Merjenje in vrednotenje viskoznosti hidravličnega olja z on-line senzorji Vito TIČ, Darko LOVREC Izvleček: Viskoznost hidravličnega olja je ena od pomembnejših veličin, ki jo je potrebno stalno spremljati, saj nam s spremembami svojih vrednosti daje pomembne podatke o stanju hidravlične naprave. Vrednost viskoznosti se ne spreminja samo s temperaturo, temveč tudi zaradi številnih drugih vplivov. Tako je npr. sprememba viskoznosti eden zgodnjih znanilcev povečanega staranja olja ali prisotnosti drugih kontaminantov. V prispevku je v začetnem delu podano fizikalno ozadje viskoznosti, v nadaljevanju pa so predstavljeni najpogostejši načini merjenja viskoznosti, pri čemer je poudarek na principih, ki so primerni za uporabo v napravah za stalno, online spremljanje vrednosti viskoznosti. V zadnjem delu prispevka je predstavljen pomen interpretacije in ovrednotenja izmerjenih signalov in prikazana praktična vrednost on-line spremljanja viskoznosti. Ključne besede: hidravlične tekočine, viskoznost, merjenje, obdelava signala ■ 1 Uvod Mineralna olja so še vedno najpogosteje uporabljane tekočine v hidravličnih sistemih. Med obratovanjem so hidravlični sistemi podvrženi številnim negativnim pojavom, kot so povišana temperatura, trenje, obraba, vdor vode, ... Posledici teh pojavov sta običajno pospešena oksidacija oz. termična razgradnja olja ter povišana stopnja kontaminacije (tekoče ali trdne), ^ kar se negativno odraža v delovanju hidravlične naprave. Za učinkovito zaznavanje teh pojavov oz. njihovih posledic je smiselno uvesti stalni, on-line nadzor stanja olja [1]. Vito Tič, univ. dipl. inž., Olma, d. d., Ljubljana doc. dr. Darko Lovrec, univ. dipl. inž., Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo Viskoznost hidravličnega olja je ena od pomembnejših veličin, ki jo je potrebno stalno spremljati, saj nam s spremembami svojih vrednosti daje pomembne podatke o stanju hidravlične naprave. Pri običajnih mineralnih hidravličnih oljih viskoznost zaradi delovanja mehanizmov staranja (polimerizacija, oksidacija, formacija netopnih snovi, ...) običajno narašča, zato je eden zgodnjih znanilcev staranja olja, seveda le v primerih, če pravočasno zaznamo spremembo viskoznosti. Zaradi tega je smiselno vre- dnost viskoznosti hidravlične tekočine ne samo stalno nadzorovati, temveč tudi spremljati trende sprememb, kar v industrijskih postopkih in obratih ponuja možnost, da se ohrani kakovost procesa, npr. s pomočjo odkrivanja lažnih sprememb v procesu in z implementiranjem povratnih zank pri nadzoru procesa. Napredne tehnologije miniaturizacije splošno odpirajo nove možnosti pri razvoju senzorjev, ne le v smislu njihove geometrijske velikosti, ampak tudi z vidika principa delovanja. Slika 1. Tekočina med dvema premikajočima se površinama H 22 Fizikalno ozadje viskoznosti Zelo pomembna lastnost, ki opisuje pretok tekočin, je viskoznost (natančneje »strižna viskoznost«) tekočine, ki jo lahko opredelimo na podlagi preprostega eksperimenta, pri katerem je testna tekočina med dvema bočno premikajočima se ploščama podvržena strižnim obremenitvam (slika 7, [2]). Dinamična viskoznost r| je fizikalno opredeljena kot razmerje med strižno napetostjo t (ohranja nje gibanja) in gradientom hitrosti toka (strižna hitrost "f) tekočine med dv^-ma plo0čama: Tabela 1. Enačbe, ki opisujejo odvisnost viskoznosti od temperature [3] V = dvx/dy T Y (1) Ime Reynolds Slotte Walther Enačba = b ■ e"«^ (2) rj = a (h + T)' (3) (v + a)=b- d^!^' (4) (5) Opis ena izmed prvih enačb; natančna le za omejeno temperaturno območje razumna; uporabna pri numeričnih analizah osnova za graf ASTM viskoznost-temperatura tajt)olj natančnai; iielo koristna v tehniki Viskoznost dejansko predstavlja merilo zza upor tekočine proti t^c^enjU1 lojena \/r^dtost je podana z razmerjem med delujočo strižno napetostjo in gradientom sfrižIte hitrosti. Visko^r^ost je pomerobn^ laetnost olj^ tudi ^^r'adi t^ga, ker ^pliv^a na mazalni film ter s tnm na trenje in olnraltco. PP.I (Odvisnost vi^l<(r:zno^t^ od Zenano je;, da s^ viskoz: nost mineral-nilm oij' mo(:kio ssfDr^t^inj^ s temfD^-r^1:uro. Za nt^mpine^turo r/redno^t ^visl^o^no^ti olja iDr^cne^j hit tro upade. V nekaterih primerih se lahko ob povišanju temperature za 25 °C zmanjša tudi za približno 80 %. Z inženirskega vidika je pomembno poznati vrednost viskoznosti pri delovni temperaturi, saj ta določa debelino mazalnega filma, ki ločuje dve kontaktni površini. Viskoznost olja pri določeni temperaturi lahko izračunamo iz enačb viskoznost-tem-peratura ali jo določimo s pomočjo grafa ASTM viskoznost-temperatura. V literaturi je moč zaslediti več enačb, ki opisujejo obnašanje viskoznost-temperatura. Nekatere izmed njih so povsem empirične, medtem ko druge izhajajo iz teoretičnih modelov. Najpogosteje se uporabljajo enačbe, ki so povzete v tabeli 1. Med njimi je najbolj natančna Voglova enačba. 7a določi^v konstant iz te enačbe so Icji^t (Sr'kiB fknjačti^lt f^rescdsiavljajoi a, b, c, d - konstante, v - kinematična viskoznost [m2/s], T - absolutna nom ftntatuira iK]. potrebne tri meritve viskozr:osti pri rnzzličnih t^mpt^rater^h. Pogosto se za določanje viskoznosti pri določeni oziroma delovni tem-prer^turi uporablja diagram ASTMrt (An-ie rican Society fon Test: ng Ma-teerials - /ASTMI CšiB^at^, ttri j'n v celoti i^moairKa^it in nem^elji n^ \At;altlknr^^^evi (or: ačbi Iz 1:abeie 1 - enrčba ^č: Clefprav (di^graki tem^lji na tej eenačSb1, (določčen^ pi/ramkedi-e vo nj^j pr^dp10^1:e'^/-Ija oz^irimm it p)oenos^.n\/lj^a. K-uii^ ti^mu je (fiagr^m //STM\ do)l