美国专利第4,646,070号在1987年2月24日授予Yasuhara等人题为"油 变质检测器方法和装置"(此后为"Yasuhara的专利")；
3、 美国专利第4,764,258号在1988年8月16日授予Kauffinan题为"为评估 烃油的剩余的可使用寿命的方法"(此后为"Kauffinan的专利")；
4、 美国专利第5,540,086号在1996年7月30日授予Park等人题为"油变质 传感器"(此后为"Park的第一个专利")；
5、 美国专利第5,929,754号在1999年7月27日授予Park等人题为"高灵敏 检测油变质和油位的电容性传感器"(此后为"Park的第二专利")；
6、 美国专利第6,297,733号在2001年10月2日授予Park等人题为"稳定、 可靠的检测油变质和油位的电容性传感器"(此后为"Park的第三个专利")；
7、 美国专利第5,377，$31号在l外f年1月3冃拷予Goiwi鞸为"便辨式的换 油分析仪"(此后为"Gomn的专利")；
8、 美国专利第4,733,556号在1988年3月29日授予Meitzler等人题为"检 测在内燃机中的润滑油状况的方法和装置"(此后为"Meitzler的专利")；
9、 美国专利第6,278,282号在2001年8月21日授予Marszalek题为"确定油 质量的方法和系统"(此后为"Marszalek的专利")；
10、 美国专利第6，590，402号在2003年7月8日授予Wang等人题为"检测 发动机润滑油状况的传感器"(此后为"Wang的第一个专利")；
11、 美国专利第6,535,001号在2003年3月18日授予Wang题为"检测油状 况的方法和设备"(此后为"Wang的第二专利")；
12、 美国专利第6,577，112号在2003年6月10日等授予Lvovich等人题为"监
视高电阻值流体的质量或状况的方法和装置"(此后为"Lvovich的专利")；
13、 美国专利第7,143,867号在2006年12月5日授予Chopra为"电子式油 位检测和替换系统"(此后为"Chopra的专利")；
14、 美国专利申请第2006/0232267号由Halalay等人所申请在2006年10月 19曰公开的题为"确定在使用中的润滑油的质量"(此后为"Halalay的专利申 请")；
15、 美国专利第6,718,819号在2004年4月13日授予Schoess题为"油质量 传感器的系统、方法和装置"(此后为"Schoess的专利")；
16、 美国专利第6,278,281号在2001年8月21日授予Bauer等人题为"流体 状况监示器"(此后为"Bauer的专利")；
17、 美国专利第6,014,894号在2000年1月18日授予Herron题为"马达传 感器系统"(此后为"Herron的专利")；
18、 美国专利第6,917,865号在2005年7月12日授予Arai等人题为"确定 机器润滑油变质的系统和方法和发动机控制单位"(此后为"Ami的专利")；
19、 美国专利申请第2006/0114007号由Cho所申请在2006年6月1日公开 的题为"用于扫描发动机油状态的装置，方法和测量传感器"(此后为"Cho的专 利申请")；和
20、 中国专利第03140986.5号在2007年10月3日授予Sun题为"检测油变 质的方法"(此后为"Sun的中国专利")。
Q附的专利展示了一种测量燃油中含水的方法和其应用的传感器电子线 路。该发明运用一参照电容器和一可变电容器并联连接，并用一交流振荡器交
替地为这两个电容器充电和放电。该充放电是在两个电位第一电位和第二电 位之间进行。电流通过参照电容器的绝对辐度值反比于可变电容器的电容量， 这样通过检测电流辐度值的大�。�来反映可变电容值的变化。如果这可变电容 器是安装在车辆的燃油箱里，燃油中的水份会增大该电容器的电容值。相应的 流经参照电容器电流的数值会减小。这样通过检测参照电容器的电流数值，就 可以用来判断燃油中的水份含量。
Yasuham的专利提供了一种测量油变质程度的检测器和方法。该方法是通过 检测油的介电常数来判断用在内燃机中的润滑油变质的程度。这种检测器凭借 着一个浸在油中的具有平行电极的传感电容器和一个有固定电容值的电容器相 串联而引成一个电压分压电路。在该电压分压电路上加上有一个固定频率的交 流电流信号，从而在传感电容器上的电压值就正比于油的介电常数，这样可通 过分析该介电常数的变化来判断油变质的程度。该发明使用的交流频率在50千 赫到500千赫之间。
Kauffman的专利公布了一种检测润滑油的剩余的可使用寿命的方法。该方 法适用于至少含有一种以上添加剂的有机润滑油。在制备测试样品时，先用一 种溶剂与油样相混合。在某些情况下，电介质可作为溶剂。然后样品被放置在 一电极池中，用伏安法来测量。在测量过程中逐渐增大在样品上所加的电压至 某一数值时，引起样品的电氧化反应，相应有氧化电流产生，该电流数值与添 加剂的含量成正比。检测和记录这种氧化电流的峰值，可以用来反映润滑油剩 余的可使用的寿命。
Park的第一个专利展示了一种油变质程度的检测器，该检测器包括有由二 并行板组成的一油变质程度电容器和含有一固定值的参照电容器的总参照电容 器。这样由于有处置在平板间的被测油，油变质电容器和总参照电容器具有相 应的电容量。该电容量的大小就是对油变质的一定量指示。另外，该油变质程 度检测器并具有固定在检测器基板上的热电敏电阻，其可用来补偿油变质指示 数值受温度波动的影响。该检测器又含有一电子线路，该线路利用相应的油变 质电容器和总参照电容器的电容量来产生对油变质的定量描述。
Park的第二个专利公开了一个组合的电容性的检测油变质和油位的传感器，
该转感器包括了一导电的园柱形的外壳结构。在该结构中有一作为接地电极的 导电的屏闭元件，和又有一用作为测量电极的导电的中心元件。该传感器同时 又包括了电子元件。其用于产生对安置在两电极间的油变质的指示信号，还产 生对沿园柱形传感器长度方向变动的油位的信号。该传感器对油位的监视是从
检测由油介电常数决定的电容量C,和由油位决定的电容量Cl的比值来达到的。
Park的第三个专利所公开的传感器的主要结构同在Park第二个专利中的传 感器的结构相类似。另外，在Park第三专利中的传感器所应用的电子线路中， 有至少一个是用来消除在两电极间的电流。因该电流可能会导致杂质堆积在组 成电容器的两电极上。而堆积的杂质对传感器的输出信号可能会产生干扰。该 专利并公开了该组合的油变质和油位传感器的电容器量正比于,* L 。其中,是油 的介电常数，L是中心电极的有效长度。这样油位影响到中心电极的长度也就影 响到传感器的电容量。
Gomm的专利公开了一台便携式、在实验室里使用的测试油的换油分析仪,
其包括了一油黏度分析仪和污染分析仪。油污染分析仪根据光学原理即增加
油污染程度的样品降低了透过它的光的强度而工作。该换油分析仪对油质量的 判定取决于其的黏度和污染测试的结果。
Meitzler的专利公开了一检测油变质的系统。其由一浸在待测油中的检测电 容器和一浸在新油中的参考电容器所组成，而且该两电容器的结构完全相同。 在应用时，在两电容器上加上相同的交流频率。测量相对参照电容器的、在含 有被测油的检测电容器上的响应的频率差。然后根据响应的频率的改变是正比 于与油的老化有关的黏度的改变来判断油的变质。
Marszalek的专利公开了一检测润滑油质量的方法。该方法包括了一有两个 电极的传感器。在应用时，先在浸在一使用油中的传感器的电极上加以有第一 幅值的电压，测试由该幅值电压产生的相位差。然后将电压幅度加大到第二幅 值，再测量相应的相位差。这样该方法就能根据相位差的大小来决定油的质量。
Wang的第一专利公开了一检测机油是否混有抗冷疑剂的方法。该方法应用 了在浸在使用油中的一传感器上加上一系列不同的电压后，测量由该电流传感 器输出的相应的系列性电压。再与一参照电压相比较后，决定每一输出电压的
差值。最终根据相比较的电压差值后，可决定油中是否存有冷抗凝剂。
Wang的第二个专利公开了一检测油状态的装置。其包括了由相间电极组成 的、并在电极间隔间填充了一机器的润滑油的一润滑油传感器。该电极并同一 计算机相连。这样根据由传感器输出的第一、第二和第三信号的趋向，该装置 能被用来决定润滑油是否有相应的第一、第二和第三阶段的油的变质。
Lvovich的专利公开了一监测高电阻流体的装置和方法。该方法包括应用至 少有二个电压值的一交流信号，其中至少一个交流电压被加有一不为零的直流 电压的电位，来测量流体的电学响应包括电阻抗及其实部和虚部的分量，从而 决定该流体的质量。
Chopra的专利公开了对油位和油替换系统的发明。该发明应用了浮在油上 的一浮体的高度可反映油位高度的原理。这样浮体垂直高度的改变会引起一活 塞打开和关闭与一储油器相连通的通道的运动。从而就可以自动地进行油的替 换。根据同样的原理，应用另一个浮体随油位的变化，就可以打开相应的一低 油位或高油位的电子开关。这样该方法可达到用电子的方法来测量油位的目的。
Halalay的专利叙述了测量一使用油的电阻率随时间变化而变化的方法，并 叙述了该电阻率的变化是与油的粘度的变化相一致。这样该方法就可以被用来 测量油的变质以及相应的油的剩余的有用量。
Sckoess的专利公开了一决定内燃机润滑油状态的包括有一传感器的装置。 该传感器有在一不导电高分子薄膜上的众多的由二相间电极组的电极组。并用 一能输出具有波动型电压的电阻抗线路来连接该传感器的输入电极，而且用加 在该电极上的输入电压作为一公共的电压。这样可得到经由在传感器的输出电 极上存在的输出电流而转化为的一相应的电压值。根据该电压值的大�。�该装 置能决定油的状况。并在电压值跌入到一预定的量程时，显示出一表示有问题 的信号来对使用者作出预警。
Herron的专利公开了用来检测在内燃机一密封的润滑油箱内有否水存在的 传感器系统。其由众多的导电的和不导电的片状园环相间排列而组成。该系统 并被按装在内燃机密封的油箱内的传动轴上。每一导电的园环与一在远端的警 示电子线路相联接。另外，在园环上还有众多的围绕该转动轴园周分布的并沿
园环经向排列的传感器的导电元件部份。这样，如果水份进入了正在运转的内 燃机之中，油水混合物就会充填到一个或多个在两个相邻的传感器导电元件之 间的间隙当中，这样就连通了警示电子线路的回路，并能给发动机的操作者发 出 一水在发动机的油中的警示信号。
Arai的专利公开了一判断引擎润滑油变质的系统，包括有一检测内燃机转 速的曲轴角速度传感器。其应用一电子部件来计算用以指示机油变质的累积的 机器运转圈数。该系统又包括有一检测油位的油位传感器。其由一安置在高位 置和低位置的电子开关所组成。基本上该高位开关用来监测达到预计的较高限 度的油位，该低位开关用来监测达到预计的较低限度的油位。根据以上原理， 该发明的油位传感器能用来显示实际的油位。
Cho的专利申请是有关于用来检测一车辆发动机机油的装置、方法和检测传 感器。该发明申请中包括了一主要用于检测油变质的黏度传感器和监视油位的 油位传感器。该油位传感器具有一管状的并施加了电流的输入电极，和另一管 状的与输入电极有同心轴的油位电极。油位电极并与输入电极的内表面相间隔， 所以其可以接收从输入电极传输来的电流。这样油位可以根据由测量得到的处 于油位电极和输入电极之间油的电容量和介电常数来计算得到。
Sun的专利公开了检测油变质的方法。其包括了应用有一检测和参照电容器 的第一实施方案。这样由于温度的波动造成的检测电容器电学性质的波动可以 由参照电容器的同样的电学性质的波动来补偿。从而获得检测电容器的经温度 补偿的电学性质，其代表了一被测油的变质程度。按照同样的方法，该方案可 以得到被检测油的包括其在未使用过时和使用尽时的电学性质。然后根据测量 的经温度补偿的被测油的电学性质，可以计算得到油的剩余使用率，从而可以 得到其剩余的可使用量。除此之外，该专利还公开了多种用来描述油中存水的 方法。
由上述可知，现实存在着一个迫切的要求。该要求希望能有一测量油状况 的方法。该油的状况包括了油量降低到最低限量时的油位，和油在有水和无水 时的变质程度，从而来显著地改善油的使用和保护使用油的机械。

发明内容
本发明的方法是用于检测油的状况，包括油的变质、油位和油的剩余使用量。 这些油的状况对于维护以至于保护如象内燃机和输电变压器之类的使用油的机 械是至关重要的。油的变质可由以下因数而引起比如油的氧化裂解、油中添 加物的裂解、水分的渗入、裂解产物的再聚合和在燃烧过程中产生的碳粒。同 时在油的变质过程中，油量通常是被消耗的。所以其对应的油位会降低。本发 明利用了浸在被测油中的一检测电容器，其并被安装在与预计的最低限量油的 油位相一致的高度。这样，油的变质或者最低限量油的油位可以从测量检测电 容器电学性质中的一种来判定。
在油的变质过程中，当油量的减少还不显著、故该检测电容器还是全部浸 在油中时，该电容器的电学性质受油的介电常数随油的变质的增加而增加的影 响，或者因水在油中的存在而导致油的介电常数剧烈的增加所影响。在另一种 情形时，当油量减少到最低限量时，其造成的一个低的油位己不足于使该检测 电容器完全浸在油中，即其是部分地被空气所填充。在这种情形时，该电容器 的电学性质主要受到空气的介电常数所左右。这是因为空气的介电常数是显著 地小于油的介电常数的缘故。
本发明的第一实施方案除了使用检测电容器之外又使用了一参照电容器。该 参照电容器是完全浸没在参照油中。参照油包括了无水份的未使用过的油，或 者无水份的使用尽了的油，和或者无水份的部分使用尽了的油。另外该参照油 同被测油有相类似或相同的热学性质，并被安置在与被测油相同的温度环境中。 同时因参照电容器和检测电容器具有特定的结构参数，所以当他们被浸入在相 同的油中，在油温有改变时，检测和参照电容器会有相同的电学性质的改变。
在第一实施方案中，从检测和参照电容器中获得的电学性质是相结合起来 的，因而消除了由油温度变化所引起的在检测电容器上的电学性质的波动。这 样本发明的第一实施方案可以获得检测电容的测量的经温度补偿的电学性质， 其代表了被测油的测量的经温度补偿的电学性质。在这种方式下，还可以得到 被测油不含有水份时的预计的经温度补偿的电学性质曲线，其反映了被测油的 正常变质即在无水份状况时变质的全过程。
使用经测量获得的被测油的温度补偿的电学性质，本发明可获得测量的油的 剩余使用量，同时还可以得到预计的油的剩余使用量。比较这两种量的大�。� 当测量的和预计的剩余使用量相一致时，可以确定油的正常变质。即油在无水 状态下的变质。此时，测量的油的剩余使用量可以被确认为油的实际剩余使用 量。油的剩余使用量的应用有利于机械的使用者对机械的维护包括制定更换油 的时间表。
如果测量的油的的剩余使用量明显小于预计的剩余使用量时，可以确定油 的非正常变质。即油由于水的存在而引起的变质。这个结论是基于水的介电常 数显著地大于油的介电常数的事实，因而当检测电容器充填了油和水的混合物 后所具有温度补偿的电学性质不同于预计的电学性质。这种不同造成了一种假 象，即测量的使用油的剩余使用量是小于预计的油的剩余使用量。
如果测量的油的的剩余使用量明显大于预计的剩余使用量时，则可以断定 被测油的油位已降低到油量为最低限量值时的油位。在这种情形时，因为低的 油位的缘故，按装在最低限量值时的油位位置上的检测电容器是部份地充填了 空气。因为空气的介电常数是显著地小于油的介电常数，这就造成了测量的和 预计的电学性质的不同。这种不同进而导致了过大的测量的油的剩余使用量的
假象°
获得上述的不正常的油的状况的信息，机械使用者可以采取合适的应对措施 来保护机械使其不至于损坏。
除了应用油的剩余使用量，本发明还可以从比较测量的和预计的经温度补
偿的电学性质来判断水份在下述的情形中可在油中存在
1) 测量的经温度补偿的电学性质EPT(M)出现突然的改变，其显示了油的变 质比由预计的电学性质EPt(P)所判断的油的变质而有更过度的变质。
2) 测量的电学性质EPT(M)不同于预计的电学性质EPx(P)，其差别显示了 被测油的变质比由预计的电学性质所判断的油的变质而有更过份的变质；
3) 测量的电学性质EPT(M)显示了一油变质的速率，其不同于由预计的油的 电学性质EPT(P)所决定的一预计的油的变质速率，该速率的不同显示了被测油 的变质比由预计的电学性质所判断的油的变质而有更过份的变质；
4) 测量的油的电学性质EPx(M)显示了一数值，该数值超过了一预先确定的 从预计的电学性质EPT(P)曲线中得到的一极值，而且该现象在早于根据预计的 电学性质所预定的时间而发生；和
5) 在启动一冷的内燃机时，测量的电学性质EPT(M)有最初呈现的异常，其 代表了比由预计的电学性质EP"P)决定的变质而有更过份的变质，然后测量的 异常的电学性质恢复到常态数值。
本发明还可以在比较测量的和预计的被测油的经温度补偿的电学性质时，发 现他们的不同，而这种不同如显示了低于由预计的电学性质所决定的变质程度 时，可判断使用油的油位已降低到油量为最低限量值时的油位。
本发明还公开了第一实施方案的多种变型，包括了使用至少二个检测传感 电容器。至少二个电容器可以被按装在一机械油系统的不同部位。这样机械的 使用者可以断定在油系统中是否有油变质的不均匀分布。这种信息对大型号的 内燃机的维护，比如装备在火车头上的内燃机，特别有用，因为水份有可能聚 集在该内燃机油系统的特定部位。
另外如果至少二个检测电容器按垂直方向按装的话，机械的使用者可以监视 当油量逐渐消耗而导致油位逐渐降低时，油系统的全油位的变化。对应于这种 油位的变化，至少二个检测电容器中的每一个电容器会有序地从一个充满了油 的电容器转变成一个充满了空气的电容器。这样对油位的即时监视可以通过检 测这至少二个检测电容器中的每一个电容器的有序的电学性质的变化而达到。
本发明还公开了第二实施方案，即仅使用一检测电容器。根据众多的温度补 偿的方法，本发明可以得到该电容器的测量的经温度补偿的电学性质以及预计 的电学性质随使用而变化的曲线。然后第二实施方案能进一步推导出测量的和 预计的油的剩余使用量。利用同样的在第一实施方案中实行的比较该二种使用 量的大�。�本发明的第二实施方案能判断油的状况，包括在油变质过程中油量 减少到最低限量值时的油位，油的非正常变质和油的正常变质及其对应的油的 实际剩余使用量。除此之外，第二方案也可应用至少二个检测电容器来监视机 械的油系统是否有油变质的不均匀分布，或者监视油位在全油位范围内的改变。
这样这是本发明的一个目的，从使用一参照电容器来得到一检测电容器的测
量的经温度补偿的电学性质。通过这样的组合，由温度波动引起的在检测电容 器上的电学性质的变化可用在参照电容器上的相同的电学性质的变化来补偿。
本发明的又一 目的是定量地叙述一使用油的变质程度。本发明利用已知使 用量的无水的未使用过的油，或者无水的部份使用过的油，或者无水的使用尽 了的油来建立一预计的经温度补偿的油的电学性质的曲线，然后通过比较使用 油经测量的和在该预计曲线上所对应的某一预计的电学性质的大小来定量确定 使用油的变质程度。
本发明的进一步的目的是在油的经温度补偿的电学性质与油的使用量存在
线性关系时，建立一测量的油的剩余使用率RM=[EPT(M) - EPT,S]/[EPT,N- EPt，s],来 定量描述该油的剩余使用量为RMAUF = RM* (US-UN)，和建立相应的具有相似 形式的该油的预计的剩余使用率和剩余使用量。
本发明的另一目的是在油的经温度补偿的电学性质与油的使用量存在非线 性关系时，建立一测量的油的剩余使用量为AUF=(US-UN)，从而来定量地描述 该油的变质，和建立与其相对应的具有相同形式的油的预计的剩余使用量。
本发明的还有的目的是通过比较测量的油的剩余使用量是否小于、或类似、 或者大于预计的该油的剩余使用量，来判定使用油的状况:包括相对应的油的非 正常变质、油的正常变质及确定的实际剩余使用量、和油系统的油位已降到临 界油量时的油位。
本发明的另外的目的是利用安装在油系统不同部位上的至少二个测试电容 器来判銜包括是否有水份聚集在油系统的特定部位所造成的油在袖系统中的非 均匀变质的分布。
本发明的其他目的是利用安装在油系统的不同高度上的至少二个测量电容 器，其中的第一个电容器的按装高度略低于当油系统中的油被全部替换后的油 位，而第二个电容器的按装高度对准了油量为最低限量值时的油位，这样本发 明可以监视在油系统内的全油位降低的详细情况。
附图说朋
以下的附图仅是为了说明列举的实例而不是对本发明的限制。


图1为一使用油的油变质程度随使用时间变化的曲线示意图。
图2为油的电阻抗值随油的使用"Ut"增加而减少变化的曲线示意图。图2是 对图1显示的油变质的一具体描述。
图3为显示测量的油的电阻抗曲线ZM和经温度补偿后的电阻抗曲线ZT随时
间变化的关系示意图。
图4为预计的经温度补偿后的电阻抗曲线Zp (虚线)和实际测量的经温度
补偿的电阻抗曲线ZT (实线)相一致的示意图。
图5为用电压分压器测量油传感器的检测电容器的电阻抗的电路示意图。 图6为用恒压源测量油传感器的检测电容器的电流的电路示意图。 图7为用恒流源测量油传感器的检测电容器的电压的电路示意图。 图8为在变质过程中油的电阻抗(Z)、电压(V)和电流值(I)与使用时
间变化的关系示意图。
图9为本发明的第一实施方案的一装置示意图。应用该装置可以建立油测量
的经温度补偿的电学性质。
图10为从一检测传感器的检测电容器和参照传感器的参照电容器获得的未
经温度补偿的电学性质随时间变化的曲线示意图。
图11为一测量的经温度补偿的检测电容器的电学性质随时间变化的曲线示
意图。该曲线是结合了在图io中曲线的结果。
图12为从检测传感器的检测电容器获得的电学性质变化的曲线和从另一种 参照传感器的参照电容器获得的未经温度补偿的电学性质变化的曲线示意图。
图13为在油的正常变质过程中，测量的和预计的经温度补偿的油的电学性 质随独立变量时间变化的曲线示意图。
图14显示了图13中同样的测量的和预计的经温度补偿的油的电学性质随时 间变化的曲线，然而图14的独立变量包括了油的使用时间或者使用的里程数。
图15显示了图14中同样的测量的和预计的经温度补偿的油的电学性质随时 间变化的曲线。然而不同的是图15中测量的电学性质在"Ui"时有突然的变化， 其说明了油的额外程度的变质。
图16的曲线示意图是放大了图15中测量的电学性质在"Ui"时突然变化的部
分，而且图16的独立变量为时间"t"。
图17显示了在时间区间"ti"到"tj"里测量的经温度补偿的电学性质曲线的 斜率大于预计的电学性质曲线所有的斜率。
图18为一测量的油的经温度补偿电学性质曲线。其部分数值超过了预计曲 线的预定的极限值，而且该现象在早于一预定发生的时间而发生。
图19为测量的在一冷的发动机中的油的经温度补偿的电学性质的异常曲线 示意图。该曲线描述了在发动发动机时出现的最初的电学性质的异常，其代表 了油的过份的变质。
图20为本发明的第二实施方案的用来测量油的变质程度以及油位的装置示 意图。
图21显示了在图14中同样曲线，然而不同的是图21中测量的电学性质曲 线从"Ui"时开始不同于预计的曲线，并显示了小于预计的油的变质程度。
图22的曲线示意图是扩大了在图21中从"Ui"到"Uq"间测量的和预计的油 的电学性质曲线。
图23是改进本发明第一实施方案的一应用装置的示意图。其包括有安装在 机械油系统中不同位置的至少二个检测转感器。
图24是改进本发明第一实施方案的另一应用装置示意图。其包括有安装在 机械油系统中高度上的至少二个检测转感器。
具体实施例方式
虽然现在结合了绘图来叙述本发明的实施方案，但是必须明确的是这些实 施方案仅作为本发明实例的代表而已。而且仅占能代表应用本发明原理的众多 方案中的少数。与本发明有关的众多的变型和修正，对于一个在本领域内有技 能的人来说是显而易见的。所以他们都被认为是包含在本发明的精神、目的和规 划之中，包括并被附加的权利要求书所规定。
润滑油的状况对维护以至于保护一用油的机械来说是至关重要的。油的状 况包括在有水存在时的非正常变质，或者无水存在时的正常变质及其具有的包 括有用于确定换油日期的油的剩余使用量，以及在一机械油系统中的油位降低
到油量为最低限量值时的一油位。本发明志在应用一具有检测电容器的检测传 感器来检测这些油的状况，从而能对机械的使用者为防止机械的损坏而提供相 应的指示。本发明的方法在以下两个部分给于叙述。
I、检测油变质程度的方法
在机械装置里，诸如内燃机里，润滑油是用来减少运动部件间的摩擦。然而 随着使用时间的增长，润滑油产生变质因而不能有效地防止由摩擦而引起的机 械的损坏。润滑油的使用寿命受以下因素影响比如油的热氧化裂解、油中添 加剂的耗尽、水份对油的污染、油或者添加剂裂解产物所产生的聚合物、以及 燃料油在燃烧过程中产生的碳化颗料。
在上述的因素中，和其余因素影响油的化学、物理和电学性质比较，水污染 的作用是不同的。所以，油的变质可以分为在没有水存在时的正常变质，和在 有水存在时的非正常的变质。
图l显示了随使用时间"t"变化的油的变质程度的曲线(D)。当一润滑油是 新的或在未被使用时，其不具有变质的程度，故显示为曲线上的一点(Dn)。随 着油的使用和使用时间的增长，污染物产生和增加，因而开始了油的变质和油 变质的加剧。最终油变质到一定程度，即显示在图1曲线上的另一点(Ds)时， 那时的润滑油即被认为是全部用完其可使用的寿命，必须更换。
同样被用在电变压器中，油也会裂解。主要原因是由于温度、氧气、水份、 高电压作用下产生的部份放电和电火花使油裂解产生污染物而导致油的变质。
众所周知，油存在着介电常数，该介电常数随油的污染及油的变质程度增加 而增加。利用这一性质，油的变质程度可以通过测量与介电常数有关的电学性 质来判断。这种测量可以通过安置在油中的一传感器，比如含有可检测电容的 电容性传感器来完成。然后利用测量到的传感器的电学性质来表达油的电学性 质。当油污染程度增加，即油变质程度增加时，就导致油的介电常数(s)增加 进而引起了传感器电容值(Cp)的增加。
当用一交流电压(V)加在电容性传感器的极板上，从公式Z^R+j (-l/wC)
可知，电容值(c)的增加导致了油的电阻抗值(z)的减小。电阻抗的减小会
引起通过电容极板间电流的增加。以上的电学技术知识是众所周知的，如同在
美国专利号4， 646， 070中叙述的那样。
图2描述了在油的正常变质中，电阻抗随油的使用时间的增加而减少。对于 新的或未使用过的油来说电阻抗值高，反之，对使用寿命耗尽的油来说电阻抗 值低。又因为润滑油是不导电的，所以电容性阻抗j (- 1/oC)或者Xc是决 定电阻抗的主要因素。故使用者可以周期性地测试油的电阻抗值以判定油的质 量。这种测量可从连续性的到非经常性的。图2曲线中的黑点表示由这种周期 性的测量而得到的电阻抗值。
然而油的介电常数是随温度的变化而变化，这样就影响到龟容器的电容值和 电阻抗值的变化。所以必须设法在测量中消除这种温度效应。通�？梢酝ü�对 电阻抗值的补偿来达到。具体来讲， 一种方法是可以通过测量油的温度，然后 使用与温度有关的矫正因素，把测量的电阻抗值(Zm)转换成经温度补偿的电 阻抗值(Zt)。另一种方法是，这种对温度补偿的测量总是可以在预定的温度上 进行。图3中的曲线表示了测量的电阻抗值(Zm)和经过温度补偿的电阻抗值 (Zt)相对与相同使用时间的关系。该使用时间是一个独立变量，其是油的使 用的一种特定的形式。
图4显示了预计的经温度补偿的电阻抗(Zp)曲线和与其相比较的实际测量 的经温度补偿的电阻抗(ZT)曲线。预计的电阻抗曲线是被预料的，其作为时 间的函数平滑地衷减。这样预计的曲线代表了在油的正常变质下电阻抗值随时 间的变化情况。该曲线可以先通过实际测量，然后由经验公式来导出。在图4 中可以看到了实际的经温度补偿的曲线与预计的相吻合，这是又一油的正常变 质的表示。然而，如同下文所述，某些因素可以导致预计的电阻抗值不同于实 际的电阻抗值。
油的变质程度，如同图2到4所示，可以通过对电阻抗的测量来表示。这种 电阻抗的测量在电学原理上可以使用分压器来达到，分压器可以由一含有被测 油的传感电容器和一已知电阻抗元件串联组成。在测量时把一交流电压加到分 压器上，注有油的电容器的电阻抗值正比于在电容器上的电压和在已知的电阻
抗元件上电压的比值。该电阻抗值代表了油的电阻抗值。
油的变质程度过程也可以用该电容器的电流或电压随时间的关系来表达。 在用电流法测量时，用一恒压源作用在传感电容器上，流经电容的电流值反比 于电阻抗值。用电压法测量时，用一恒流源作用在传感电容器上，在电容器上 的电压值正比于电阻抗值。在具体运用以上所述的测量电阻抗、电压和电流方 法时，可以参考在电学上的有关技术细节。然而不管用何种方法去测量，该测 量的物理量必须是经温度补偿的。
图5到7揭示了上述的测量的油变质程度的方法。传感器的电容(C)可以 由两个以上的金属导电体平行所组成，在金属导电体之间必须设计有足够的间 隙，以保证油的自由循环流动。图5是一用于电阻抗测量的电压分压器的示意 图。用一固定电压值的交流电压(VA)作用在传感电容器(C)和与其连接的一 已知电阻抗元件(Zref)上，电容器(C)的电阻抗值代表了油的变质程度。在 一种实例中，电阻可以用作为己知电阻抗元件。
图6显示了利用恒压源(VQ)的电流法进行测量的示意图，通过电容器的电 流值代表油的变质程度。
图7显示了利用了恒流源(Io)的电压法进行测量的示意图，作用在电容器 上的电压值代表油的变质程度。
图8中的曲线表示了与检测传感器的检测电容有关的电阻抗(Z)、电流(1)、 和电压(V)与油的变质随使用时间变化而变化的关系。从中可以看到油检测电 容器的电阻抗和电压值随油使用时间的增长、即油变质程度的加剧而平滑减小， 而电流值却随之而增加。
电学原理表明，电容器的电阻抗可由电容性阻抗Xc, (-l/o)C)和电阻(R) 所组成。应用众所周知的电学技术对这两种参数的测量都能提供分析油变质程 度的依据，这种测量可以使用电阻抗仪来达到。比如用Agilent4294型号仪器可 以取得电阻抗、电抗、电阻、电容和相位的信息。相位也可以用电阻和电抗值 计算而得。
图9到n,揭示了本发明的第一实施方案检测油的状态的方法。油的状态
包括油的油位、油在含水时的变质程度和在不含水时的变质程度及油的剩余使用
量。在这方案中使用一参照传感器来补偿由温度变化所引起的经检测传感器测 出的油的电学性质的波动。本方法包括
(a) 提供一使用油22，其被放置在包括有油槽的一机械的油系统中，例如 内燃机的曲轴箱34或电变压器的一个容器中。
(b) 提供一不含有水份的参照油24。该油是密封在一容器内，这容器是被 放置于同油22有相同温度的区域。
在第一实施方案中，参照油24具有同使用油即被测油22相同的热物理性质， 即由温度变化引起的参照油电学性质的变化同被测油的变化相同。如在图10中 的参照油24和在使用的被测油22是同一制造商生产的同一型号的产品。另外 参照油可以是未经使用的油、或者是使用尽的油、或者是部分地使用尽的油。
(c) 提供一检测传感器26,其包括了一个第一电容器C1作为检测电容器。 在第一实施方案中，检测传感器26带有多孔的外罩。该外罩允许油充分的循环 流动和保护在其中的检测电容器C1，所以该外罩在图9中用虚线表示。
(d) 提供一参照传感器28，其包括了一第二电容器C2作为参照电容器。 参照传感器28被密封在一容器中，参照电容器浸没在参照油24里。
在第一方案中该两电容器的结构有相关的联系。即第一和第二电容器浸在相 同的油中，当温度改变时，他们有同样程度的电学性质的改变。同时检测传感 器26和参照传感器28也能设计成一体化。
(e) 将检测传感器26安置在油系统中，使得检测电容器C1完全浸没在被 测的使用油22中。
(f) 测量下列任何的一种电学性质，从检测传感器中的第一电容器Cl得到 的电学性质为EPC1，从参照传感器中的第二电容器C2得到的为EPC2，
一第一电容器Cl和第二电容器C2的电阻抗； 一通过第一电容器Cl和第二电容器C2的电流； 一在第一电容器Cl和第二电容器C2上的电压。
(g) 结合检测传感器的第一电容器的电学性质EPd和参照传感器的第二电 容器的电学性质EPC2，从而得到第一电容器的一测量的经温度补偿的电学性质 EPT(M)，其代表了被测的使用油22的变质。
以上，标志"EP"用于代表电学性质，标志"T"表明温度补偿，标志"M"意 味着电学性质是通过测量获得的。
由图9所示，检测传感器的第一电容器的电学性质EPd和参照传感器的第 二电容器的电学性质EPc2经测量元件30所结合，这样得到在第一电容器上的经 温度补偿的电学性质EPT(M)。其可由显示器32在用户的选择下作出结果通告。 图10和ll说明本发明可以通过用参照电容器C2来补偿检测电容器C1的 电学性质EPd随温度变化的波动。图10中上部的曲线由参照传感器所得到，下 部的曲线从检测传感器所得到。在这第一方案中，参照油是未使用的油或是新 油，其和被测油22有一样的品牌和类型。
如图所述，在时间间隔A^中，参照电容器的电学性质EPc2具有一确定的数 值EPc2(N)。该数值对应了其在正常温度下的电学性质。然而在时间间隔At2中 由于油温的变化参照电容器的电学性质EPc2升高。同样在时间间隔At3中该数
值回复到正常。在时间间隔At4中该数值EPc2再次由于温度变化而升高。
另外，参照油是单独密封的，所以它不受因机器的运行所造成的环境变化所 影响。因而在它的整个使用期间，它不会变质。这种特性可由在图中未改变的 电学性质EPc2(N)来说明。其中EPc2(N)是第二电容器充填了新油之后的正常电 学性质的数值。
这种电学性质EPc2的特征是用作为一基准来校正或补偿第一个电容器充填
了被测油22后的电学性质EPd受温度变化所造成的波动。另外，第一电容器的 电学性质是受到随使用而增加的油的变质所影响。这样，被测油从一新油或者 未使用的油变成当它被完全使用过后的一使用尽了的油。所以，第一电容器的 最初的电学性质的数值是同第二电容器的数值EPc2(N)相同。
值得指出的是，受温度变化的影响，电学性质EPd和电学性质EPc2的改变 是相同的。因为该两电容器处在同一个温度环境里，他们各自所充填的油具有 同样或相似的热学性质。另外这两电容器是根据特定的结构参数而制造成的。 这样，根据以下列出的一方程式m，来结合电学性质EPd和EPc2，可以得到一 种第一电容器的测量的经温度补偿的电学性质EP"M)，其代表了油的变质。
值得再次指出的是，图11中绘出的电学性质曲线代表了电阻抗或者电压随
使用时间的改变。若是用电流来表达，其曲线如同图8中所示的一样。
至于如何结合这两电容器的电学性质， 一种优选的方案是用因温度的变化 所引起的电容器C1的变化的电学性质减去电容器C2的相同的变化的电学性质。
如同以下的公式所表示
EPt(M) = EPC1 - EPC2 + EPC2(N) [1]
其中EPc2N表示参照电容器C2在正常温度情况下得到的电学性质的数值。使用 该数值可使经温度补偿的电学性质与油的使用关系的曲线处于电学性质的正值 域。图中Y数轴代表了一被测的使用油，包括其是新油、部分使用的和使尽的油 的经温度补偿的电学性质。X数轴代表了在油的变质过程中，每一经过的使用 时间。
当然用另外的方法来结合电学性质EPd和EPc2也是可以的，比如是(EPa-EPC2)。只要是该方法利用参照传感器的电学性质来消除温度波动对检测传感器 的电学性质的影响，另外如果应用(EPC2-EPC1)的结合方法，可以得到如在 图1中所示的油变质程度的曲线。
再者参照图9到图ll和本文前述的步骤(f)中，可应用的电学性质包括电 阻抗的个别组成，即电阻R和电抗Xc，以取代用电阻抗Z来描述油变质程度的 过程。对于电阻抗的个别组成的测量所需的仪器和方法是众所周知的，也可以 使用在本文中所提到的测试技术和方法。
这里必须指出的是，"未使用的油"是指新的，即指从生产厂出品、未经任 何使用、不含有任何污染物的油。"部分地使用过的油"是指已经使用一段时间 的油，其中已存积了一定量的污染物。
另外在图ll所示的温度补偿的电学性质EPT(M)曲线中，使用了时间"t" 来作为独立变量。但是，除了时间以外，也可以使用其他的变量。例如汽车被 驾驶的里程数，可以作为独立变量来描述经温度补偿的电学性质变化的关系。
图12描述了另一种运用温度补偿的方法。在该方案中， 一使用尽的油而不 是新的或未使用过的油用来作为参照油。即检测电容器C1是浸入正在被检测的 使用油22中，但参照电容器C2是浸入一使用尽的油24中，其具有正常的数值 EPC2(N')。该使用尽的油24是指该油积存了大量的污染物，因而完全丧失其可使
用的润滑性能。这种使用尽的油24具有同被测油22相同的热学性质。这样在时 间间隙At2和At4中，由于油的温度的变化引起了电容器Cl.和C2电学性质参数 EPd和EPa相同的变化。
图11显示了经结合传感电容器Cl和参照电容器C2电学性质之后，得到的 经温度补偿的电学性质随使用时间的关系。这里必须指出的是在本发明中，除 了使用尽的油外、部份使用尽的、或者是前述的未使用过的油都可以用作参照 油。
图ll显示了在第一电容器上的经温度补偿的电学性质EPT的曲线。该曲线
是结合了在第一电容器C1和第二电容器C2的在每一测量点上测量的电学性质。
即对使用油从一新油到一使用尽的油的整个使用量所对应的电学性质变化的结果。
如果电容器Cl和C2测量的电学性质如同前述的方法而结合的话，所得到 的在检测电容器C1上的经温度补偿的电学性质的曲线则同在图11中的曲线所 相同。通过以下的论述，可以理解到图ll列举的电学性质EPT(M)可以用来分析 在不同情况下油的变质或者油位的变化。
此外，按照以上揭示的步骤(a)到(g)，可以得到对于被测的使用油22
的预期的经温度补偿的一电学性质EPT(P)的曲线。其反映了不含水份的被检测
油从其为一新油到变成一使用尽了的油的正常变质的全过程。该曲线包括了被 测油是新油或者是未使用过的油的电学性质EP，，和其变成使用尽了的油时的 电学性质EPT,s。在该两者之间，有诸多相对应诸多的不同的部分使用过了的油 的电学性质EPt,p,s。该电学性质ept,p，s反映了不含水份的被测油或使用油在变质 过程中相对于不同使用量的不同的变质。
预计的被测油的电学性质曲线可以由多种如前所述的方法来获得。以下是 经实验模拟使用油22变质全过程，从而得到一预计的电学性承EPT(P)曲线的方 法。当被测油是新油或未被使用时，其当然不含有水份。该油按照上述的步骤 (a)到(g)被检测，从而得到电学性质EPT，n。
接着该不含水分的新油被有目的地在经过一预先决定的实验时间的实验之 后变质到一定的程度。必须确定的是，实验的情况必须相同于，或者非常接近
该被测油实际使用的情况。这样不含水份的新油变成了一部份使用过的油，具
有根据实验时间决定的已知的变值程度。然后其再按照上述的步骤(a)到(g)
被检测，这样得到一相应的电学性质EPT，p，s。
然后这具有已知变质程度的部分使用过的油再次按照相同的预先决定的实 验时间经实验而再次进一步变质。必须明确的是，在油的整个变质的实验过程 中实验的条件必须保持一致。然后这进一步变质了的油再按测试步骤(a)到 (g)被检测，而得到与前述变质程度相比有更大变质程度的油的电学性质。
按照上述的方法，完成油的彻底变质和测量。这样该油就变成使用尽了的 油，于是也就得到了完整的预计的经温度补偿的电学性质的曲线。其反映了使 用油22在不含水份时的正常变质。
此外，参照油也可用来得到如此预计的电学性质的曲线。因为如前所述， 参照油是不含水份的，并具有同使用油22相同的型号和商标。
这样，本发明的第一实施方案继续包括有下述的权利要求步骤
(h)根据步骤(a)到(g)建立对被测油的预计的经温度补偿的电学性质 的曲线，其反映了油的正常变质，该预计的曲线包含有一电学性质EP，其是 使用油未被使用并不含水份时的经检测得到的电学性质，和另一电学性质EPt,s， 其是使用油在被使用尽了并且不含水份时经检测得到的电学性质。
现由图13和14来详细叙述在图4中简略叙述过的油的正常变质。在图13 和14中，测量的电学性质的曲线是与预计的曲线相一致的。但是为了与以下即 将叙述的油的非正常变质相比较，该两图中只显示了油的部份的测量得到的曲 线。
图13中，由虚线代表的预计的曲线包括了新油，部份使用过的油和使用尽 了的油的电学性质。由实线所代表的部份的经测量得到的曲线包括了新油和被 测的正在使用的油的电学性质。该经测量得到的部份曲线叙述了被测油当其从 新油起经被使用一段时间后到时刻"tj"时已部份变质。其对应在该时刻"tj"的 使用油测量的电学性质是EPT，i(M)。相应的，在预计的曲线中在该时刻，有一对 应的预计的电学性质EPT,i(P)。由图可知，该测量的和预计的电学性质相同。
图14叙述了与图13中相同的经测量和预计得到的电学性质的曲线。但是不
同于图13用使用的时间作为独立变量，图14用了油的实际使用量作为变量。这 样新油和使用尽的油的各自的电学性质EP，和EPT，s分别对应与各自的使用量 Uw和Us。使用量Us代表了使用尽的油在其整个使用期间从一新油变化为使用 尽的油所使用过的里程数或使用过的时间。
必须清楚的是，因为测量的和预期的电学性质的一致，从预期和测量得到 的对应于新油和使用尽的油的电学性质都可分别以相同的EP，和EPt，s来表示。 相应的一油的全部可使用量可表示为AUf(Us-UN)，其对应的电学性质的变化 为AEP产(EPT，n-EPT,s)。另外图14也叙述了，测量的经温度补偿的电学性质 EPT,i(M)在相同的使用量Ui时，与预计的性质EPT，i(P)相一致。其代表了油了的 正常变质。
得到了上述的结论，本发明的第一实施方案继续包含有以下的权力要求步骤..
(i)建立一使用油的可使用的全量程为AUF-(US- UN),其相对于电学性质的 改变为AEPf(EPT,n-EPT，s)，其中油的使用量U反映了该油的实际使用，并是 电学性质EPT的独立变量，Uw是使用油是一新油时的实际使用量，和Us是使用 油是一使用尽了的油时的实际使用量。
(j)对一使用油在其具有测量得到的电学性质EP"M)时定义一测量的归一 化的油的剩余使用率RM为RM=[EPT(M)-EPT，S]/[EPT,N-EPT,S]，其中R是油的 剩余使用率，其数值是从对新油时为1到对使用尽的油时为零。
(k )定义一测量的油的剩余使用量为RMAUF = RM * (US-UN)。 相应的，对具有电学性质EP"M)的使用油定义一测量的归一化的油变质率 为DM-[EP，-EPT(M)]/[EP，-EPT,s]。该变质率是从对新油时为零，对使用尽 的油时为l。
另外可知，根据从预计的电学性质曲线得到一预计的电学性质EPT(P)，同
样可以建立一具有相同形式的预计的归一化的油的剩余使用率Rp。
在图13和14中的预计的电学性质是EPT,i(P)，其预计的剩余使用率对应于
油的使用在Ui时为Rp，尸[EPT,i(P)-EPT，s]/[EPT，n-EPT，s]。进而可推导预计的剩余使 用量为Rp,iAUF和预计的油的变质率为Dp,产[EPT,n-EPT,i(P)]/[EPT,n-EPT,s]。
根据图14的叙述，测量的剩余使用率RM与预计的剩余使用率Rp在相同的 使用量Ui是相一致的。这样测量的剩余使用量，因其同预计的剩余使用量相同 也可被确认为是实际的剩余使用量。
这样，紧接着上述的步骤(k)，本发明具有下述的步骤来推论油在不含水
份时的正常变质
(1)从预计的电学性质曲线，并根据与测量的电学性质EPT(M)相对应的该 使用油的使用量，决定一预计的温度补偿的电学性质EPx(P)，再建立与其相对 应的一预计的剩余使用率RP=[EPT(P) - EPT，S]/[EPT,N- EPt,s]，从而得到一预计的 剩余使用量RpAUf;
(m)如果测量的油的剩余使用量是类同于预计的剩余使用量，则判定使用 油不含水的正常变质和确定测量的剩余使用量代表了使用油的实际剩余使量。
在应用本发明时，测量的和预计的油的剩余使用量的相似性可以容易地从决 定一预定的阀值来定义。
必须明确的是,上述的归一化的预计的和测量的剩余使用率是根据电学性质 的改变AEPT和使用量的量程AUF之间存在线性关系的假设而推导出来的，所以 计算的油的剩余使用量是对实际的剩余使用量的一个非常接近的近似值。
如果在电学性质的改变AEPt和使用量量程AUp之间不存在线性关系时，也 可导出一归一化的油的剩余使用率R'。
然而，不管油的测量的和预计的经温度补偿的电学性质EP"M)和EPt(P)的 曲线是何种形状，实际的剩余使用量总是可以正确的表达为AUM=US-Ui。由图 14可知，Uj是在测量时刻"i"时油的使用量。其同时相对应于在油的正常变质 时的测量的和预计的电学性质EPt/M)和EPT,i(P)。这样预计的实际剩余使用量 为AUp^Us-Up)，其相等于测量的实际剩余使用量AUM。这也就验证了油的正 常变质和确认了油的实际剩余使用量。
接着再由图14可知，直到使用量Ui时预计的和测量的电学性质相一致，这 代表了使用油的变质是在预计的方式下发展。然而由以下的讨论，可知在使用 量Ui时即将发生的情况造成了测量的电学性质数值不同于预计性质的数值。
图15叙述了检测油在含水分时的不正常变质。其中油中存在水份的现象是
在到了使用量Ui时才发生的。如图所述，和预计的代表油不含水份正常变质的 电学性质EPT,i(P)相比，测量的性质有一从EPT,i(M)到EPT，i,w(M)的实然变化。然 后，从使用量是Ui时开始，测量的电学性质曲线是一致地平行地与预计的曲线 相分离。
为了详尽地叙述上述现象，图16放大了在图15中电学性质在独立变量使 用量Ui起突然变化的那一部分电学性质的曲线。不过在图16中用使用的时间作 为独立变量。图16所叙述的情况可用来判断在油中非�？赡艽嬗兴�份。例如在 一内燃机的部件中，由于发动机的冷却水密封圈突然地少量的部分损坏而导致 少量冷却水突然进入到润滑油箱中，这就引起了图16中相应的突然改变的测量 的电学性质。也许可以推测由其他的原因造成上述事实，但水的进入是造成这 种突然改变的最可能原因。因为水的介电常数是显著地，大约在3到4倍的程 度，大于油的介电常数。
当油中存有水份时，会减少检测电容器的电阻抗，或者在该电容器上的电压， 以及相应的增加了的通过该电容器的电流。这样，油中突然存有水份的事实造 成了检测电容的电学性质的突然变化。与由预计的电学性质所代表的油的变质 相比，从该突然变化时起的测量的电学性质显示了过份的油的变质程度。
再由图16所示，在时间区间Ati中的时刻"ti"时，测量的电学性质EPT,i(M) 如电阻抗或电压突然地降到EPT,i"M)，其中下标"w"代表存在有水份。图16 还显示，在该时间区间里，测量的电学性质曲线继续地沿着曲线的初始的斜率， 或者说沿着在时刻"t,之前存在的最初性质改变的形式而降低。这是因为在油 中存在水量的动态平衡的缘故，即过量的水份被蒸发而造成在油中持续存在恒 量的少量水份。
与图16所叙述的在较短的时间区间Ati里水存在的现象相比较，图15特别 叙述了相比于预计的数值，在油中含水如何造成了对测量的经温度补偿的电学 性质的改变，以及相应的油的剩余使用量的改变。
由图15所示，自使用量Ui时起，测量的混有恒量水份的油的电学性质EPT(M)
同预计的不含水份的油的电学性质EPT(P)—样呈现了相同的随使用量的改变而
改变的态势。这样，根据预计的电学性质的曲线，测量的含水的油的电学性质
ept,i,w(M)的数值相等于在使用量为Uj时的预计的不含水的电学性质EPt/P)。
明显地，预计的电学性质EPTj(P)的数值小于预计的电学性质EPtj(P)的数
值。这就意味着混有水的油的电学性质实际上等于一比应该有的使用量Ui要多 的使用量Uj时的不含水的油的性质。或者是说，混有水的油的性质显示了相比 于预计的不含水的油的变质程度要更多的变质。这样，在油的使用量是Ui时， 对混有水的油的测量的剩余使用率是等于在油的使用量是Uj时预计的油的使用 率RPsj=[EPT/P) - EPT,S]/[EPT,N - EPT,S]。之外，该预计的使用率进一步决定了油的 剩余使用量为RpjAUF。
可以看到，预计的剩余使用率Riy是小于在使用量是Ui时的预计的剩余使用 率Rp,i。同样预计的油的剩余使用量R。AUF是小于预计的Rp,iAUF。然尔，油的 剩余使用量Rp,iAUp是用来预计不含水的油的正常变质程度。这样就可以肯定， 在油有水存在的不正常变质时，测量的油的剩余使用量RmAUf小于在相同使用 量时的预计的油的剩余使用量RpAUF。必须指出的是，以上的讨论给出了一个 通常的结论。其可适用于来判断，只要检测电容器全部浸没在油水混合物中时， 在任何情况下油中含有水份的情形。
这样，本发明在前述的步骤(m)后，有以下的步骤来论断由于水在油中而 引起的油的不正常变质
(n)如果测量的油的剩余使用量RMAUp是小于预计的油的剩余使用量 RPAUF，则断定油含有水份的不正常变质。
除了上述的利用油的剩余使用量来判断油中存在水份之外，本发明还可以用 油的实际剩余使用量来达到相同的结论。
由图15所知，由于水的存在，在使用量Ui时经测量得到的电学性质EPT，i,w(M) 是相对于在使用量是Uj时预计的剩余使用量。这样，对含水的油来说，经测 量得到的实际剩余使用量是deltaUM= (Us-Uj)。然而EPT,i(P)代表了在使用量Ui 时的油的正常变质，所以不含水的油的预计的实际剩余使用量是deltaUp- (Us-Ui)。明显地测量的实际剩余使用量deltaUM是小于判断的使用量deltaUp。这样也就推 导了同样的结论如果测量的剩余使用量小于预计的剩余使用量时，则油有油 中存水的非正常变质。必须明确的是，以上利用的油的实际剩余使用量来分析
得到的结论特别适用于在油的电学性质和油的使用量不存在线性关系的情形。
图17显示了本发明的又一种应用电学性质EPT来检测油中存有水份时的非 正常变质。由图所示，在时间间隔At气tj-ti)里，发生的现象导致了测量的和 预计的曲线不一致。其包括了在时刻"t/'时，测量的电学性质EPT/M)是小于 预计的性质EP"(P)。在这种情形下，油中存水是可以通过比较不同的改变测量 的电学性质的速率与改变预计的电学性质的速率来判断。确切地说，测量的油 的电学性质曲线呈现了一朝着油变质的方向的较快的速率。速率当然可由AEPT /At来表示。这样与预计的电学性质所判定的油的变质程度相比，从测量的电学 性质所得到的较快的速率的事实就显示了油的过度的变质。
可以推断，一可能的理由是水量在油中随时间的增加而增加造成了上述的现 象。其可发生在比如水密封圈有足够大的破损，而导致大量的水进入到油系统 中。这就破坏了如图16中描述的水量在油中的动态平衡。
除了在图16和17中所描述的情形外，图18叙述了另一种水可能在油中存 在的情形。即测量的电学性质在时刻、"时超过了一在预计的电学性质曲线上
的、在时刻"te"时的预先规定的电学性质的极值EPx(PE)。图中的曲线，还显 示了在时刻"t,时，其早于预定的油的使用时刻"te"，测量的电学性质超过 了该规定的极限值。当然，对于鉴别早于发生的现象除了用使用的时间外也可 以用使用的里程数来表达。这种早于发生的事实也是一种对油中存水的指示。
这样，根据在图16， 17和18中的叙述，本发明的方法还包括应用以下在前
述步骤(g)之后的任何一种的权利要求步骤来断定使用油含有水份
一测量的经温度补偿的电学性质EPx(M)展现了突然的改变，这种改变显示
了相比于由预计的电学性质曲线所预计的油的变质程度有额外程度的变质；
一测量的经温度补偿的电学性质EP"M)有一数值，其不同于在相同的油的
使用量时的由预计的电学性质所预定的数值。这种数值的不同，显示了比由预
计的电学性质所判定的油的变质程度有额外程度的变质；
一测量的电学性质显示了一油的变质的速率，其不同于由预计的电学性质 所预期的油的变质速率，而该不同显示了比由预计的电学性质所判定的油的变 质程度有额外程度的变质；
一测量的经温度补偿的电学性质超过了由预计的电学性质曲线所规定的一 极值，并且，这种超过预计极值的现象在早于由预计的电学性质曲线所预定的 发生的时刻而发生。
图19中的曲线显示了在测量的时刻"ti"时，测量的经温度补偿的电学性质 存在着一最初的异常EPT,i,"M)。然后在时刻"t/'对回到了预计的数值EP^P)。 这种现象可以出现在当润滑油中存在着少量的冷却水时，发动了一冷的发动机 后的最初的几分钟内。当未发动或刚发动发动机时，由于水的存在，油的电阻 抗或电压会低于预计的数值，当发动机运转了几分钟之后，机械温度升高而冷 凝水从油中蒸发，这样就使得测量的经温度补偿的电学性质EPT，i(M)回复到预计 的正常惶EPtj(P)。
根据上述的情况，本发明又有一检测油中含水的方法，包括步骤
—在前述的步骤(a)中提供一在冷的内燃机曲轴箱里放置的使用油22; —发动内燃机；
一如果测量的被测油的温度补偿的电学性质在步骤(g)中最初呈现异常，其 代表了比由预计的电学性质的曲线所判定的油的变质程度有过分的油的变质， 可确定在被测油中含有水份。
在图16， 17， 18和19中的叙述公开了根据电阻抗和电压的测量得到的用来 判断油的非正常变质的曲线。然而，如果用电流的测量来判断相关的油的非正 常变质曲线的话，可以根据图8中的基础曲线来推导。
以上的叙述公开了本发明方法的第一实施方案。其应用一对传感器包括有一 浸在被测油中的检测传感器的检测电容器和一浸在参照油中的参照传感器的参 照电容器来得到被测油的经温度补偿的电学性质。应用双传感器的结构，本发 明的方法可以得到测量的被测油的剩余使用量RMAUF或者AUM。应用该剩余使 用量，本发明可以进一步区分油在存有水份和不存有水份时的变质。
图23叙述了对上述的第一实施方法的改进，包括应用了至少二个检测传感 器。他们可以被安装在润滑油系统中不同的特定部位。比如象在火车头或轮船 的柴油内燃机具有分开的曲轴箱34，油槽38和连接他们的输油管36中。这样 改进的第一实施方案能监控在油系统中是否有油变质程度不均匀的分布，特别
可以检测水份是否聚集在油系统中的某些特定部位。在该改进的方案中，如图
23所示，至少二个传感器中的每一个可以与一单独的参照传感器相配合，或者 至少二个检测传感器可以与同一个参照传感器相结合。这两种选择都可以得到 对应于传感器所装置的特定区域的至少二个被测油的剩余使用量。这样，用该
至少二个被测油的剩余使用量与预计的剩余使用量相比，可以断定
(1)如果至少二个剩余使用量与预计的类同，断定在油系统中油变质的均
匀分布，和(2)如果至少二个剩余使用量与预计的相比而不同，断定在油系统
中油变质的非均匀分布。
必须指出的是，对于上述情形(2)中的不同，可进一步分析是否是由于预 计的和在全部的至少二个的剩余使用量的不同，或者是由于预计的和某一个测 量的剩余使用量的不同。这样按照本发明的精神和目的，揭示在整个油系统中 的不均匀变质是显而易见的。因此本文省略了对该揭示的详细叙述。
现由图20所示本发明检测油变质方法的第二实施方案的装置示意图。该装 置仅使用一检测传感器26，并通过测量该传感器的检测电容器Cl的电学性质来 代表使用油即被测油22的电学性质。该油的电学性质是经温度补偿的，可根据 前述的方法，或者任何期愿的方法，比如测量油的温度后，应用补偿因子来对
测量的^学性质补偿。因此，该第二实施方案包括了以下的权利要求步骤
(a) 提供一使用油22，该油被安置在一机械的油系统中；
(b) 提供一检测传感器，其包括有一电容器C1;
(c) 把传感器26安置在油系统中，其电容器C1是浸没在使用油中；
(d) 测量该电容器的温度补偿的电学性质，该性质是下述的任何一种，其 代表了油的经温度补偿的电学性质EPT(M):
一电容器C1的电阻抗； 一在电容器C1中通过的电流； 一在电容器C1上的电压。
此外，除遵循上述的步骤得到在步骤(d)中的测量的经温度补偿的电学性 质外，第二实施方案还包括步骤(e):
(e) 建立反映使用油正常变质的一预计的经温度补偿的电学性质EPT(P)曲 线，其包括一当不含水的被测量的使用油是未被使用时的电学性质EP^和另一 当不含水的使用油是被使用尽了时的电学性质EPT，s。
一旦建立了预计的电学性质EPT(P)的曲线，本发明的第二实施方案可以应
用在第一实施方案中的所有的权利要求，包括与预计的剩余使用量比较测量得
到的两种形式的油的剩余使用量RAU和AU的大小而判断油的变质是否在有水 或无水存在时所发生。进一步肯定在油不含水时的测量的剩余使用量是等于油 的实际剩余使用量，以及可确定的油的变质率D。
另外第二实施方案也可以综合在图16， 17， 18和19中所叙述的油的不正常 变质的种种表现形式。然尔，为了縮短本发明的篇幅，所有的曾经在第一实施 方案中详细阐述过的策略不会在第二实施方案中再重复叙述。
必须再次指出的时，根据本发明的精神和目的，第二实施方案也可应用包括 电阻和电容性阻抗的电学性质。再有，第二实施方案也可应用在图23中所述的 为第一方案所用的至少二个检测传感器来对机械的全油系统监测，包括是否有 不均匀的油变质的分布。
II、检测油位的方法
众所周知，在机械比如内燃机的运行过程中，润滑油会因使用而被消耗。这 就造成被放置在油系统中的油量会减少以及油位的降低。当油量减少到少于通 常由机械制造商规定的最低限量值时，机械的运动部件就不能得到有效的保护。 因此非常有必要提供一方法，其能即时检测到使用油的油量已降低到最低限量 值时的油位。
由图9所述，当检测传感器26是安装在内燃机曲轴油箱的竖直箱壁上时，其 第一电容器即检测电容器是浸没在使用油即被测油22中，并与油量最低限度值 时油位的位置44相一致。这样当油位降低到油量最低限度值时的油位时，检测 电容器就不是完全浸没在被测油中。该时，电容器的较下部分被油所充填，而 其较上部分被空气所充填。这样与该电容器完全浸没在被测油中时相比，部分 电容器被油所充填的情形会造成该电容器经温度补偿的电学性质的改变。于是 这种物理状况就给本发明提供了从检测安置在相应油位位置上的至少二个检测
传感器的相应的不正常的电学性质来判断油位，包括了油量在最低限度值时的 油位的可能性。
以下的叙述，如图9所示，首先讨论应用单一的检测传感器来检测油量最低 限度值时的油位的方法。该方法依然遵循了上述的比较检测的和预计的油的剩 余使用量的策略。
众所周知，由两平行平板构成的一电容器具有电容量为Cp-sS/d。其中(s) 是电介质的介电常数，(S)是平板的有效面积，(d)是两平板间的距离。
首先来比较同一电容器在两种不同情形之下的电容量(l)如果该电容器是 充填了有介电常数(q)的第一电介质时的电容量Qn和(2)如果是充填了介
电常数为(S2)的第二电介质时的电容量Cp2。可以肯定，电容值Cw和Cp2的 差值与介电常数(& )和(S2)的差值成正比。
根据上述的同一电容器充填了不同电介质造成不同电容量的结论，和空气
的介电常数(sa)是极端地小于(大约是2-3倍)油介质包括矿物油和含硅油的 介电常数(s。)的事实(这样的信息可随意到处获得，比如到Clpperconhol 的.com的网站中获得)。所以充填了空气的同一电容器的电容量Cp2是小于充填 了油的该电容器的电容量Cw。同样，可以肯定充填了空气的该电容器的电阻抗 值Z2大于充填了油时的电阻抗值Z,。另外，如果使用了恒流源来测量的话，电 压V2是大于电压Vp和如果用恒压源来测量的话，流过的电流12是小于流过的
现在来比较在另外两种情况下同一电容器的电容量Cp的大小(1)该电容
器的一部分是充填了油和其余的部分是充填了空气，和(2)该电容器是全部地
充填了油的情况。
在第一种情况时，该电容器的电容量CP1是总合了一空气电容器的电容量 CP1(a)= saSa/d和一油电容器的电容量CP1(o)= e。S。/d 。其中Sa是被空气充填的部 份的平板的有效面积，S。是被油充填的平板的有效面积。当然S是与(S。+Sa) 相等。
如果把该电容器在情况(1)时的电容量Cw和在情况(2)时的电容量Cp2
比的话，可以得到比值Qn/Cp2-[SaSa/d + S。So/d]/s。S/d。该比值可简单化为[sA
+ S。S。]/S。S。通过数学转化，该比值等于l-[8o-SJSa/S。可知其比值小于整数
这样以上的分析证明了，该电容器是部份充填了空气其余部份充填了油时 的电容量CP1是小于该电容器全部充填了油时的电容量CP2。
根据这一结论，可以推导到，该电容器在第一种情况时的电阻抗值Zt是大 于第二种情况时的电阻抗值Z2。同样的如果使用恒流源来测量的话，电压值W
是大于电压值V2，和如果用恒压源来测量的话，Ii是小于l2。这样可知，相比 于该电容器全部充填了油时的所表现的油的变质程度。当该电容器部份充填了 空气和其余部份充填了油时会给出 一较少的油变质程度的假象。
现在参考以上的结论并结合图21和22的表示，可以看出油量减少到最低限 量值时，该检测电容器如何改变本发明的所依据的测量的经温度补偿的电学性 质和油的剩余使用量。图21描述了部分的测量的电学性质EPx(M)的曲线和预 计的电学性质EP"P)的曲线，其包括了对应于油的使用量UN和Us的各自的电 学性质值EPxN和EPT,s。可知该预计的曲线与图14所叙述的曲线相同。
如图21所述，直到使用量是Ui时，测量的电学性质EPT,i(M)是与预计的 EPT,i(P)相一致。然而从Ui开始，测量的电学性质不同于预计的性质。这是因为 在该时油量已减少到最低限量值。即使用油的油位是降低到该最低限度值时的 油位，其与在图9中所述的位置44的高度相同。在这样情形下，检测传感器的 检测电容器C1的较上部是充填了空气。
必须指出，有种种的情况导致了检测电容器不是全部浸在油中。但他们总是 可以归纳为两类。第一种情形是油量的逐渐减少，如过分的使用机械造成的过 量地消耗机油。第二种情形是在一段时间内，油大量地减少，如象在曲轴箱漏
油时发生的那样。图21中叙述的测量的电学性质EPT,q(Ml)和EPT,q(M2)是相对
应上述的第一和第二种情况。
在图21中所叙述的第一种逐渐减少油量的情形时，该测量的电学性质表现
了逐渐地与预计的电学性质曲线相分离。例如该检测电容的电阻抗或电压是比 预计的逐渐增大。与此不同的在第二种情形迅速减少油量时，该测量的电学性
质EPT，q(M2)在短时间内呈现了突然的改变。相对应的该检测电容器因损失了大
量的充填油而使得测量的电学性质极大地朝减少油的变质程度的方向改变。例 如测量的电阻抗和电压值呈现了突然的惊人的增加。然而必须指出的是，第一
种情况代表了最有可能发生的情形，所以图22特别从阐述该种情形来达到判断 与其对应的油位的结论，即也是油量达到最低限度值的结论。该结论也适用于 解释第二种情况。
图22放大了从使用量Ui时开始的即部分偏离了预计曲线的测量的电学性质
曲线。即油的使用经历了一段的从使用量Ui到Uq的使用区间，测量的电学性质 在使用量为Uq时显示了一数值EPT,q(Ml)。其大于一预计的数值EPT,q(P)。必须 明确地是，EPT，q(P)代表了在使用量Uq时的油的正常变质和油量的正常消耗。然
而，由图22所示，测量的电学性质EPT，q(Ml)等于在油的使用量是Uk时的预计
的电学性质EPT,q(P)的大小。显然使用量Uk的出现早于使用量Uq的出现。
对应与上述的情况，测量的电学性质EPT,q(Ml)有一剩余使用率，其等于在 使用量是Uk时的预计的电学性质EPT,q(P)所决定的剩余使用率Rk=[EPT,k(P)-
EPT,S]/[EPT,N-EPT，S]。这样可知，根据测量的电学性质EPT，q(Ml)而得到的剩余使 用量是等于预计的剩余使用量RkAUF。
明显地，该预计的剩余使用率Rk是大于另一预计的剩余使用率Rq=[EPT,q(P)
-EPT,S]/[EPT,N-EPT，S]。同时该预计的剩余使用量RkAUp也是大于预计的剩余使用
量RqAUp。然而RqAUF对应于油系统中有充足数量的无水分的油和检测电容器
是完全浸没在该油中的状况，其显示了在油正常变质时的油量的正常消耗。
从而可以确定在步骤(O)中的
权利要求
(O)如果在相对于相同的油的使用量时，测量的油的剩余使用量RMAUF
是大于预计的剩余使用量RPAUF，决定使用油的油位是降低到油量为最低限度 值时的油位。当然使用量可以是油使用的时间或者使用的里程数。
必须指出，以上给出了一个适合所有情形的广泛性的结论。该结论也包括了 上述的具有不充足油量时的第二种情况。
然而必须再次指出的是本发明方法还可另外地得到如同权利要求步骤(o)
中的相同的结论。由图21和22所述，使用量Uq对应了电学性质EPT，q(P)和 EPT,q(Ml)。这样预计的实际剩余使用量为AUp,q=(Us-Uq),。但是测量的电学性质
EPT，q(Ml)的数值等于对应于使用量Uk的预计的电学性质EPT，q(P)。这样测量的实
际剩余使用量AUM是相等于预计的实际剩余使用量AUP，k=(Us-Uk)。明显地，
预计的实际剩余使用量AUp,k是大于预计的实际剩余使用量AUp，q。这样可推导
出如上所述的在油量减少的过程中油位降低到油量为最低限量值时的油位的同 样结论。所以，不管测量得到的经温度补偿的电学性质曲线是否与油的使用有 线性关系，本发明的方案都能推断在油量减少的过程中，其对应的油位是否已 降低到油量为最低限量值时的油位。
由图21和22还可知，除了应用油的剩余使用量外，同样可以应用测量的油 的经温度补偿的电学性质EP"M)来预计油位是否降低到最低限量值时的油位。
在由第一种情形所造成的事例中，测量的电学性EPT，q(Ml)大于预计的电学性质 EPT,q(P)。但是，他们的差异显示了，相比于由预计的电学性质所判断的较大程
度的油的变质，由测量的经温度补偿的电学性质表示了较少程度的油的变质。
这样本发明可以继续申述下列权利要求步骤
一如果测量的经温度补偿的电学性质大于预计的电学性质，那么可以断定油 系统中的油位已降低到油量为最低限量值时的油位。
在图21和22中的电学性质曲线代表了电阻抗和电压的曲线。如果测量的电 学性质是电流，其曲线如同图8所示。同样电学性质也可以是电阻抗中的电阻 和电容性阻抗。
图24显示了对上述测量油位实施方案的改进，即应用至少二只检测传感器。 他们是沿竖直方向被安置在例如曲轴箱箱壁上用来显示曲轴箱中的全油位的油 位变化。例如，在这实施方案中，至少二个检测传感器中的的第一个检测传感 器的检测电容器是被安置成与位置40等高。该位置是略低于当曲轴箱注入了额 定全容量油时所具有的油位。至少二个检测传感器中的第二个传感器的检测电 容器是按置在与油量为最低限量值时的油位44等高。这样至少二个检测传感器 的各自的传感器会对油位从全油量的油位降低到最低限量值时的油位的变化过 程提供各自的信息。从而机械使用者可以采取措当的措施来保护机械使其免于 损坏。
另外，在至少二个传感器中的第三个也可以安装在一比最低限量油时的油位
更低的位置。在该上述的实施方案中，至少二个传感器中的每一个传感器可以
结合一单独的参照传感器。或如图24所示，至少二个传感器可以结合同一的参 照传感器28。或者至少二个传感器的几个可结合一参照传感器来获得相应的每 一个检测传感器上的经温度补偿的电学性质。
必须指出的是，以上叙述的用来判断油的最低限量时的油位的实施方案也可 用在如图20所述的本发明只使用一检测传感器的第二实施方案中。其时，该检 测传感器的电容器是安置在与油的最低限量值时油位等高的位置44上。另外， 本发明的第二实施方案可在采用如图24显示的和以上叙述的第一实施方案使用 的至少二个以上的检测传感器后，也能监测全油量的油位的变化。不过本文不 再重复对这样应用的详细解释。
在油的状况中还存在一种非常小概率的状况，即同时发生大量的水分突然进 入到油系统中和油储存器产生显著的漏油。本发明在本文中不准备对该状态加 以讨论。然而可以明确地是按照本发明的精神和目的，该小概率的状况依然是 可以被鉴别的。
本发明在本文的论述当然不是企图来限制本发明于某一特定的形式、或安 排、或任何特殊的实施方案、或任何特殊的应用。因为他们均可在遵循上述的本 发明的精神和目的下被修改成多种的特例和结构关系。而以上所显示的和叙述 的装置或方法，仅是企图来说明和公开一种可操作的实施方案，而不是企图展 现本发明可能被实施或者操作的所有的各种形式和改型。
权利要求
1、一种检测油位和油变质程度的方法，包括以下步骤(a)提供一使用油，其被放置在一机械的油系统中；(b)提供一不含有水份的参照油，该油是密封在一容器内，该容器是被放置于同使用油有相同温度的区域；(c)提供一检测传感器，其包含了一第一电容器；(d)提供一参照传感器，其包含了一第二电容器，该第二电容器即参照电容器浸没在参照油中；(e)将检测传感器安置在油系统中，使得该第一电容器即检测电容器浸没在使用油中；(f)测量下列任何一种的第一和第二电容器的电学性质，—第一电容器和第二电容器的电阻抗；—在第一电容器和第二电容器中通过的电流；—在第一电容器和第二电容器上的电压；(g)结合该第一电容器和第二电容器的电学性质，从而得到第一电容器的一测量的经温度补偿的电学性质，其代表了使用油的测量的经温度补偿的电学性质EPT(M)；(h)根据步骤(a)到(g)建立对使用油的预计的经温度补偿的电学性质EPT(P)的曲线，其反映了该油的正常变质，该预计的曲线包含有一电学性质EPT，N，其是使用油未被使用并不含水分时的经检测得到的电学性质，和另一电学性质EPT，S，其是使用油在被使用尽了并且不含水分时经检测得到的电学性质；(i)建立一该使用油的可使用的全量程为ΔUF＝(US-UN)，其相对应的电学性质的改变为ΔEPT＝(EPT，N-EPT，S)，其中U反映了该油的实际使用量，UN是使用油是一新油时的实际使用量，和US是使用油是一使用尽了的油时的实际使用量；(j)对该使用油当其具有测量得到的电学性质EPT(M)时定义一测量的归一化的油的剩余使用率RM为RM＝[EPT(M)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]，其中R是油的剩余使用率，其数值是从对新油时为1到对使用尽的油时为零；(k)定义测量的油的剩余使用量为RMΔUF＝RM*(US-UN)；(1)从预计的电学性质曲线，并根据与测量的电学性质EPT(M)相对应的一该油的使用量，决定一预计的温度补偿的电学性质EPT(P)，再建立与其相对应的一预计的剩余使用率RP＝[EPT(P)-EPT，S]/[EPT，N-EPT，S]，从而得到一预计的剩余使用量RPΔUF；(m)如果测量的该油的剩余使用量RMΔUF是类同于预计的剩余使用量RPΔUF，则判定该使用油的不含水的正常变质和确定测量的剩余使用量代表了该使用油的实际剩余使量；(n)如果测量的该油的剩余使用量RMΔUF是小于预计的剩余使用量RPΔUF，则断定该使用油含有水份的不正常变质；(o)如果测量的该油的剩余使用量RMΔUF是大于预计的剩余使用量RPΔUF，则断定该使用油的油位是降低到油量为最低限度值时的油位。
2、 根据权利要求1步骤(b)所述的方法，其特征在于还包括该参照油具有同该使用油相同的热物理性质，另外该参照油是未经使用的油、或者是使 用尽了的油、或者是部分地使用尽了的油。
3、 根据权利要求l步骤(d)所述的方法，其特征在于还包括第一和第 二电容器的结构有相关的联系，即第一和第二电容器浸在相同的油中，当温度 改变时，第一和第二电容器有同样程度的电学性质的改变。
4、 根据权利要求l步骤(f)所述的方法，其特征在于所述的第一电容器 和第二电容器的电学性质，还包括电阻和电容性阻抗。
5、 根据权利要求l步骤(i)所述的方法，其特征在于所述的使用量是该 使用油使用的时间数或者使用的里程数。
6、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括如果测量的经温度 补偿的电学性质EP"M)存在以下任何一种情况，则确定该使用油含有水份—该测量的电学性质展现了突然的改变，这种改变显示了比预计的油的 变质程度有额外程度的变质；一该测量的电学性质的数值不同于预计的电学性质的数值，这种数值的不同显示了比预计的油的变质程度有额外程度的变质；—该测量的电学性质显示了不同于预计的油的变质的速率，这种不同显 示了比预计的油的变质程度有额外程度的变质；—该测量的电学性质超过了预计的一极值，且该现象在早于预定发生的 时刻所发生。
7、 根据权利要求l步骤(a)所述的方法，其特征在于还包括提供放置 在一冷的内燃机里的该使用油，发动内燃机，如果测量的该使用油的电学性质 在步骤(g)中最初呈现异常，其代表了比由预计的油的变质程度有额外程度的 变质，可确定在该使用油中含有水份。
8、 根据权利要求1步骤(k)所述的方法，其特征在于还包括.-(p)定义测量的油的实际剩余使用量为AUm=(Us-Um)，所述的Um対 应于电学性质EP"M);(q)定义预计的油的实际剩余使用量为AU^ (Us-Up)，所述的Up对应于电学性质EP"P);(r)如果测量的该油的实际剩余使用量AUM是类同于预计的油的实际 剩余使用量AUp，则判定该使用油的不含水的正常变质和确定该测量的实际剩余 使用量；(s)如果测量的该油的实际剩余使用量AUM是小于预计的该油的实际 剩余使用量AUp，则断定该使用油含有水份的不正常变质；(t)如果测量的该油的实际剩余使用量AUM是大于预计的该油的实际剩 余使用量MJp，则断定该使用油的油位是降低到油量为最低限度值时的油位。
9、 根据权利要求l步骤(j)所述的方法，其特征在于还包括定义量使 用油的变质程度率Dm为DM =[EPt,n-EPt(M)]/[EPt，n-EPt,s]，其数值是从对新油时 为零到对使用尽的油时为1。
10、 根据权利要求1步骤(e)所述的方法，其特征在于还包括该检测传 感器的第一电容器被按置的位置与油在最低限量值时的油位等高。
11、 根据权利要求l步骤(h)所述的方法，其特征在于还包括测量的经 温度补偿的电学性质不同于预计的电学性质，这种不同显示了该油有小于预计的油的变质程度的变质，则断定该使用油的油位是降低到油量为最低限度值时 的油位。
12、 根据权利要求1歩骤(C)所述的方法，其特征在于还包括至少二个 检测传感器，其含有对应的第一电容器，至少二个检测传感器被安装在油系统 的不同部位的油中。
13、 根据权利要求12所述的方法，其特征在于还包括至少二个检测传 感器中的第一个传感器的检测电容器被安置的位置是略低于当油系统注入了额 定全容量油时所具有的油位，至少二个检测传感器中的第二个传感器的检测电 容器是按置在与最低限量油时的油位等高。
14、 一种检测油位和油变质程度的方法，包括以下步骤(a) 提供一使用油，该油被安置在一机械的油系统中；(b) 提供一检测传感器，其包括有一电容器C1;(C)把该传感器安置在油系统中，其电容器C1是浸没在该使用油中；(d) 测量该电容器的温度补偿的电学性质，该性质是下述的任何一种， 其代表了油的经温度补偿的电学性质EPt(M):—电容器C1的电阻抗； 一在电容器C1中通过的电流； 一在电容器C1上的电压；(e) 建立反映该使用油正常变质的一预计的经温度补偿的电学性质EPt(P)的曲浅，该曲线包含有一电学性质EPT,w，其是该使用油未被使用并不含 水份时的经检测得到的电学性质，和另一电学性质EPT,s，其是该使用油在被使 用尽了并且不含水份时经检测得到的电学性质；(f) 建立一该使用油的可使用的全量程为AUF=(US-UN)，其相对应的电 学性质的改变为AEPxKEPT,n-EPT,s)，其中U反映了该油的实际使用量，Un是 使用油是一新油时的实际使用量，和Us是使用油是一使用尽了的油时的实际使 用量；(g) 对该使用油当其具有测量得到的电学性质EP"M)时定义一测量的 归一体的袖的剩余使用率？1￥为Rm=[EPt(M)-EPt,s]/[EPt,n-EPt，s]，其中R是油的剩余使用率，其数值是从对新油时为1到对使用尽的油时为零；(h )定义测量的油的剩余使用量为RM MJF = RM * (Us- UN);(i)从预计的电学性质曲线，并根据与测量的电学性质EPx(M)相对应的一该油的使用量，决定一预计的温度补偿的电学性质EPT(P)，再建立与其相对应的一预计的剩余使用率RP=[EPT(P) - EPT,S]/[EPT,N- EPt,s]，从而得到一预计 的剩余使用量RPAUF;(j)如果测量的该油的剩余使用量RM AUF是类同于预计的剩余使用量 RPAUF，则判定该使用油的不含水的正常变质和确定测量的剩余使用量代表了该 使用油的实际剩余使量；(k)如果测量的该油的剩余使用量RMAUp是小于预计的剩余使用量 RPAUF，则断定该使用油含有水份的不正常变质；(1)如果测量的该油的剩余使用量RMAUF是大于预计的剩余使用量 RPAUF，则断定该使用油的油位是降低到油量为最低限度值时的油位。
15、 根据权利要求14步骤(d)所述的方法，其特征在于所述的电容器的 电学性质，还包括电阻和电容性阻抗。
16、 根据权利要求14步骤(f)所述的方法，其特征在于所述的使用量是 该使用油使用的时间数或者使用的里程数。
17、 根据权利要求14步骤(i)所述的方法，其特征在于还包括如果测量的经温度补偿的电学性质EPT(M)存在以下任何一种情况，则确定该使用油含 有水份一测量的电学性质展现了突然的改变，这种改变显示了比预计的油的变质程度有额外程度的变质；一测量的电学性质的数值不同于预计的电学性质的数值，这种数值的不同显示了比预计的油的变质程度有额外程度的变质；一测量的电学性质显示了不同于预计的油的变质的速率，这种不同显示 了比预计的油的变质程度有额外程度的变质；一测量的电学性质超过了预计的一极值，且该现象在早于预定的发生的 时刻所发生。
18、 裉据权利要求l步骤(a)所述的方法，其特征在于还包括提供放 置在一冷的内燃机里的该使用油，发动内燃机，如果测量的该使用油的电学性 质在步骤(d)中最初呈现异常，其代表了比由预计的油的变质程度有额外程度 的变质，可确定在该使用油中含有水份。
19、 根据权利要求14步骤(h)所述的方法，其特征在于还包括(m )定义测量的油的实际剩余使用量为AUM=(US-UM)，所述的Um対应于电学性质EPT(M);(n)定义预计的油的实际剩余使用量为AU产(Us-Up),所述的Up对 应于电学性质EPx(P);(o)如果测量的该油的实际剩余使用量AUM是类同于预计的油的实际 剩余使用量AUp，则判定该使用油的不含水的正常变质和确定该测量的实际剩余 使用量；(p)如果测量的该油的实际剩余使用量AUM是小于预计的该油的实际 剩余使用量AUp，则断定该使用油含有水分的不正常变质；(q)如果测量的该油的实际剩余使用量AUM是大于预计的该油的实际 剩余使用量AUp，则断定该使用油的油位是降低到油量为最低限度值时的油位。
20、 根据权利要求14步骤(g)所述的方法，其特征在于还包括定义量使用油的变质程度率DM为DM=[EPT，N-EPT(M)]/[EPT,N-EPT,S]，其数值是从对新油 时为零到对使用尽的油时为1。
21、 根据权利要求14步骤(c)所述的方法，其特征在于还包括该检测传 感器的电容器被按置的位置与油在最低限量值时的油位等高。
22、 根据权利要求14步骤(i)所述的方法，其特征在于还包括测量的经 温度补偿的电学性质不同于预计的电学性质，这种不同显示了该油有小于预计 的油的变质程度的变质，则断定该使用油的油位是降低到油量为最低限度值时 的油位。
23、 根据权利要求14步骤(b)所述的方法，其特征在于还包括至少二个 检测传感器，其含有对应的第一电容器，至少二个检测传感器被安装在油系统 的不同部位的油中。
24、裉据权利要求23所述的方法，其特征在于还包括至少二个检测传 感器中的第一个传感器的检测电容器被安置的位置是略低于当油系统注入了额 定全容量油时所具有的油位，至少二个检测传感器中的第二个传感器的检测电 容器是按置在与油的最低限量值时的油位等高。
全文摘要
本发明的方法是用于检测油的状况，包括油量为最低限量值时的油位，油在无水份时的正常变质及其具有的剩余使用量，和油在有水份时的非正常变质。本发明的第一实施方案应用了一参照和检测电容器来获得测量的经温度补偿的被测油的电学性质，从而导出被测油的测量的和预计的油的剩余使用量。这样上述的油位、油的正常或非正常变质可以根据相应的测量的油的剩余使用量是大于、或类似、或小于预计的剩余使用量来判断。本发明的第二实施方案，仅使用检测电容器来获得测量的油的电学性质。对以上二方案的优化是应用至少二个检测电容器来检测油系统里的油的非均匀变质和油位的全程变化。
文档编号G01N27/26GK101382534SQ20081021270
公开日2009年3月11日 申请日期2008年8月31日 优先权日2007年9月5日
发明者孙一忠 申请人:孙一慧;孙一忠