(57)【要約】流体中に配置された電極にエネルギー源を印加する工程と、交流エネルギーの複数の異なる周波数に対する電極間の実数及び虚数電気インピーダンスの値を測定する工程と、前記流体中の異物の少なくとも一つの特性を特定する工程とを含む、流体中の異物の検出方法。
2004537737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中に配置された電極にエネルギー源を印加する工程と、
交流エネルギーの複数の異なる周波数に対する電極間の実数及び虚数電気インピーダンスの値を測定する工程と、
前記流体中の異物の少なくとも一つの特性を特定する工程と
を含む、流体中の異物の検出方法。
【請求項２】
前記エネルギー源が電極に交流電圧を供給することを特徴とする請求項１に記載の検出方法。
【請求項３】
前記電極が、共に接続された複数の第１電極と、共に接続された複数の第２電極とで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の検出方法。
【請求項４】
前記測定工程が、前記インピーダンスの実数部及び虚数部に対するインピーダンススペクトルを表示する工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の検出方法。
【請求項５】
測定されたインピーダンススペクトルと基準のインピーダンススペクトルとを比較して、前記流体中に存在する異物の特性を決定する工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の検出方法。
【請求項６】
測定されたインピーダンススペクトルと異物の存在しない流体に対する基準インピーダンススペクトルとの比較から、前記流体中に存在する少なくとも一つの異物のタイプを決定する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の検出方法。
【請求項７】
周波数スペクトルを0.1Hz〜1MHzの範囲で測定することを特徴とする請求項６に記載の検出方法。
【請求項８】
測定されたインピーダンススペクトル中のピークの数を決定する工程と、
特定のピーク又は各ピークから前記流体中に特定の異物が存在するか否かを決定する工程と
を含むことを特徴とする請求項７に記載の検出方法。
【請求項９】
前記流体中に存在する異物のタイプを決定するために、前記インピーダンススペクトル中の各ピークの高さを決定する工程と、
測定された各ピークの高さと、異物の存在しない流体に対する基準インピーダンススペクトル中の特定のピーク又は各ピークの高さとを比較する工程と
を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の検出方法。
【請求項１０】
前記インピーダンススペクトル中の測定されたピークの高さが、所定の範囲内にあるか否かを決定する工程を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の検出方法。
【請求項１１】
前記流体中に煤の形態の異物が存在するか否かを決定するために、測定されたインピーダンススペクトルを分析して、変質して大きなテーリングを含んだピークが存在するか否かを確認する工程を含むことを特徴とする請求項８、９及び１０のいずれかに記載の検出方法。
【請求項１２】
パターン認識アルゴリズムを用いて前記インピーダンススペクトルを分析して、前記流体中の異物のタイプ及び／又はレベルを特定する工程を含むことを特徴とする請求項４〜１１のいずれかに記載の検出方法。
【請求項１３】
前記電極の間に鉄の粒子を引き付けるために、少なくとも一対の電極間に磁界をかける工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の検出方法。
【請求項１４】
特定の異物に対する前記流体の標準インピーダンススペクトルを格納する工程を含むことを特徴とする請求項１又は１３に記載の検出方法。
【請求項１５】
前記測定された実数及び虚数電気インピーダンスの値とメモリー中に格納された前記流体に対する標準の実数及び虚数電気インピーダンスの値とを比較する工程と、
前記測定されたインピーダンススペクトルがメモリー中に格納されたインピーダンススペクトルの一つと実質的に同じ場合に、前記流体中に存在する異物のタイプを出力する工程と
を含む請求項１４に記載の検出方法。
【請求項１６】
鉄の粒子を検出するための第１電極セットと他の異物を検出するための第２電極セットとを準備する工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の検出方法。
【請求項１７】
前記第１電極セットを配置した領域に渡って磁界を発生させるために磁界発生手段を準備する工程を含むことを特徴とする請求項１６に記載の検出方法。
【請求項１８】
流体チャンバー中に配置された第１電極セットであって、該電極セットの電極が流体チャンバーを通る流体の流れに対して軸方向に位置合わせされていることを特徴とする第１電極セットと、
複数の周波数に対する電極間の実数及び虚数インピーダンスの値を測定するために前記電極に接続された測定装置と、
それによって、複数の異なる周波数に対する実数及び虚数インピーダンスの値における変化を表示することが可能なデータ処理装置と
を具える流体中の異物の検出アセンブリー。
【請求項１９】
前記流体チャンバー中に配置され且つ前記測定装置に接続された、前記第１電極セットとは異なる異物を測定するための第２電極セットを具えることを特徴とする請求項１８に記載の検出アセンブリー。
【請求項２０】
前記第１電極セットが前記第２電極セットの下流に配置されることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の検出アセンブリー。
【請求項２１】
前記電極が中に配置される流体チャンバーを有するアダプターハウジングを具えることを特徴とする請求項２０に記載の検出アセンブリー。
【請求項２２】
流体中に配置された電極間で測定された実数及び虚数インピーダンスの値を含むインピーダンスデータを受け取る工程と、
複数の時間間隔でインピーダンススペクトルを記録する工程と、
受け取られたインピーダンスデータに対するインピーダンススペクトルのピーク高さを計算する工程と、
前記インピーダンススペクトルのピーク高さと、標準インピーダンススペクトルのピーク高さとを比較する工程と、
前記比較工程から異物の特性を決定する工程と
を含む流体中の異物の分析方法。
【請求項２３】
前記受け取られたインピーダンスデータの電気インピーダンススペクトル中に存在するピークの数を決定する工程を含むことを特徴とする請求項２２に記載の分析方法。
【請求項２４】
前記電気インピーダンススペクトル中のピークの数と、特定のピーク又は各ピークの高さとによって、特定の物質が存在するか否かを決定する工程を含むことを特徴とする請求項２３に記載の分析方法。
【請求項２５】
前記電気インピーダンススペクトルのピークが変質して大きなテーリングを有するか否かを決定することによって、特定の物質が存在するか否かを決定する工程を含むことを特徴とする請求項２３に記載の分析方法。
【請求項２６】
１つのピークの高さが実数インピーダンスの値の所定の範囲内にあるか否かを決定することによって、特定の物質が存在するか否かを決定する工程を含むことを特徴とする請求項２３に記載の分析方法。
【請求項２７】
特性パラメーターの変化を判断することによって、前記流体中に特定の物質が存在するか否かを決定する工程を含むことを特徴とする請求項２１に記載の分析方法。
【請求項２８】
第１電極セットの近傍の流体に磁界をかけて、該電極セットの電極間のギャップ中に鉄粒子を引き付ける工程と、
前記ギャップが鉄粒子で埋まるまで、時間の関数として電極間のインピーダンスの大きさを測定する工程と、
交流エネルギーの複数の異なる周波数に対する電極間の実数及び虚数電気インピーダンスの値を測定する工程と、
鉄粒子に関連する少なくとも一つの特性を特定する工程と
を含む、流体中の鉄粒子の特性の検出方法。
【請求項２９】
前記鉄粒子に関連する特性が鉄粒子のサイズ及び濃度の一つを含むことを特徴とする請求項２８に記載の検出方法。
【請求項３０】
前記鉄粒子が前記ギャップを埋めた際に、前記磁界を除き、それによって、次の測定工程を始める前に前記流体中に鉄粒子を放出する工程を含むことを特徴とする請求項２８又は２９に記載の検出方法。
【請求項３１】
時間の関数として第１電極セット間のギャップ間で測定されたインピーダンスの大きさを記録する工程と、
該インピーダンスの大きさが限界値に到達するか、時間と共に非常にゆっくりと変化するかを観測することによって、前記ギャップが鉄粒子で完全に満たされているか否かを決定する工程とを
含むことを特徴とする請求項３０に記載の検出方法。
【請求項３２】
時間に対するインピーダンスの大きさのカーブを記録する工程と、
該カーブを相対インピーダンスのカーブに変換する工程と
を含むことを特徴とする請求項３０に記載の検出方法。
【請求項３３】
前記流体に磁界をかけた時から始まる最初の50秒間の時間に対する相対インピーダンスのカーブの平均勾配からインピーダンスの減少速度を計算する工程を含むことを特徴とする請求項３２に記載の検出方法。
【請求項３４】
ピークの高さ、インピーダンスの大きさ又は選択した周波数での実数及び虚数成分の値から、或いは前記第１電極セット間の完全に満たされたギャップにおいて測定されたインピーダンススペクトルから前記鉄粒子の１つ以上の特性パラメーターを決定する工程と、
前記ギャップ中の鉄粒子のサイズを決定するために、特定の特性パラメーター又は各特性パラメーターと、異なる鉄粒子のサイズに対する格納された標準パラメーターとを比較する工程と
を含むことを特徴とする請求項３３に記載の検出方法。
【請求項３５】
前記流体中の鉄粒子の濃度を決定するために、前記インピーダンスの減少速度と、異なる鉄粒子のサイズに対する格納された標準インピーダンスの減少速度とを比較する工程を含むことを特徴とする請求項３４に記載の検出方法。
【請求項３６】
0.1Hz〜1.0MHzの周波数範囲に渡ってインピーダンスの実数部と虚数部とを測定する工程と、
実数インピーダンスの値に対する虚数インピーダンスの値の複素平面プロット形式でのインピーダンススペクトルを表示する工程と
を含むことを特徴とする請求項３に記載の検出方法。
【請求項３７】
前記測定工程が、
0.1Hz〜1.0MHzの周波数範囲に渡ってインピーダンスの実数部と虚数部とを測定する工程と、
実数及び虚数インピーダンスの値に関係する量をプロットすることによって、インピーダンススペクトルを表示する工程と
を含むことを特徴とする請求項３に記載の検出方法。
【請求項３８】
スペクトのパターンを特徴付ける測定されたインピーダンススペクトルのパラメーターを抜粋する工程を含むことを特徴とする請求項３７に記載の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オイル等の流体の分析に関するものである。特に、本発明は、汚染物質等の異物に対する流体の品質のモニタリングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オーストラリアの鉱業においては、オイルに関連するエンジン又は他の機械の故障による修復及び停止時間が作業コストの約30〜50％に相当するものと推定されている。先進国の経済においては、機械及びエンジンの摩耗による損害は、国民総生産の約6％に相当する。従って、摩耗の信頼可能な予測に対する有効な技術の開発、及び作業用潤滑油の有効性の維持に、大きな関心がよせられている。定期的にオイルをサンプリングすることを基本とする現在の診断テストでは、急速に進行する成分の劣化やオイルの汚染物質の突然の摂取を速やかに検出することはできない。
【０００３】
また、多くの場合、いかなるオイル交換の時期も、該オイルの実際の状況よりむしろ、該オイルを用いた車両や機械の使用を計測することに関係している。理想的には、機械又は機械部品のどんな突発故障が発生する前にも、オイルの劣化又はオイル中の汚染物質に関する情報が得られるように、オイルの状態を監視できるのが望ましい。
【０００４】
オイルの状態を監視するために、複数の異なる方法が採られている。例えば、米国特許第４８３１３６２号の明細書は、潤滑油中の強磁性粒子を検出する装置を開示している。該装置は、潤滑油を介して誘導結合された２つの巻線で構成されている。センサーの巻線の後ろに位置する永久磁石が、該センサーの巻線にパルスを発する強磁性粒子を引き付ける磁束を発生する。
【０００５】
米国特許第５２６２７３２号には、オイル中の強磁性粒子を引き付けるために、永久磁石及び電磁石の両方を利用して、潤滑油上に同時に磁界をかけるシステムが記載されている。
【０００６】
米国特許第６２０４６５６号は、アレイ間の鉄粒子の粒子分布を得るための磁界強度勾配に関連するセンサーのアレイを開示している。不幸なことに、これら特許のいずれのシステムも、移動機械で通常直面する機械の振動に敏感である。また、モニターされるオイルの劣化に関して得られる情報が一つに限定されている。
【０００７】
また、オイルの汚染物質を監視するための他のシステムが考案されており、該システムでは、誘電率を測定する等している。しかしがなら、現在、オイルの汚染物質の値域を監視でき、且つ他の流体の分析及び監視に適用可能なシステムは無い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、流体中の異物を検出するための代替方法及び代替アセンブリーを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施態様によれば、電気インピーダンススペクトル分析技術に基づく潤滑油のオンライン検出システムが提供される。この検出システムは、汚染物質のタイプ及び程度、並びにオイルの劣化に関するオンライン情報を提供でき、特に、鉄の摩耗粒子の濃度及び平均サイズに関する情報を提供できる。該情報は、問題がコスト高な修復及び停止時間をもたらす前に、該問題を早期に検出することを可能とする。
【００１０】
本発明の一様相によれば、流体中に配置された電極にエネルギー源を印加する工程と、エネルギーの複数の異なる周波数に対する電極間にまたがる実数及び虚数電気インピーダンスの値を測定する工程と、前記流体中の少なくとも一タイプの異物の少なくとも一つの特性を特定する工程とを含む、流体中の異物の検出方法が提供される。
【００１１】
上記方法は、流体中の異物のタイプ及びレベルを検出することができ、該流体中の異物のタイプ及び／又はレベルを特定できるのが好ましい。
【００１２】
上記エネルギー源は、上記電極に交流電流又は電圧を供給するのが好ましい。
【００１３】
上記電極は、一対以上の電極間にまたがる電圧降下をもたらすために、一対以上で構成されていてもよい。
【００１４】
上記電極は、共に接続された複数の第１電極と、共に接続された複数の第２電極とで構成されているのが好ましい。
【００１５】
実数及び虚数電気インピーダンスの値は、好ましくは、インピーダンス、アドミッタンス、モジュラス及び誘電率等の数学的に関連したパラメーターの実数及び虚数成分を含む。
【００１６】
好ましくは、上記方法は、上記流体中に存在する異物の一以上の特性を特定する工程を含む。
【００１７】
上記異物は、好ましくは、気体、固体、液体、又は熱、電荷等のエネルギー、或いは上記の異なる組合せ等を含む。
【００１８】
一実施態様によれば、本発明は、選択された周波数で、又は0.1Hz〜1MHzの周波数範囲に渡ってインピーダンスの実数部及び虚数部を測定する工程を含む。
【００１９】
上記測定工程は、上記インピーダンスの実数部及び虚数部に対する周波数スペクトルを表示する工程を含んでもよい。
【００２０】
上記方法は、各測定周波数又は実測インピーダンススペクトルにおける流体の温度を測定する工程を含むのが好ましい。
【００２１】
上記方法は、実数及び虚数インピーダンスの値に対する周波数スペクトルを表示及び／又は作成する工程を含んでもよい。
【００２２】
上記方法は、実数インピーダンスの値に対する虚数インピーダンスの値の複素平面プロット形式でのインピーダンススペクトルを表示する工程、又は実数及び虚数インピーダンスの値から導かれる量をプロットすることによりインピーダンススペクトルを表示する工程を含んでよい。
【００２３】
好ましくは、上記方法は、鉄の摩耗粒子の濃度及び／又は平均粒子サイズを決定する工程を含む。
【００２４】
上記鉄の摩耗粒子の濃度及び／又はサイズは、上記インピーダンススペクトルから決定されるのが好ましい。
【００２５】
上記周波数範囲は、0.1Hz〜1MHzの間が好ましい。
【００２６】
上記方法は、測定されたインピーダンススペクトルから上記異物を判断する工程を含むのが好ましい。
【００２７】
好ましくは、上記方法は、測定されたインピーダンススペクトル中のピーク数及び／又はピーク位置を決定する工程を含む。
【００２８】
また、上記方法は、測定されたインピーダンススペクトル中のピークの高さ及び／又はピークの相対高さを決定する工程を含むのが好ましい。
【００２９】
上記方法は、所定期間に渡ってインピーダンススペクトルを測定する工程を含んでもよい。
【００３０】
一実施態様によれば、上記方法は、ある期間に渡って選択された周波数におけるインピーダンスを測定する工程を含む。
【００３１】
上記方法は、好ましくは、インピーダンススペクトルを分析する工程と、酸化度合等の異物の度合に対するインピーダンススペクトルのピーク高さのグラフを作成する工程とを含む。
【００３２】
インピーダンススペクトルへの言及が、ＥＩＳ（電気インピーダンススペクトル）を参照することに留意されたい。
【００３３】
上記異物は、好ましくは、煤、水、冷却剤、ディーゼル、鉄粒子、酸化生成物を含む。
【００３４】
上記方法は、物質の濃度及びサイズ、流体のタイプ等のＥＩＳからの測定を含むのが好ましい。
【００３５】
上記方法は、磁界をかけて電極間の鉄粒子を引き付ける工程を含み、それによって、鉄粒子の充填床で電極間のギャップを満たすことができるのが好ましい。
【００３６】
好ましくは、ＤＣ電磁石を用いて上記磁界を発生させる。
【００３７】
上記方法は、ある期間、電極間ギャップ中の鉄粒子充填床間にまたがる選択された周波数での電気インピーダンスを測定する工程を含んでもよい。
【００３８】
上記方法は、上記流体中で測定された異物の一以上の特性のグラフィカルディスプレイを準備する工程を含んでもよい。
【００３９】
好ましくは、電極間ギャップにおけるインピーダンスの変化速度から粒子濃度を決定する。
【００４０】
上記方法は、鉄の粒子を検出するための第１電極セットと他の異物を検出するための第２電極セットとを準備する工程を含んでもよい。
【００４１】
上記方法は、好ましくは、第１電極セットを配置した領域に渡って磁界を発生させるために磁界発生手段を準備する工程を含むのが好ましい。
【００４２】
好ましくは、ＤＣ電磁石によって上記磁界をかける。
【００４３】
上記第１電極セットは、磁石の軸に対して垂直な非導電性基板に実装されていてもよい。
【００４４】
上記第１電極セットのサイズは、上記第２電極セットよりも非常に小さいのが好ましい。
【００４５】
第１電極セットは、好ましくは、第２電極セットの下流に、流体の流れに対して軸方向に位置合わせされているのが好ましい。
【００４６】
好ましくは、上記方法は、パターン認識アルゴリズムを用いて前記インピーダンススペクトルを分析して、前記流体中の異物のタイプ及び／又はレベルを特定する工程を含む。
【００４７】
好ましくは、上記方法は、インピーダンススペクトルの特性パラメーターの変化を判断することによって、上記流体中に特定の物質が存在するか否かを決定する工程を含む。
【００４８】
本発明の他の様相によれば、流体チャンバー中に配置された第１電極セットであって、該電極セットの電極が流体チャンバーを通る流体の流れに対して軸方向に位置合わせされていることを特徴とする第１電極セットと、複数の周波数に対する電極間の実数及び虚数インピーダンスの値を測定するために上記電極に接続された測定装置と、それによって、複数の異なる周波数に対する実数及び虚数インピーダンスの値における変化を表示することが可能なデータ処理装置とを具える流体中の異物の検出アセンブリーが提供される。
【００４９】
上記測定装置は、上記電極間にまたがる電気インピーダンススペクトルを測定するのに適しているのが好ましい。
【００５０】
上記装置は、前記流体チャンバー中に配置され且つ前記測定装置に接続され、前記第１電極セットによって検出される異物と異なる異物を検出するための第２電極セットを含むのが好ましい。
【００５１】
前記第１電極セットは、前記第２電極セットの下流に配置されるのが好ましい。
【００５２】
上記アセンブリーは、電磁石等の磁界発生装置を備えるのが好ましい。
【００５３】
上記アセンブリーは、流体チャンバーを有するアダプターハウジングを具えるのが好ましく、該流体チャンバーの中には前記電極が配置される。
【００５４】
上記方法は、測定されたインピーダンススペクトルから抜粋される、第１及び第２自己微分、実数インピーダンスの選択範囲に渡る虚数インピーダンス成分の平均値等の特性パラメーターの変化を判断することによって、特定の物質が上記流体中に存在するか否かを決定する工程を含むのが好ましい。
【００５５】
好ましくは、前記第１電極セットに磁界をかけた時から始まる最初の50秒間の時間に対する相対インピーダンスのカーブの平均勾配からインピーダンスの減少速度を計算する工程を含む。
【００５６】
上記方法は、時間に対するインピーダンスの大きさのカーブを記録する工程と、該カーブを相対インピーダンスのカーブに変換する工程とを含むのが好ましく、該相対インピーダンスは、時間に対する、ギャップ中に如何なる鉄粒子も存在しない場合のインピーダンスの大きさに対するインピーダンスの大きさの比で定義されるものである。
【００５７】
本発明の他の様相によれば、流体中に配置された電極間にまたがって測定されたの実数及び虚数インピーダンスの値を含むインピーダンスデータを受け取る工程と、複数の時間間隔でインピーダンススペクトルを記録する工程と、受け取られたインピーダンスデータに対するインピーダンススペクトルのピーク高さを計算する工程と、前記インピーダンススペクトルのピーク高さと、標準インピーダンススペクトルのピーク高さとを比較する工程と、前記比較工程から異物の特性を決定する工程とを含む流体中の異物の分析方法が提供される。
【００５８】
上記方法は、受け取られたデータのインピーダンススペクトル中に存在するピークの数を決定する工程を含むのが好ましい。
【００５９】
上記方法は、前記インピーダンススペクトル中のピークの数と、特定のピーク又は各ピークの高さとによって、特定の物質が存在するか否かを決定する工程を含んでもよい。
【００６０】
好ましくは、上記方法は、１つのピークの高さ又はインピーダンススペクトルを測定すること、及びこれが30〜50KΩ等の所定の範囲内にあるか否かを決定することによって、特定の物質が存在するか否かを決定する工程を含む。
【００６１】
上記30〜50KΩの範囲は、電極の構成の変更に従って、変更することができる。
【００６２】
上記データ処理装置は、ある期間に渡ってインピーダンスの大きさの変化を表示するようにプログラムされているのが好ましい。
【００６３】
上記方法は、前記インピーダンススペクトルの特定のピーク又は各ピークが変質して大きなテーリングを有しているかを決定することによって、特定の物質が存在するか否かを決定する工程を含んでもよい。
【００６４】
上記方法は、低周波数の範囲で、前記インピーダンススペクトルの特定のピーク又は各ピークが変質して大きなテーリングを有しているかを決定することによって、特定の物質が存在するか否かを決定する工程を含んでもよい。
【００６５】
従って、本発明は、流体中の汚染物質の検出方法を提供するものであり、該方法は：
流体内に支持された電極のペアーに電界をかける工程と、流体と該流体と同じであって汚染されていないサンプルとの間のフィールド特性の変化を測定する工程とを含む。
【００６６】
また、上記方法は、電極のペアーに鉄粒子を引き付けるために、電極ペアーの近傍の流体に磁界をかける工程を含んでもよい。
【００６７】
また、本発明は、流体中の汚染物質の検出装置を提供するものであり、該装置は、
流体中に出現させるための非導電性支持体上に支持された電極ペアーと、
上記電極に電界をかける手段と、
フィールド特性の変化を測定するための測定手段と
を具える。
【００６８】
上記装置は、上記電極ペアーの近傍に磁界をかけるための手段を具えていてもよい。
【００６９】
ここに、本発明の好適実施態様を、添付の図面を参照しながら単なる例を用いて記載する。なお：
図１は、本発明の第１の実施態様に従う、流体中の異物を検出するためのアセンブリーの概念図を示し；
図２は、本発明の第１の実施態様に従う、0.1Hz〜1MHzの周波数範囲での、虚数インピーダンス対実数インピーダンスを示すインピーダンススペクトルを示し；
図３は、本発明の第２の実施態様に従う、水で汚染されたオイルのインピーダンススペクトルのグラフ表示を示し；
図４は、本発明の第３の実施態様に従う、インピーダンススペクトルのグラフ表示を示し；
図５は、本発明の第４の実施態様に従う、インピーダンススペクトルのグラフ表示を示し；
図６は、本発明の第５の実施態様に従う、インピーダンススペクトルのグラフ表示を示し；
図７は、本発明の第６の実施態様に従う、酸化度合（許容％）対ＥＩＳピーク高さ（オーム×104）のグラフ表示を示し；
図８は、本発明の第７の実施態様に従う、インピーダンススペクトルを示し；
図９は、本発明の一実施態様に従う、流体中の異物の検出及び分析方法の概念図を示し；
図１０ａは、本発明の一実施態様に従う、ギャップが鉄粒子で満たされた場合に、限界値に到達した粒子検出電極間のインピーダンス 対 時間のグラフ表示を示し；
図１０ｂは、本発明の一実施態様に従う、流体中の電極間におけるインピーダンス 対 時間のグラフ表示を示し；
図１１は、本発明の一実施態様に従う、インピーダンスの減少速度 対 鉄粒子濃度のグラフ表示を示し；
図１２は、本発明の一実施態様に従う、種々の鉄粒子サイズに対するインピーダンススペクトルのグラフ表示を示し；
図１３は、図１に示されるアセンブリーを内蔵するためのアダプターを示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７０】
図中に示すインピーダンスの値はオームで表示されていることに留意されたい。
【００７１】
図１において、流体中の異物を検出するためのアセンブリーは、通常1.6mmの間隔を介した流体測定電極１１の組と、通常0.6mm離された鉄の摩耗粒子検出電極１２の組とからなる。これらの電極は、図１３に示すようなアダプターハウジング１３中の流体流中に配置される。
【００７２】
流体測定電極１１は、鉄粒子検出電極１２よりも非常に大きく、鉄粒子検出電極１２の上流に配置されている。
【００７３】
また、鉄粒子検出電極１２は、平行に配置され、流体測定電極１１の配置の軸に対して共に直角である。
【００７４】
流体測定電極１１よりも非常に小さい鉄粒子検出電極は、アダプター１３のより小さな流体チャンバー１４中に配置される。
【００７５】
このチャンバーに磁界をかけるために、ＤＣ電磁石１８を流体チャンバー１４の極近傍に配置する。
【００７６】
流体測定電極が配設された他のチャンバー１５を、好ましくは、チャンバー１４から離す。
【００７７】
電極の各組は、連続的な電極ペアーで構成されており、交互に、各ペアーの電極が電気的に互いに接続されている。
【００７８】
電気インピーダンススペクトル分析機１６は、電極の各組と、ミニコンピューター１７等のデータ処理装置とに接続されている。
【００７９】
作業中、オイルは、アダプター１３を通って流れ、流体測定電極１１と鉄の摩耗粒子検出電極１２との間を通過する。
【００８０】
電磁石又はソレノイド１８にエネルギーをかけることによって、チャンバー１４に渡って磁界が形成される。
【００８１】
次に、電気インピーダンススペクトル分析機１６を操作して、選択された周波数、通常10kHzでの電極１２間の電気インピーダンスを記録する。
【００８２】
磁界の影響で、潤滑油等のオイル中の鉄摩耗粒子が電極間のギャップ中に移動させられる。ある期間に亘って、鉄粒子が、電極の各ペアー間のギャップを徐々に満たし、最終的に、電極１２が鉄粒子の積み重なり中に完全に埋まる。そのため、図１０ａに示すように、インピーダンスが限界値に近づくまで、ある期間に亘って、電極の各ペアー間のインピーダンスが徐々に減少する。
【００８３】
鉄粒子の濃度が高いほど、電極１２間のインピーダンスの限界値の間の時間間隔が短くなるということが提案される。
【００８４】
磁界を密にする効果と電極の各ペアーの間のギャップを狭くすることによって、上記アセンブリーは、数ppmの低濃度の鉄粒子を検出することができる。
【００８５】
図１に示すように、多くの電極のペアーを用いることで、上記アセンブリーの感度が更に向上する。
【００８６】
強い磁界を用いることで、5〜20マイクロメーターのサイズ範囲を含む大部分の鉄粒子を、バルクのオイル相から電極間のギャップ中に移動させることができる。
【００８７】
図１０ｂに示すように、測定された相対インピーダンスにおける鉄（鉄の）粒子の濃度の影響が、電極間のギャップ中で63〜102マイクロメーターのサイズ範囲の鉄粒子が堆積する間、時間と共に減少する。上記相対インピーダンスは、ギャップ中に如何なる鉄粒子も存在しない場合のインピーダンスに対する、磁界の作用を有するギャップにおけるインピーダンスの比として定義される。従って、図１０ｂは、鉄粒子濃度が高い場合、例えば、200ppmにおける電極１２間のギャップ中のインピーダンスが、鉄粒子濃度が低い場合のギャップ中のインピーダンスに比べてどれほど速く減少するかを示している。
【００８８】
図１１に、インピーダンスの減少速度に対する鉄粒子の濃度及びサイズの影響を示す。図１０ｂに示すように、インピーダンスの減少速度は、インピーダンスの減少カーブの最初の50秒における平均勾配として定義される。この図から、特定の鉄粒子濃度において、粒子サイズが大きくなる程、インピーダンスの減少速度がいかに大きくなるかが分る。
【００８９】
図１２に、検出電極１２間の完全に充填されたギャップ中の充填床のＥＩＳにおける鉄粒子のサイズの影響を示す。各鉄粒子のサイズに対して、虚数インピーダンスの値にピークがあり、該ピークは粒子サイズの上昇に伴って減少することが分る。
【００９０】
また、虚数インピーダンスの値の位置は、異なる鉄粒子サイズで、実数インピーダンスの値に対して変動する。
【００９１】
上記から、電気インピーダンスを観測することによって、オイル等の流体中の鉄製粒子乃至鉄粒子のサイズ及び濃度特性を特定できることが分る。
【００９２】
次の測定サイクルを開始する前には、電磁石のスイッチを切って、第１電極セット間のギャップ中に引き付けられた鉄粒子を開放すべきである。電磁石のスイッチをオンにして、新しい測定を開始し、引き続きすぐに、時間の関数として、ギャップ中のインピーダンスの大きさを測定及び記録する。インピーダンスの大きさが、限界値に到達したり、時間に対して非常にゆっくりと変化したら、記録を止める。次に、完全に充填されたギャップの間の電気インピーダンススペクトルを、交流エネルギーの複数の異なる周波数に対して実数及び虚数インピーダンスの値を測定することによって、決定する。ギャップ中の鉄粒子のサイズを決定するために、選択された周波数における、ピーク高さ、インピーダンスの大きさ又は実数及び虚数成分の値を含めた特性パラメーターを、電気インピーダンススペクトルから決定し、異なる鉄粒子サイズに対して格納された標準パラメーターと比較する。インピーダンスの大きさをギャップ中に鉄粒子が全く存在しない場合のインピーダンスの大きさで割って、時間に対するインピーダンスの大きさのカーブを、時間に対する相対インピーダンスのカーブに変換する。次に、最初の50秒間の時間に対する相対インピーダンスのカーブの平均勾配から、インピーダンスの減少速度を計算する。流体中の鉄粒子の濃度を決定するために、上記インピーダンスの減少速度と、異なる鉄粒子サイズに対する格納された標準インピーダンスの減少速度とを比較する。
【００９３】
オイル等の流体は、鉄粒子以外の他の汚染物資を含むため、図１に示すアセンブリーは、より大きな電極１１を具える。
【００９４】
流体測定電極１１間の電気インピーダンススペクトルを測定することで、流体中の異物に関する情報を確認することができる。
【００９５】
例えば、図２に示すように、新鮮な潤滑油の電気インピーダンススペクトにおけるオイルのタイプ／銘柄の影響を確認することができる。
【００９６】
0.1Hz〜1MHzの周波数範囲に対して、参照２０、２１、２２、２３、２４で代表されるオイルの異なるタイプを得ることができる。各場合で、インピーダンススペクトルは、特定の周波数に虚数インピーダンスの値にピークを持ち、該虚数インピーダンスの値はピークの各サイドで降下する。従って、このスペクトルのグラフ表示乃至対応する数学的表示は、流体（この場合、オイル）の特定のタイプに対する標準カーブを与える。この標準カーブは、ある温度範囲で成立する。
【００９７】
気体、酸化堆積物、煤等の異物を特定するために、ＥＩＳを観測して、流体中の汚染物質等の異物を特定することができる。
【００９８】
結果として、図３に、水で汚染されたオイルに対するＥＩＳを示す。
【００９９】
0.5％の水を不純物として含むオイルでは、インピーダンススペクトルがピークを示すが、このピークは、領域２６を通して先細りになる前に、周波数の値が減少すると共に、階段状領域２５に向かって降下する。不純物の水が増加すると（水2％）、ＥＩＳスペクトルは、２つのピーク２７、２８を生じる。従って、ピークの数、高さ及び位置を観測することによって、不純物が水であるか否かを確認できる。
【０１００】
図４に、不純物として冷却剤（エチレングリコール）を含むオイルに対するＥＩＳを作成する。0.1％の冷却剤を含む場合、異なる高さの２つのピークを有するカーブが生じる。項目２９及び３０で参照されるように、パーセントの数値で不純物の冷却剤が増加すると（冷却剤0.5％）、第２ピークが第１ピークに対してサイズが小さくなる。
【０１０１】
オイルのタイプによって、ピークの形状及び高さの違いが変動する。従って、水又は冷却剤で汚染されたオイルの中には、第２ピークが第１ピークよりも高さが高くなるものもあり得る。しかしながら、汚染されていないＥＩＳカーブを用い、これと、異なる量の水又は冷却剤で汚染された場合のＥＩＳカーブとを比較して、検出されたＥＩＳカーブと異なる量の水又は冷却剤で汚染されたＥＩＳカーブを示す予め記録されたデータとを比較し、現場用途で検出されたＥＩＳカーブを予め記録されＥＩＳカーブに当てはめることで、不純物としての水又は冷却剤の量を非常に正確に見積もることができる。
【０１０２】
図５は、ディーゼル不純物を含むオイルに対するＥＩＳカーブの他の例を示している。カーブ３１は汚染されていないオイルのカーブを示し、一方、カーブ３２は汚染されたオイルのカーブを示している。
【０１０３】
ディーゼル汚染によりＥＩＳカーブがいかに変化するかについてのデータを得ることによって、オイルのディーゼル汚染についての現場試験用の参照点として使用可能なデータベースを作成することができる。
【０１０４】
図６は、使用時間によるオイルのＥＩＳの変化を示している。この特定のオイルについては、200時間まで使用時間と共に虚数インピーダンスのピーク値が上昇し、その後、減少することが分る。他のオイルでは、常に、使用時間と共に、ピーク値が減少しうる。
【０１０５】
図６に示す減少段階におけるＥＩＳピークの高さが、許容パーセントでの酸化度合の目安をどのようにして与えるかを示すグラフ表示を、図７に示す。ピーク高さの増加段階でも同様の関係が成り立ち得る。従って、ＥＩＳカーブのピーク高さを観測することによって、特定のオイルに対する酸化度合を特定することができる。
【０１０６】
図８では、煤含有量に従って、ＥＩＳカーブの形状及びピーク高さが変動している。該カーブは、煤含有量の増加によって、ピークがどのように変形し、先細りするかを示している。
【０１０７】
上述の検出アセンブリーを用いて得たＥＩＳ測定による観測に基づいて、自動化された手法を用いて、オイル中の異物を特定することができる。コンピュータープログラムで実行可能な上記自動化手法を、図９を参照しながら記載する。
【０１０８】
項目４０によって参照されるように、オイル交換が起こると、電気インピーダンススペクトルをある温度範囲で測定し、上述の検出装置を用いて記録する。項目４１で参照されるように、オイルのタイプ／銘柄が、特定の用途に適合する場合、項目４２で参照されるように、約5分ごとにＥＩＳを測定及び記録するために、制御コンピュータが検出装置を作動させることができる。適合するオイルのタイプが与えられない場合、代わりとして、警告信号がディスプレイに与えられ、観測者に適合するタイプのオイルを使用する必要があること知らせる。
【０１０９】
ＥＩＳが測定及び記録された後、項目４３で参照されるように、ピーク数とピーク高さとを計算し、作成された各カーブに対してピークの形状の特徴付けを行うようにデータ処理装置をプログラムする。次に、項目４４で参照されるように、データ処理装置がデータ分析を行い、ＥＩＳが二つのピークを有するか否かを確認する。項目４５で特定されるように、答えがイエスの場合、ピークの高さが所定の閾値、例えば、30kΩ未満である否かを確認するようにデータ処理装置をプログラムする。次に、閾値未満の場合、項目４６で参照されるように、データ処理装置は、オイル中に確認された水又は冷却剤汚染を示す出力を作成することができる。高さが所定の閾値よりも高い場合、代わりに、データ処理装置は、項目４７で参照されるような出力を作成する。項目４６に戻って、別の方法で、データ処理装置がＥＩＳが２つのピークを持たないことを確認した場合、該データ処理装置は、項目４８で参照されるよな比較工程、即ち、測定されたＥＩＳカーブの高さと、ベース又は標準ＥＩＳ並びにこれまでのＥＩＳの高さとを比較する工程を実行する。高さが、標準ＥＩＳ及び以前の測定から得られたＥＩＳの両方よりも高い場合、データ処理装置は、これを記録し、5分毎にＥＩＳを測定及び記録するよう検出アセンブリーに指示を出し続ける。別の場合、即ち、高さが、標準ＥＩＳ又は以前のＥＩＳの高さよりも低い場合、項目４９において追加の分析工程を実行する。項目５０で特定されるように、ＥＩＳの高さが以前のＥＩＳよりも低い場合、次に、データ処理装置が追加の分析を実行して、ピークの高さが所定の範囲、例えば、30〜50kΩの範囲にあるか否かを確認する。データ処理装置が、高さがこの範囲内にあることを確認した場合、高度の酸化と硫黄生成物が汚染の原因でありうることを示す、項目５１で参照されるような出力を作成する。
【０１１０】
項目５２で示されるように、高さが所定の範囲にない場合、データ処理装置は、ピークを分析して、ピークが変質して大きなテーリングを含んでいるか否かを確認する。項目５３で特定されるように、データ処理装置が、十分な変質が存在することを確認した場合、煤汚染が存在することを示す出力を作成する。
【０１１１】
次に、ピークの変質が存在しない場合、データ処理装置は、前述の汚染物質のどれによってもオイルが重度に汚染されていないと推論し、項目４２に従って、ＥＩＳの測定及び記録を続ける。同様にして、項目４５で、ピークの高さが最後のものより低い場合、項目４２の測定と記録工程とを繰り返す。
【０１１２】
電気インピーダンススペクトル分析機を制御して、ＥＩＳ測定を行い、次にＥＩＳの結果を分析するように適切にプログラムされたミニコンピューター１７を有する、図１に示すような検出アセンブリーを用いて、上記手法を実行することができる。
【０１１３】
また、例えば、遠隔測定法で、上記検出アセンブリーをオンライン制御することもできる。
【０１１４】
本発明の他の実施態様によれば、検出アセンブリーを変形して、鉄粒子と他の異物の検出を組み合わせるために、電極を一列の電極中に組み合わせることもできる。
【０１１５】
電気インピーダンススペクトル分析機を用いた本発明の好適実施態様を記載したが、代わりの装置を用いて、ある周波数範囲に亘って実数及び虚数インピーダンスの値を記録することもできる。例えば、種々の周波数を有する電源を利用することができる。次に、電流の変化を測定するために、電流計を用いることもできる。代わりに、インピーダンススペクトルを記録するために、オシロスコープを利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の第１の実施態様に従う、流体中の異物を検出するためのアセンブリーの概念図を示す。
【図２】本発明の第１の実施態様に従う、0.1Hz〜1MHzの周波数範囲における虚数インピーダンス対実数インピーダンスを示すインピーダンススペクトルを示す。
【図３】本発明の第２の実施態様に従う、水で汚染されたオイルのインピーダンススペクトルのグラフ表示を示す。
【図４】本発明の第３の実施態様に従う、インピーダンススペクトルのグラフ表示を示す。
【図５】本発明の第４の実施態様に従う、インピーダンススペクトルのグラフ表示を示す。
【図６】本発明の第５の実施態様に従う、インピーダンススペクトルのグラフ表示を示す。
【図７】本発明の第６の実施態様に従う、酸化度合（許容％）対ＥＩＳピーク高さ（オーム×104）のグラフ表示を示す。
【図８】本発明の第７の実施態様に従う、インピーダンススペクトルを示す。
【図９】本発明の一実施態様に従う、流体中の異物の検出及び分析方法の概念図を示す。
【図１０ａ】本発明の一実施態様に従う、ギャップが鉄粒子で完全に満たされた場合の、限界値に到達した粒子検出電極間のインピーダンス 対 時間のグラフ表示を示す。
【図１０ｂ】本発明の一実施態様に従う、流体中の電極間におけるインピーダンス 対 時間のグラフ表示を示す。
【図１１】本発明の一実施態様に従う、インピーダンスの減少速度 対 鉄粒子濃度のグラフ表示を示す。
【図１２】本発明の一実施態様に従う、種々の鉄粒子サイズに対するインピーダンススペクトルのグラフ表示を示す。
【図１３】図１に示されるアセンブリーを内蔵するためのアダプターを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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