DE102004027848A1

DE102004027848A1 - Verfahren zur Untersuchung einer Fluidqualität auf Grundlage von Impedanz

Info

Publication number: DE102004027848A1
Application number: DE102004027848A
Authority: DE
Inventors: Ion C. Grosse Pointe Halalay; Ellen Shirley E. Warren Schwartz
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2005-02-10
Also published as: US20040257094A1; US6922064B2

Abstract

Ein System zur Bestimmung einer Qualität eines Fluids umfasst eine Impedanzzelle, die in das Fluid eingetaucht ist, wie auch eine Impedanzinstrumentenausrüstung, die mit der Impedanzzelle in Verbindung steht. Eine Steuerung misst eine erste Impedanz des Fluids unter Verwendung eines elektrischen Signals mit einer ersten Frequenz, misst eine zweite Impedanz des Fluids unter Verwendung eines elektrischen Signals mit einer zweiten Frequenz und misst eine dritte Impedanz des Fluids unter Verwendung eines elektrischen Signals mit einer dritten Frequenz. Die Steuerung bestimmt eine Permittivität wie auch einen spezifischen elektrischen Widerstand des Fluids auf der Grundlage der ersten, zweiten und dritten Impedanz. Die Qualität des Fluids wird auf Grundlage der Permittivität und des spezifischen elektrischen Widerstands bewertet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bestimmung der Fluidqualität und insbesondere eine Bestimmung der Fluidqualität auf Grundlage einer elektrischen Impedanz.

Viele Typen von Maschinen verwenden Fluide, wie beispielsweise Öl, Schmiermittel oder Hydraulikfluid. Beispielhafte Maschinen umfassen Fahrzeugmotoren, Getriebe oder Herstellmaschinen. Die Fluidqualität spielt beim Betrieb, der Wartung der Maschine als auch dem Schutz der Maschinenkomponenten eine erhebliche Rolle. Fluide mit niedriger Güte sind nicht in der Lage, die Maschinenkomponenten ausreichend zu schützen und können aufgrund von Wärmeeinflüssen und Verschleiß einen Schaden an diesen zur Folge haben. Gebrauchte Fluide, die durch Gebrauch verschlissen bzw. zersetzt sind, können in ähnlicher Weise einen Schaden an den Maschinenkomponenten zur Folge haben.

Es sind Systeme entwickelt worden, um die Fluidqualität dieser Maschinen zu überwachen. Diese Systeme umfassen allgemein eine Impedanzzelle wie auch eine entsprechende Instrumentenausrüstung, die die Impedanz einer Fluidprobe misst. Bei einem Beispiel wird ein AC-Signal mit einem von Null verschiedenen DC-Offset auf das Fluid durch eine Impedanzzelle aufgebracht, und ein AC-Signal wird über einen Frequenzbereich von Milliherz (MHz) bis zu Megaherz (MHz) gewobbelt bzw. durchlaufen gelassen. Die gemessene Impedanz wird mit Referenzimpedanzwerten verglichen, um die Fluidqualität zu bestimmen.

Die Verwendung des DC-Offsets wie auch des AC-Wobbelns über einen breiten Frequenzbereich benötigt eine erhebliche Zeitdauer wie auch Ausrüstung, die komplizierter und teurer ist als es allgemein erwünscht ist. Ferner sind die Impedanzdaten, die mit einer Impedanzzelle gemessen werden, nicht vergleichbar mit den Impedanzdaten, die mit einer Impedanzzelle, die einen anderen Aufbau besitzt, gemessen werden. Dies ist auf die Geometrie der Impedanzzelle einschließlich ihrer Größe zurückzuführen, und zudem beeinflussen die physikalischen Eigenschaften der Elektroden die Impedanzdaten. Infolgedessen können, wenn die Impedanzzelle ausgetauscht werden muss, die Daten, die für ein Fluid mit einem Zellentyp erhalten wurden, nicht mit den Daten verglichen werden, die mit einem anderen Typ von Impedanzzelle erzeugt werden.

Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung ein System zur Bestimmung einer Qualität eines Fluids vor. Das System umfasst eine Impedanzzelle, die in das Fluid eingetaucht wird, wie auch eine Impedanzinstrumentenausrüstung, die mit der Impedanzzelle in Verbindung steht. Eine Steuerung misst eine erste Impedanz des Fluids unter Verwendung eines elektrischen Signals mit einer ersten Frequenz, misst eine zweite Impedanz des Fluids unter Verwendung eines elektrischen Signals mit einer zweiten Frequenz und misst eine dritte Impedanz des Fluids unter Verwendung eines elektrischen Signals mit einer dritten Frequenz. Die Steuerung bestimmt eine Permittivität wie auch einen spezifischen elektrischen Widerstand des Fluids auf Grundlage der ersten, zweiten und dritten Impedanz. Die Qualität des Fluids wird auf Grundlage der Permittivität und dem spezifischen Widerstand bewertet.

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das System ferner einen Temperatursensor, der mit der Steuerung in Verbindung steht. Der Temperatursensor wird in das Fluid eingetaucht und erzeugt ein Temperatursignal. Bei einer Ausführungsform bestimmt die Steuerung die Permittivität wie auch den spezifischen elektrischen Widerstand bei der Arbeitstemperatur des Fluids und wandelt die Permittivität wie auch den spezifischen elektrischen Widerstand auf Werte um, die einer Referenztemperatur entsprechen. Bei einer weiteren Ausführungsform misst die Steuerung die erste, zweite und dritte Impedanz, wenn die Temperatur gleich einer Referenztemperatur ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform misst die Steuerung eine vierte Impedanz des Fluids unter Verwendung eines elektrischen Signals mit einer vierten Frequenz und bestimmt die Permittivität wie auch den spezifischen elektrischen Widerstand des Fluids auf Grundlage der Werte der Impedanz bei vier Frequenzen.

Bei einer noch weiteren Ausführungsform ist die zweite Frequenz um das etwa 10-fache größer als die erste Frequenz.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die dritte Frequenz um das etwa 10-fache größer als die zweite Frequenz.

Bei einer noch weiteren Ausführungsform ist die vierte Frequenz um etwa das 10-fache größer als die dritte Frequenz.

Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlicher. Es sei zu verstehen, das die detaillierte Beschreibung wie auch die spezifischen Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur zu Veranschaulichungszwecken und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:

1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Bestimmung der Qualität eines Fluids auf Grundlage der elektrischen Impedanz ist;

2 ein Nyquist-Diagramm ist, das eine 3-Punkt-Impedanzkurve auf Grundlage von Impedanzmessungen bei drei Frequenzen zeigt;

3 ein Nyquist-Diagramm ist, das eine 4-Punkt-Impedanzkurve auf Grundlage von Impedanzmessungen bei vier Frequenzen zeigt;

4 eine schematische Darstellung einer äquivalenten Schaltung zum Anpassen der elektrischen Impedanz einer Flüssigkeit in einer Messzelle ist;

5A ein Diagramm der polaren Impedanzamplitude in Abhängigkeit von der Frequenz ist;

5B ein Diagramm des polaren Impedanzphasenwinkels in Abhängigkeit der Frequenz ist; und

6 ein Diagramm der Permittivität in Abhängigkeit von dem spezifischen elektrischen Widerstand für einen beispielhaften Fluidtyp ist.

Die nun folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch zu beschränken.

In 1 ist eine schematische Darstellung eines Systems 10 zur Bestimmung der Qualität eines Fluids auf Grundlage von elektrischer Impedanz gezeigt. Das System 10 gemäß der vorliegenden Erfindung kann in jedem Typ von Umgebung verwendet werden, in dem eine Fluidqualität wichtig ist. Bei einem Beispiel ist das System 10 in ein Fahrzeug eingebaut, um eine Bestimmung der Fluidqualität für Fluide, wie beispielsweise Motoröl oder Getriebeöl, zu ermöglichen. Alternativ dazu kann das System 10 in eine Maschinenausrüstung eingebaut sein, um eine Bestimmung der Fluidqualität für Fluide, wie beispielsweise Schmiermittel oder Hydraulikfluid, zu ermöglichen. Diese beiden Beispiele sind lediglich beispielhaft für verschiedene Umgebungen, in denen das System 10 der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, und sind nicht als Beschränkung der Erfindung, ihrer Anwendungen oder ihres Gebrauchs anzusehen.

Das System 10 umfasst eine Steuerung 12, eine Impedanzinstrumentenausrüstung 14 wie auch eine Temperaturinstrumentenausrüstung 16. Die Steuerung 12 kann in der Form eines Computers vorliegen, der eine daran befestigte Datenerfassungshardware besitzt und auf dem Analysesoftwareprogramme laufen. Es ist jedoch davon auszugehen, dass die Steuerung 12 ein beliebiger Typ eines Computers oder einer Steuerung mit Eingabe-, Ausgabe-, Datenspeicher- wie auch Verarbeitungseintrichtungen sein kann.

Die Impedanzinstrumentenausrüstung 14 überwacht die Impedanz des Fluids in einem Reservoir 15 auf Grundlage eines Signals von einer Messzelle 18. Die Impedanzinstrumentenausrüstung 14 umfasst einen Mehrfrequenz-AC-Generator, der über die Zelle 18 ein periodisches elektrisches Signal anlegt. Die Zelle 18 sendet ein Antwortsignal an die Impedanzinstrumentenausrüstung, die das Signal dazu verwendet, um die Impedanz des Fluids zu bestimmen. Eine beispielhafte Impedanzinstrumentenausrüstung umfasst eine sich selbst ausgleichende AC-Brücke oder eine LCR-Meßeinrichtung oder eine andere geeignete Vorrichtung.

Die Temperaturinstrumentenausrüstung 16 überwacht die Temperatur des Fluids auf Grundlage eines Signals von einem Temperatursensor 20. Beispielhafte Temperatursensoren umfassen einen Thermistor, ein Thermoelement oder einen anderen geeigneten Sensor. Die Temperatur kann auch von anderen bekannten Parametern abgeleitet werden. Die Temperaturinstrumentenausrüstung 16 ist abhängig von dem Typ des Temperatursensors 20, der verwendet wird. In dem Fall eines Thermistors umfasst die Temperaturinstrumentenausrüstung 16 einen Ohmmeter. In dem Fall eines Thermoelements umfasst die Temperaturinstrumentenausrüstung 16 einen Voltmeter. Die Temperaturinstrumentenausrüstung 16 sendet ein Temperatursignal an die Steuerung 12.

Praktisch alle Fluide können Strom leiten, wenn eine Spannung angelegt wird. Für verschiedene Typen von Fluiden variiert die Impedanz Z(f) mit der Frequenz der angelegten Spannung und den Eigenschaften des Fluids. Die Impedanz Z(f) ist eine komplexe Funktion, die entweder mit kartesischen Komponenten als Z(f) = Z'(f) + i Z''(f) oder mit polaren Komponenten als

dargestellt werden kann. Z'(f) ist der Realteil der Impedanzfunktion Z(f), und Z''(f) ist der Imaginärteil. |Z(f)| ist das Modul oder die Amplitude von Z(f), und θ(f) ist der Phasenwinkel. Es sei angemerkt, dass die Komponenten von Z(f) unabhängig davon, ob sie kartesisch oder polar sind, Funktionen der Frequenz sind.

In den 2 und 3 ist eine Darstellung von Z(f) durch Auftragen von Z'' in Abhängigkeit von Z' gezeigt. Die Diagramme der 2 und 3 werden in der Elektrotechnik als Nyquist-Diagramm (Nyquist-Plot) und in der Mathematik als Vektordiagramm bezeichnet. Es sei angemerkt, dass die Frequenzabhängigkeit bei Nyquist implizit ist. Dies bedeutet, dass jeder Punkt der Kurve einer anderen Frequenz entspricht. Diagramme der polaren Komponenten |Z(f)| und θ(f) von Z(f) in Abhängigkeit der Frequenz sind als Bode-Diagramme bekannt (siehe 5A und 5B, die nachfolgend beschrieben sind).

Das Diagramm von 2 umfasst einzelne Datenpunkte A₂, B₂ und C₂, die Z(f)-Messungen bei drei verschiedenen Frequenzen entsprechen. Die Kurve des Nyquist-Diagramms kann unter Verwendung nur der drei Datenpunkte bestimmt werden. Das Diagramm von 3 umfasst einzelne Datenpunkte A₃, B₃, C₃ und D₃, die Z(f)-Messungen bei vier verschiedenen Frequenzen entsprechen. Die Kurve des Nyquist-Diagrammes von 3 wird genauer als diejenige von 2 bestimmt, da sie unter Verwendung von mehr Datenpunkten definiert ist. Obwohl mehr Datenpunkte eine genauere Darstellung des Z(f)-Verhaltens des Fluids vorsehen, ist mehr Zeit wie auch eine komplexere Ausrüstung erforderlich. Sogar obwohl das Z(f)-Verhalten unter Verwendung von nur drei Datenpunkten bestimmt werden kann (2), wird eine bessere Genauigkeit erreicht, indem zumindest vier Datenpunkte (3) bestimmt werden.

Das Impedanzansprechen einer flüssigkeitsgefüllten Messzelle 18 umfasst zwei Komponenten. Eine Komponente resultiert aus der Flüssigkeit Z_FLÜSSIG(f), und die andere Komponente resultiert aus Grenzflächen zwischen der Flüssigkeit und den Elektroden, Z_GRENZFLÄCHE(f). Für jede Klasse von Fluiden hat eine vernünftige Konstruktion der Messzelle eine Trennung dieser beiden Komponenten zur Folge. Mit anderen Worten besitzen die Z_FLÜSSIG(f)- und Z_GRENZFLÄCHE(f)-Komponenten erhebliche Werte in vollständig getrennten Frequenzintervallen. Die Schaltung von 4 ist eine äquivalente Schaltung, die das Impedanzansprechen der meisten in der Praxis verwendeten Fluide als Modell nachbildet.

Physikalische Eigenschaften des Fluids, wie beispielsweise seine elektrische Permittivität ε_r wie auch sein spezifischer elektrischer Widerstand ρ oder alternativ dazu seine spezifische elektrische Leitfähigkeit k = 1/ρ können auf Grundlage der gemessenen Impedanz Z(f) bestimmt werden. Diese Eigenschaften sind von dem physikalischen Aufbau der jeweiligen Zelle, die zur Bestimmung von Z(f) verwendet wird, unabhängig. Dies bedeutet, dass diese physikalischen Eigenschaften des Fluids, die unter Verwendung eines Typs von Zelle 18 bestimmt werden, mit den physikalischen Eigenschaften eines Fluids vergleichbar sind, die mit einem anderen Typ von Zelle 18 bestimmt werden. Die RC-Schaltung umfasst einen Ohmschen Widerstand (R) und einen Kondensator (C), die parallel geschaltet sind. Die entsprechenden Impedanzen der RC-Schaltungselemente sind vorgesehen als:

wobei f die Frequenz des AC-Signals ist und i = √–1.

Für den AC-Impedanzvektor für die RC-Schaltung gilt:

Unter Verwendung dieser Gleichung lautet das Modul oder die Amplitude der Impedanz:

und ihr Phasenwinkel θ ist: tanθ = –2πfRC

Wie in 3 gezeigt ist, kann der Z(f)-Vektor durch seine Amplitude Z(f) = |Z(f)| und den Phasenwinkel θ(f) definiert aufgetragen werden. Die Impedanz Z(f) der Zelle wird gemessen, indem die Amplitude |Z(f)| wie auch der Phasenwinkel θ(f), wie oben beschrieben ist, für verschiedene Frequenzen bestimmt werden. Bevorzugt wird Z(f) unter Verwendung vier verschiedener Frequenzen gemessen, die durch eine Zehnerstufe (Dekade) voneinander getrennt sind, wie nachfolgend detaillierter erläutert wird. Die beispielhaften Datenpunkte A₃, B₃, C₃ und D₃ geben die vier gemessenen Z(f)-Werte an. Obwohl nur ein Z(f)-Vektor in 3 gezeigt ist, ist jedem Datenpunkt ein Z(f)-Vektor mit seiner entsprechenden Größe |Z(f)| und dem Phasenwinkel θ(f) zugeordnet.

In den 5A und 5B sind Diagramme der Amplitude |Z(f)| bzw. des Phasenwinkels θ(f) in Abhängigkeit von der Frequenz gezeigt. Der S-förmige Abschnitt des θ(f)-Diagramms ist als der Dispersions- bzw. Streuungsbereich bekannt und entspricht dem Halbkreis, der bei den Nyquist-Diagrammen in den 2 und 3 gezeigt ist. Dieser Bereich umfasst den größten Teil der Information über die Schaltungselemente, die das Impedanzansprechen der Flüssigkeit als Modell nachbilden. Um diesen Abschnitt des Diagramms angemessen abdecken zu können (d.h. in der Lage zu sein, die Halbkreise der 2 und 3 bestimmen zu können), werden die Z-Messungen bei den vier verschiedenen Frequenzen um eine bestimmte Größe voneinander getrennt abgenommen. Bei einem Beispiel sind die vier Frequenzen durch Zehnerschritte (Dekaden) getrennt. Dies bedeutet, dass die zweite Frequenz um einen Faktor 10 größer als die erste Frequenz ist, die dritte Frequenz um einen Faktor 10 größer als die zweite Frequenz ist (d.h. die dritte Frequenz um einen Faktor 100 größer als die erste Frequenz ist), und die vierte Frequenz um einen Faktor 10 größer als die dritte Frequenz ist (d.h. die vierte Frequenz um einen Faktor 1000 größer als die erste Frequenz ist). Auf diese Art und Weise wird Z(f) über zumindest einen großen Anteil des Streuungsbereiches gemessen.

Die Steuerung 12 empfängt die Impedanzdaten und bestimmt sowohl R als auch C unter Verwendung vorprogrammierter mathematischer Modelle wie auch unter Verwendung von Datenanpasstechniken. Insbesondere bleibt R und C des Fluids konstant, und die Impedanz variiert mit der Frequenz. Die Steuerung 12 führt unter Verwendung der vier Datenpunkte eine Kurvenanpassung aus und bestimmt die Konstanten R und C. Nach der Bestimmung von R und C berechnet die Steuerung 12 die Permittivität wie auch den spezifischen elektrischen Widerstand des Fluids. Der spezifische elektrische Widerstand ρ wie auch die elektrische Permittivität ε_r sind physikalische Eigenschaften des Fluids in seinem gegenwärtigen Zustand und sind unabhängig von dem Typ der Zelle 18 oder der Geometrie der Zelle, die zur Messung der Impedanz Z(f) verwendet wird. Alternativ dazu kann bei der Analyse die spezifische elektrische Leitfähigkeit σ und die elektrische Permittivität ε_r des Fluids verwendet werden, da der spezifische elektrische Widerstand wie auch die spezifische elektrische Leitfähigkeit Größen sind, die sich reziprok zueinander verhalten (d.h. ρ = 1/σ). Der spezifische elektrische Widerstand ist direkt auf R bezogen und die elektrische Permittivität ist direkt auf C bezogen, nämlich durch die Beziehungen ε_r = C/C_g bzw, ρ = R/K, wobei C_g und K die geometrische Kapazität der Zelle bzw. die Zellenleitfähigkeitskonstante darstellen.

In 6 ist ein Diagramm des spezifischen elektrischen Widerstandes in Abhängigkeit von der Permittivität für das beispielhafte Ölfluid gezeigt. Bei dem beispielhaften Fluid steigt der spezifische elektrische Widerstand des Fluids auf Grundlage der Fluideigenschaften. Dies bedeutet, dass ein Fluid mit niedrigerer Güte einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist. Beispielsweise besitzt eine neue Probe eines Fluids mit hoher Güte einen niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand, als eine neue Probe eines Fluids mit niedrigerer Güte bzw. minderwertigen Fluids. Ähnlicherweise steigt die Permittivität des Fluids an, wenn das Fluid während des Gebrauchs verschlissen bzw. zersetzt wird. Beispielsweise besitzt eine neue Probe eines Fluids mit hoher Güte bzw. eines hochwertigen Fluids eine geringere Permittivität als eine gebrauchte Probe desselben Fluids mit hoher Güte.

Das Diagramm von 6 ist in vier Quadranten I, II, III und IV aufgeteilt. Der Quadrant I gibt eine frische Probe eines Fluids mit hoher Güte an, und Quadrant II gibt eine frische Probe eines Fluids mit niedriger Güte an. Quadrat III gibt eine gebrauchte Probe eines Fluids mit niedriger Güte an und Quadrant IV gibt eine gebrauchte Probe eines Fluids mit hoher Güte an. Beispielsweise ist Fluid 1 ein Fluid mit hoher Güte. Eine frische Probe von Fluid 1 ist in Quadrant I angegeben. Wenn das Fluid 1 durch den Gebrauch zersetzt wird, verringert sich seine Qualität, wie im Quadrant IV angegeben ist. Ähnlicherweise ist das Fluid 2 ein Fluid mit niedriger Güte. Eine frische Probe von Fluid 2 ist in Quadrant II angegeben. Wenn das Fluid 2 durch Gebrauch zersetzt wird, verringert sich seine Qualität, wie in Quadrant III angegeben ist.

Die Temperatur beeinflusst den spezifischen elektrischen Widerstand ρ wie auch die elektrische Permittivität ε eines Fluids erheblich und somit auch die Parameter R und C der fluidgefüllten Impedanzzelle. Daher zeichnet die Steuerung 12 die Temperatur des Fluids auf, während die Impedanzmessungen genommen werden. Als Folge dessen bestimmt die Steuerung 12 die Permittivität wie auch den spezifischen elektrischen Widerstand des Fluids bei der gemessenen Temperatur. Unter Verwendung dieser Information wandelt die Steuerung 12 den spezifischen elektrischen Widerstand wie auch die Permittivität des Fluids in eine Referenztemperatur um. Alternativ dazu kann jedoch die Steuerung 12 die Temperatur so lange überwachen, bis das Fluid die Referenztemperatur erreicht. Die Steuerung 12 misst dann die Fluidimpedanz bei einer Referenztemperatur, um den spezifischen elektrischen Widerstand wie auch die Permittivität zu bestimmen, wie oben erläutert ist.

Die Werte des spezifischen elektrischen Widerstandes und der Permittivität bei der Referenztemperatur werden dazu verwendet, die Fluidqualität zu bestimmen. Insbesondere werden die gemessenen Werte des spezifischen elektrischen Widerstandes und der Permittivität mit vorhergehenden Werten verglichen, die in einer Datenbank 22 gespeichert sind (siehe 1). Auf die Datenbank 22 wird durch die Steuerung 12 zugegriffen. Der spezifische elektrische Widerstand wie auch die Permittivität werden mit den vorher bestimmten frischen und gebrauchten Werten in dem Diagramm verglichen, um die Fluidqualität zu bestimmen. Mit anderen Worten definieren die vorher bestimmten Werte in Abhängigkeit von der Permittivität die Grenzen der Quadranten I, II, III und IV des Diagramms des spezifischen elektrischen Widerstandes für jede gegebene Klasse von Flüssigkeiten.

Wenn die Fluidqualität von dem System 10 überwacht wird, wächst die Datenbank 22 für die Information des spezifischen elektrischen Widerstandes wie auch die Permittivität kontinuierlich an. Durch die Verwendung dieser Datenbank ist die Steuerung 12 in der Lage, den gegenwärtigen spezifischen elektrischen Widerstand wie auch die gegenwärtige Permittivität schnell mit denjenigen zu vergleichen, die vorher gemessen wurden, um die Qualität des Fluids genauer bestimmen zu können. Wenn die Datenbank wächst, wird die Genauigkeit der Bestimmung der Fluidqualität verbessert.

Wie oben kurz beschrieben ist, sind die Permittivität wie auch der spezifische elektrische Widerstand physikalische Eigenschaften des Fluids und von der jeweiligen Impedanzzelle unabhängig. Infolgedessen kann ungeachtet des Typs von verwendeter Impedanzzelle dieselbe Datenbank zur Bestimmung der Fluidqualität verwendet werden. Dies sieht erhebliche Vorteile gegenüber Verfahren nach dem Stand der Technik vor. Wenn beispielsweise die Zelle eines Systems ausgetauscht wird, ist die Information über die Fluidqualität basierend auf der neuen Zelle immer noch mit der Information in der Datenbank vergleichbar, die mit Daten aufgebaut ist, die von der ersetzten Zelle gesammelt wurden. Bei einem anderen Beispiel sind die Daten einer Anwendung, die das System mit einem bestimmten Typ von Zelle verwendet, vergleichbar mit den Daten einer anderen Anwendung, die das System mit einem anderen Typ von Zelle verwendet. Auf diese Art und Weise kann eine Gesamtdatenbank aufgebaut werden, die Daten von zahlreichen anderen Systemen importieren kann. Dies bedeutet, dass ein Hersteller die Datenbanken einer An zahl von Systemen importieren kann, die auf dem Gebiet verwendet werden, um eine zentrale Datenbank aufzubauen.

Wie oben kurz beschrieben ist, kann das System 10 in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, wobei die Fluidqualität eine wichtige Rolle spielt. Ungeachtet des Anwendungstyps kann das System 10 auf mindestens drei Arten verwendet werden. Bei einer Art wird das System 10 dazu verwendet, das Fluid zu überwachen, wenn das Fluid durch den Gebrauch zersetzt wird. Durch Überwachung des Verschleißes bzw. der Zersetzung des Fluids kann das System 10 einen Alarm für einen Bediener darüber ausgeben, dass das Fluid bis zu einem Punkt zersetzt ist, an dem es gewechselt werden sollte, um einen Schaden an anderen Komponenten der jeweiligen Anwendung zu vermeiden.

Bei einer anderen Art wird das System 10 dazu verwendet, die Güte der Fluide zu überwachen, die in die Anwendung eingeführt werden. Beispielsweise könnte ein Bediener ein Fluid mit niedriger Güte in die Anwendung aus mehrerlei Gründen, z. B. aus Gründen der Kostensenkung oder fehlendem Fluid mit höherer Güte, einführen. Das System 10 erkennt unmittelbar die Anwesenheit eines Fluids, das den Standard nicht erfüllt, und kann den Bediener warnen und den Zustand in dem Speicher speichern oder beides. In dem Fall, wenn eine Anwendung ein Problem aufweist, wie beispielsweise einen Verschleiß bzw. eine Zersetzung, kann Wartungspersonal die Information über die Fluidqualität leicht von dem Speicher der Steuerung abrufen. Durch Verwendung dieser Information kann das Wartungspersonal bestimmen, ob das Problem auf eine Vernachlässigung (kein Wechsel des Fluids, wenn es zersetzt ist), auf Fehlanwendung (d.h. Verwendung eines Fluids unter Standard) oder auf einen anderen Grund zurückzuführen ist. Infolgedessen kann ein Hersteller Garantieansprüche heruntersetzen, indem Fälle einer Vernachlässigung oder falschen Anwendung, die das Problem zur Folge hatten, identifiziert werden.

Bei einer noch weiteren Art wird das System 10 zum Finden von Fehlern wie auch zum Lösen von Problemen an mechanischen Vorrichtungen basierend auf einer Anwesenheit möglicher Schmutzstoffe verwendet. Die elektrische Permittivität von Fluiden liegt für Kohlenwasserstoffe im Bereich von etwa 2 bis 4, für Wasser bei etwa 72 und für verschiedene Stickstoffverbindungen bis gut über 100 hinaus. Die Einführung von Salz in eine Flüssigkeit kann ihren spezifischen elektrischen Widerstand um mehr als 10 Größenordnungen ändern. Beispielsweise bewirkt bei einer marinen Anwendung eine Kontamination des Motoröls mit Salzwasser große Änderungen sowohl der elektrischen Permittivität als auch des spezifischen elektrischen Widerstandes, die durch das System 10 bestimmt werden, was eine oder mehrere schadhafte Dichtungen angibt.

Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und somit sind Abwandlungen, die nicht vom Schutzumfang der Erfindung abweichen, als innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung anzusehen.

Zusammengefasst umfasst ein System zur Bestimmung einer Qualität eines Fluids eine Impedanzzelle, die in das Fluid eingetaucht ist, wie auch eine Impedanzinstrumentenausrüstung, die mit der Impedanzzelle in Verbindung steht. Eine Steuerung misst eine erste Impedanz des Fluids unter Verwendung eines elektrischen Signals mit einer ersten Frequenz, misst eine zweite Impedanz des Fluids unter Verwendung eines elektrischen Signals mit einer zweiten Frequenz und misst eine dritte Impedanz des Fluids unter Verwendung eines elektrischen Signals mit einer dritten Frequenz. Die Steuerung bestimmt eine Permittivitität wie auch einen spezifischen elektrischen Widerstand des Fluids auf Grundlage der ersten, zweiten und dritten Impedanz. Die Qualität des Fluids wird auf Grundlage der Permittivität und des spezifischen elektrischen Widerstands bewertet.

Claims

System zur Bestimmung einer Fluidqualität, mit: einer Impedanzzelle, die in das Fluid eingetaucht ist; einer Impedanzinstrumentenausrüstung, die mit der Impedanzzelle in Kommunikation steht; und einer Steuerung, die eine erste Impedanz des Fluids unter Verwendung eines elektrischen Signals mit einer ersten Frequenz misst, eine zweite Impedanz des Fluids unter Verwendung eines elektrischen Signals mit einer zweiten Frequenz misst, eine dritte Impedanz des Fluids unter Verwendung eines elektrischen Signals mit einer dritten Frequenz misst, eine Permittivität wie auch einen spezifischen elektrischen Widerstand des Fluids auf Grundlage der ersten, zweiten und dritten Impedanz bestimmt und die Qualität des Fluids auf Grundlage der Permittivität wie auch des spezifischen elektrischen Widerstands bewertet.
System nach Anspruch 1, ferner mit einem Temperatursensor, der mit der Steuerung in Kommunikation steht, in das Fluid eingetaucht ist und ein Temperatursignal erzeugt.
System nach Anspruch 2, wobei die Steuerung die Permittivität wie auch den spezifischen elektrischen Widerstand bestimmt, indem Werte der Permittivität wie auch des spezifischen elektrischen Widerstands auf Grundlage des Temperatursignals in eine Referenztemperatur umgewandelt werden.
System nach Anspruch 2, wobei die Steuerung die erste, zweite und dritte Impedanz misst, wenn die Temperatur gleich einer Referenztemperatur ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eine vierte Impedanz des Fluids unter Verwendung eines elektrischen Signals mit einer vierten Frequenz misst und die Permittivität wie auch den spezifischen elektrischen Widerstand des Fluids auf Grundlage der vierten Impedanz bestimmt.
System nach Anspruch 1, wobei die zweite Frequenz in etwa um das 10-fache größer als die erste Frequenz ist.
System nach Anspruch 1, wobei die dritte Frequenz in etwa um das 10-fache größer als die zweite Frequenz ist.
System nach Anspruch 5, wobei die vierte Frequenz in etwa um das 10-fache größer als die dritte Frequenz ist.
Verfahren zum Bestimmen einer Qualität eines Fluids, umfassend, dass: eine erste Impedanz des Fluids unter Verwendung eines Signals mit einer ersten Frequenz gemessen wird; eine zweite Impedanz des Fluids unter Verwendung eines Signals mit einer zweiten Frequenz gemessen wird; eine dritte Impedanz des Fluids unter Verwendung eines Signals mit einer dritten Frequenz gemessen wird; eine Permittivität wie auch ein spezifischer elektrischer Widerstand des Fluids auf Grundlage der ersten, zweiten und dritten Impedanz bestimmt werden; und die Qualität des Fluids auf Grundlage der Permittivität wie auch des spezifischen elektrischen Widerstands bewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend, dass eine vierte Impedanz des Fluids unter Verwendung eines Signals mit einer vierten Frequenz gemessen wird, wobei die Permittivität wie auch der spezifische elektrische Widerstand des Fluids ferner auf der vierten Impedanz basiert.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite Frequenz in etwa um das 10-fache größer als die erste Frequenz ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die dritte Frequenz in etwa um das 10-fache größer als die zweite Frequenz ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die vierte Frequenz in etwa um das 10-fache größer als die dritte Frequenz ist.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend, dass eine Temperatur des Fluids gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei ferner der Schritt zum Bestimmen der Permittivität und des spezifischen elektrischen Widerstandes umfasst, dass Werte der Permittivität und des spezifischen elektrischen Widerstands auf Grundlage der Temperatur und einer Referenztemperatur umgewandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Schritte zum Messen der ersten, zweiten und dritten Impedanz ausgeführt werden, wenn die Temperatur gleich einer Referenztemperatur ist.
Verfahren zur Überwachung der Verwendung von Ausrüstung, in der ein Fluid umgewälzt wird, umfassend, dass: eine Permittivität und ein spezifischer elektrischer Widerstand des Fluids gemessen werden; eine Qualität des Fluids auf Grundlage der Permittivität und dem spezifischen elektrischen Widerstands bewertet wird; und auf Grundlage der Qualität bestimmt wird, ob die Ausrüstung falsch gewartet wurde.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt zum Bestimmen der Permittivität und des spezifischen elektrischen Widerstands umfasst, dass: eine erste Impedanz des Fluids unter Verwendung eines Signals mit einer ersten Frequenz gemessen wird; eine zweite Impedanz des Fluids unter Verwendung eines Signals mit einer zweiten Frequenz gemessen wird; eine dritte Impedanz des Fluids unter Verwendung eines Signals mit einer dritten Frequenz gemessen wird; und wobei die Permittivität und der spezifische elektrische Widerstand auf der ersten, zweiten und dritten Impedanz und der Temperatur basieren.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei ferner ein Anwender hinsichtlich eines Zustands mit niedriger Qualität alarmiert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Qualität eine Güte des Fluids ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Qualität ein Zersetzungsausmaß des Fluids beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Ausrüstung falsch gewartet wird, wenn das Fluid dann, wenn die Qualität auf ein unakzeptables Niveau abgesunken ist, nicht ersetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Ausrüstung falsch gewartet wird, wenn ein Fluid mit niedriger Qualität in die Ausrüstung eingeführt wird.