Để giám sát chất lượng dầu một chất lỏng không phân cực và có độ dẫn điện thấp thường nhỏ hơn 0.1 µS/cm. Để đo được chất lượng dầu chúng ta cần phải có một thiết bị có hằng số điện môi (reference dielectric constant) tương đối nhỏ đủ để đo được chất lượng của dầu sạch.
Hằng số điện môi là gì?
Hằng số điện môi (εr): Là một đại lượng vật lý đo lường khả năng của một chất (như dầu) để lưu trữ điện tích trong điện trường. Mỗi loại dầu có hằng số điện môi đặc trưng (thường từ 2–5), trong khi nước có εr cao hơn nhiều (~80). Sự thay đổi εr trong dầu có thể chỉ ra sự nhiễm bẩn, ví dụ như nước, axit, hoặc hạt kim loại.
εr ref: Đây là giá trị hằng số điện môi của mẫu dầu sạch (reference oil) được sử dụng làm chuẩn để hiệu chuẩn cảm biến. Khi cảm biến được cài đặt, nó cần được cấu hình với một mẫu dầu sạch để xác định giá trị εr cơ bản (εr ref). Sau đó, cảm biến sẽ so sánh εr của dầu đang sử dụng với εr ref để phát hiện các thay đổi do nhiễm bẩn, như sự hiện diện của nước hay các bụi bẩn lẫn trong dầu.
Hằng số điện môi của dầu và nước
- Dầu tinh khiết Dầu (như dầu khoáng, dầu bôi trơn, dầu diesel, hoặc dầu thực vật) là chất không phân cực, có độ dẫn điện rất thấp, thường dưới 0,01–0,1 µS/cm.
- Các loại dầu: thường có hằng số điên môi từ 1,8 cho đến 2,4 tùy theo loại dầu. Một số loại đặc biệt có thể cao hơn.
- Nước có hằng số điện môi của nước từ 78 cho đến 80.
- Hằng số điện môi của không khí là 1.
Cảm biến chất lượng dầu cần phải có độ phân giải cao và đo được độ dẫn điện thấp từ 0 với sai số nhỏ 0,01.
Cảm biến đo chất lượng dầu hoạt động thế nào
Cảm biến cần phải đo được độ dẫn điện rất thấp từ 0,01 cho tới 2,5 với độ nhạy từ 0,01 µS/cm. Khi đó khi dầu bị lẫn tạp chất dù rất nhỏ thì cảm biến cũng dễ dàng phát hiện sự biến đổi của độ dẫn điện.
Các cảm biến chuyên dụng đo chất lượng dầu thường có giới hạn -0,01 … 2.5 µS/cm. Điều đó đồng nghĩa rằng cảm biến chỉ phát hiện được một lượng nước lẫn trong dầu ở mức rất thấp. Bởi nước có hằng số điện môi là 80 trong khi dầu chỏ chỉ từ 0,01 cho tới 2.5 µS/cm.
Khi một lượng nước nhỏ hòa tan vào dầu thì cảm biến lập tức phát hiện. Khi dung dịch có hằng số điện môi lớn hơn 2.5 thì gần như cảm biến không thể phát hiện được.
Ứng dụng quan trọng của cảm biến chất lượng dầu:
Trong công nghiệp (như dầu bôi trơn trong máy móc, dầu biến thế, hoặc dầu thủy lực), việc phát hiện nước trong dầu rất quan trọng vì nước làm giảm hiệu suất và gây hư hỏng. Một cảm biến đo độ dẫn điện nhạy như thế này có thể phát hiện sớm sự hiện diện của nước, đặc biệt ở giai đoạn đầu khi hàm lượng nước còn thấp.
Ví dụ: Trong dầu biến thế, hàm lượng nước 0,01–0,05% có thể làm độ dẫn điện tăng từ <0,1 µS/cm lên 0,5–2 µS/cm, nằm trong phạm vi đo của thiết bị.
Cảm biến chất lượng dầu QOS-35
- Tên sản phẩm: Oil Quality Sensor QOS-35
- Hãng sản xuất: Dinel, s.r.o. (Cộng hòa Séc)
- Sử dụng công nghệ đo tần số điện môi tiên tiến nhất thế giới với phạm vi nhỏ từ -0,01 … 2,5 µS/cm.
- Tín hiệu ngõ ra 0-10V tương ứng mức dầu sạch và nhiễm bẩn.
- Bù nhiệt độ: Cảm biến có chức năng bù nhiệt độ để giảm thiểu sai số khi nhiệt độ dầu thay đổi.
- Điều chỉnh độ nhạy: với khả năng điều chỉnh độ nhạy bằng bút từ, cảm biến dễ dàng thay đổi hằng số điện môi tương ứng với loại dầu cần giám sát.
Mục đích: Cảm biến này được thiết kế để phân tích liên tục chất lượng dầu trong các thiết bị vận hành, phát hiện các dấu hiệu hao mòn và nhiễm bẩn như nước, axit, nhiên liệu, độ nhớt, các loại dầu khác nhau, carbon, hạt cặn, v.v.
Ứng dụng giám sát liên tục chất lượng dầu:
- Giám sát dầu bôi trơn trong động cơ, máy móc công nghiệp, tua-bin, hộp số.
- Phát hiện sớm các vấn đề hao mòn hoặc nhiễm bẩn để bảo trì dự đoán (predictive maintenance).
- Phù hợp cho các ngành công nghiệp như ô tô, hàng hải, năng lượng, và sản xuất.
- Dầu biến thế: dầu nhiễm ẩm, dầu tổng hợp, dầu chứa phụ gia …
- Dầu thực vật: dầu ô liu, dầu đậu nành có thể nhiễm các chất khác.
- Dầu bôi trơn: Khi nhiễm nước hoặc hạt kim loại từ máy móc, độ dẫn điện có thể tăng lên
- Dầu chứa phụ gia: một số dầu hỗn hợp, chuyên dụng chứ phụ gia rất khó phát hiện nhiễm bẫn.
Với EQS có thể cài đặt bất kỳ độ dẫn điện nào tùy theo loại dầu cần giám sát. Sự thay đổi hằng số điện môi sẽ được quy đổi thành tỉ lệ phần trăm để chúng ta biết được sự khác biệt so với ban đầu.
Phân tích khả năng phát hiện tạp chất trong dầu của cảm biến
Độ dẫn điện của dầu và nước:
- Dầu tinh khiết: Dầu (như dầu khoáng, dầu bôi trơn, dầu diesel, hoặc dầu thực vật) là chất không phân cực, có độ dẫn điện rất thấp, thường dưới 0,01–0,1 µS/cm.
- Nước: Nước tinh khiết (khử ion) có độ dẫn điện khoảng 0,055–2 µS/cm, nhưng nước thông thường (như nước máy hoặc nước nhiễm bẩn) có độ dẫn điện cao hơn, từ 10–1000 µS/cm hoặc hơn, tùy thuộc vào hàm lượng ion.
- Dầu nhiễm nước: Khi nước lẫn vào dầu (dạng nhũ tương hoặc hòa tan), độ dẫn điện của hỗn hợp tăng đáng kể vì nước mang theo ion. Ngay cả một lượng nhỏ nước (0,01–0,5%) cũng có thể làm độ dẫn điện tăng từ mức <0,1 µS/cm lên 1–10 µS/cm hoặc hơn, tùy vào loại nước và dầu.
Phạm vi đo 0,01–2,3 µS/cm:
- Phạm vi này rất thấp, phù hợp để phát hiện các thay đổi nhỏ trong độ dẫn điện, như từ dầu tinh khiết sang dầu có hàm lượng nước rất thấp.
- Với độ nhạy từ 0,01 µS/cm, thiết bị có thể phát hiện sự tăng độ dẫn điện nhỏ nhất, ví dụ khi dầu bắt đầu nhiễm một lượng nước tối thiểu (dưới 0,1%).
- Tuy nhiên, vì giới hạn trên chỉ là 2,3 µS/cm, thiết bị này sẽ không đo được chính xác nếu hàm lượng nước cao hơn (làm độ dẫn điện vượt quá 2,3 µS/cm). Điều này có nghĩa nó chỉ phù hợp để phát hiện nước ở mức rất thấp trong dầu.
Cách hiệu chuẩn cảm biến chất lượng dầu QOS-35
Hiệu chuẩn ban đầu: để bắt đầu giám sát chất lượng dầu, QOS-35 cần được cấu hình với mẫu dầu sạch (reference oil). Giá trị εr ref của mẫu dầu này được ghi nhận để làm mốc so sánh.
Phát hiện nước hoặc tạp chất: Khi dầu bị nhiễm nước (hoặc các tạp chất khác như axit, carbon, hạt kim loại), εr của dầu sẽ thay đổi (thường tăng do nước có εr cao). QOS-35 phát hiện sự chênh lệch giữa εr hiện tại và εr ref để báo hiệu sự nhiễm bẩn.
Điều chỉnh độ nhạy: QOS-35 cho phép điều chỉnh độ nhạy bằng bút từ tính (magnetic pen MP-8) tại hai điểm ( + ) và ( – ). Độ nhạy này liên quan đến việc phát hiện các thay đổi nhỏ trong εr so với εr ref, giúp cảm biến nhạy hơn với các mức nhiễm nước thấp.
Anh em cần biết thêm thông tin gì về cảm biến chất lượng dầu hoặc cách hiệu chuẩn εr ref cụ thể. Cứ để lại lời nhắn hoặc liên hệ trực tiếp với mình để nghiên cứu sâu hơn nhé.
Chúc anh em thành công!
Kỹ sư Cơ – Điện Tử
Nguyễn Minh Hoà
Mobi : 0937.27.55.66
BÀI VIẾT LIÊN QUAN