Moisture measurement of aviation hydraulic fluids

Abstract

In der folgenden Arbeit wurden verschiedene Arten der Feuchtemessung in Flugzeughydraulikölen für eine mögliche Anwendung im „WaterSeparation System 4“ der Firma Test-Fuchs evaluiert. Da die derzeit am Markt verfügbaren kapazitiven Feuchtesensoren auf Polymerbasis nur einegeringere Genauigkeit und überaus kurze Lebensdauer in Phosphat-Ester Ölen aufweisen, war das Ziel eine robustere Messmethode zu finden.Einer zugrundeliegenden theoretischen Abhandlung über das Problem und die Materialien, folgte in der Arbeit ein ausführlicher Ausschließungs- und Evaluierungsprozess vieler möglicher Messmethoden. Eine Impedanzmessung mit der hydraulischen Flüssigkeit Skydrol als Dielektrikum wurde daraufhin getestet und lieferte vielversprechende Resultate. Nicht nur konnte der lineare Zusammenhang zwischen Feuchtegehalt und Impedanz reproduziert werden, sondern auch die theoretisch erwartete lineare Temperaturabhängigkeit der Kapazität und die logarithmische Temperaturabhängigkeit der Impedanz. In einer zusätzlichen Messungwurde weiterführend der Unterschied zwischen verschiedener Öl-Typen(Skydrol LD-4, Skydrol PE-5, Hyjet IV-A+ und Hyjet V) untersucht. Dabei wurde, neben der Bestätigung obiger linearer Zusammenhänge, eine starke Ähnlichkeit der Hyjet-Öle sowie große Abweichungen bei den Skydrol-Ölenfestgestellt.

In this thesis, possible moisture measurement methods of aviation hydraulicfluids (t.e. Skydrol LD-4) were evaluated and tested for a future applicationon the “Water Separation System 4” by Test-Fuchs GmbH. To date themoisture content is obtained with polymer-based capacitive sensors, whichhave proven unreliable in the environment of phosphate-ester basedhydraulic fluids. Hence, the aim was to find a more trustworthy method. Therefore, based on a theoretic treatment of the underlying materials andmethods, a full evaluation process was performed. Upon that, a preliminaryimpedance measurement using a parallel plate capacitor with the testedfluid as a dielectric showed a clear linear dependence on the moisturecontent. With the described measurement setup, the relative moisturechange could be measured with an accuracy of more than 100 ppm. Infurther experiments, the expected linear temperature dependence of thecapacitance as well as the logarithmic temperature dependence of theimpedance have been proven. Finally, by analysing four different fluid types(Skydrol LD-4, Skydrol PE-5, Hyjet IV-A+ and Hyjet V), we extractedinformation about the deviation regarding impedance measurements ofdifferent fluids. Thereby, Hyjet products have been proven to beexceedingly similar, whereas Skydrol fluids showed major differences.