Oil condition monitoring using physical chemosensors

Abstract

Die routinemäßige Wartung industrieller Anlagen ermöglicht nachgewiesenermaßen eine Reduktion der Stillstandszeiten bei gleichzeitiger Verlängerung der Lebensdauer. Zu diesem Zweck wird zunehmend das Prinzip der Online-Überwachung, das heißt der kontinuierlichen Erfassung verschiedener System- und Prozessparameter während des Betriebes, eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Sensoren für die Online-Überwachung ölgefüllter, maschineller Einrichtungen entwickelt. Hierbei werden ausgewählte Öleigenschaften kontinuierlich erfasst, um daraus eine Aussage über den Zustand des Gesamtsystems abzuleiten. Die Messung der dafür geeigneten Parameter erfordert jedoch meist den Einsatz chemischer Sensoren, die in der Lage sind bestimmte Substanzen zu isolieren und zu quantifizieren. Chemische Sensoren weisen allerdings eine Reihe von Nachteilen auf, wie beispielsweise geringe Lebensdauer und niedrige Selektivität, was sie für den industriellen Einsatz weitgehend ungeeignet machen. Aus diesem Grund bedient sich das vorgeschlagene Konzept eines so genannten physikalischen Chemosensors.<br />Dieser zeichnen sich dadurch aus, dass die Informationen mehrerer robuster und langzeitstabiler physikalischer Sensoren verwendet werden, um die erwünschte chemische Information zu erfassen. Das entwickelte Konzept sieht die Verwendung verschiedener Sensoren zur Messung der thermischen Leitfähigkeit, der Viskosität und der Permittivität des Öles vor.<br />Darüber hinaus verfügt der vorgeschlagene physikalische Chemosensor über einen Temperatursensor, um die Temperaturabhängigkeit der Messgrößen berücksichtigen zu können.<br />

The concept of predictive maintenance has proven to reduce the downtime and significantly extend the equipment life of industrial machinery. To this end, the principle of online condition monitoring, i.e., the continuous acquisition of various system and/or process parameters during operation, has experienced increasing importance over the past years. In this work, sensors for the online condition monitoring of oil-filled equipment were investigated. The approach is based on the fact that monitoring distinctive oil properties allows to characterize the actual condition of the complete system. However, most parameters determined to this end basically require the application of dedicated chemical sensors, i.e., measurement devices capable of specifically detecting and quantifying chemical analytes. Unfortunately, chemical sensors suffer from a number of adverse properties such as limited durability or poor selectivity resulting from insufficient discrimination between different substances and are thus not suited for the application in harsh industrial environments. Consequently, the application of a so-called physical chemosensor was proposed. Here, several physical transducers were applied in order to extract the desired chemical information exclusively from the obtained physical properties. The proposed physical chemosensor comprises individual transducers for determining the thermal conductivity, the viscosity, and the permittivity of the oil and an additional thermistor to account for the temperature dependence of these parameters.<br />