基于热性质检测样本的组成制造技术

本发明专利技术涉及通过检测热性质的相应变化来检测样本的组成或液体中的污染。在一个公开的设置中，提供了一种装置：包括用于提供与所述样本直接接触的第一表面和与所述样本非直接接触的第二表面的第一探针元件。测量系统测量通过所述第一表面的传热率。处理单元分析测量得到的传热率，以检测指示样本的组成的样本的传热特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于热性质检测样本的组成本专利技术涉及根据样本的热性质检测样本的组成。本专利技术特别涉及通过检测其热性质的相应变化来检测液体中的污染。本专利技术特别适用于检测诸如发动机和变速箱中的润滑油和冷却油、液压油和燃料中污染的级别和类型。本专利技术也适用于检测食品制造设备中使用的清洗液中的污染。本专利技术也适用于非液体的，例如固体、凝胶或多相物质的样本组成的检测。本专利技术适用于检测化学组成和结构组成的变化。液体，如润滑油和冷却油，液压油和燃料，因为它们降解或被污染，因此经常需要更换/过滤，以避免依靠液体的机器的不必要的损害。由于高温暴露、杂质(金属或非金属)或其他液体的增加和/或流体老化，经过氧化反应，会发生降解。连续的机械油液状态监测和润滑剂测试正迅速成为预测和避免即将发生的机械故障的既定方法。油液监测原则上可以离线(off-line)、在线(on-line)和内联(in-line)进行。在离线监测中，可以抽取液体样本并送到实验室进行分析。复杂的分析可以离线执行，但在获取结果时会造成不可避免的延迟；它们在“实时”中是不可用的。在在线监测系统中，可以从油液系统中取出样本，并立即在正在监测的装置中进行分析，该装置为机械的组成部分。如果样本量相对较大，流速会受到采样过程的影响，但这种系统可以提供实时监控。内联监测很难实现，并且会影响系统，但此外可以提供实时监控。基于监测液体介电常数的实时传感器是已知的。介电常数是流体抵抗电场的能力的量度。因为油和水的介电值差别很大，这些传感器能很好地检测水污染。然而，一个主要的缺点是它们的温度依赖性。其他已知的传感器基于各种光学技术操作，如红外光谱或粒度测量。感应线圈磁力测定系统也被部署在含铁的和不含铁的粒子被定性和定量的地方。这种方法的优点是它使追踪杂质污染的进程成为可能。内联X射线荧光光谱被开发使用在传感器中。电容传感器也被开发出来，可以探测到水饱和度。非液体的样本的组成的检测要求昂贵的、耗时的和/或有损的分析技术。例如，X射线能够用于分析物体的内部结构。但是，X射线设备很昂贵并且体积庞大。为了看到其内部结构，物体可能会被破坏，但是这样可能会造成对物体的不可挽回的损伤。具有复杂的化学结构的物体可能被破坏并且化学分析技术可能被用于确定化学组成。但是，这种破坏可能损害物体并且所述化学分析需要大量的时间并且执行起来花费很高。需要提供一种可选的、改进的和/或简单的检测样本的组成和/或实时监测液体质量的方法。本专利技术的范围在所附的权利要求中定义。根据本专利技术的一个方面，提供一种检测样本的组成的装置，包括：第一探针元件，所述第一探针元件用于提供与所述样本直接接触的第一表面和与所述样本非直接接触的第二表面；测量系统，所述测量系统用于测量通过所述第一表面的传热率；处理单元，所述处理单元用于分析测量得到的传热率，以检测指示样本的组成的样本的传热特性。该装置能够灵敏地检测样本的组成，优选地实时地并且使用机械上简单可靠的结构。这种方法从本质上解决了样本温度的变化。与基于其他原理的现有技术方法相反，温度的这种变化不会对测量精度产生显著的负面影响。该装置可适于检测物质的任何相的组成，包括固体、液体、气体、凝胶和这些相或其它相的混合物。在一个实施例中，该装置能够检测样本的化学组成和/或将一个样本的化学组成与另一个样本的化学组成进行比较。用于质量控制目，该装置可通过检测名义上相同的物体之间的化学组成的差异。在一个实施例中，该装置能够检测样本的结构组成和/或比较一个样本的结构组成与另一样本的结构组成。例如，该装置可被布置以检测所制造物体中的不需要的缺陷、夹杂物或缝隙，例如由铸件形成的物体。用于质量控制目的，该装置可通过检测名义上相同的制造物体之间的结构组成差异。在一个实施例中，提供了一种用于检测液体的污染的装置，包括：第一探针元件，所述第一探针元件用于提供与所述样本直接接触的第一表面和与所述样本非直接接触的第二表面；测量系统，所述测量系统用于测量通过所述第一表面的传热率；处理单元，所述处理单元用于分析测量得到的传热率，以检测指示液体的污染的液体的传热特性的变化。该装置使用机械上简单可靠的结构，能够实时灵敏地检测液体中的污染。这种方法本质上是处理液体温度的变化。与基于其他原理的现有技术方法相反，温度的这种变化不会对测量精度产生显著的负面影响。在实施例中，可以加热第一探针元件以提高测量精度。例如，加热可以增加样本(例如液体)和探针元件之间的温度差，从而提高精确度。在一个实施例中，可提供多个(例如两个)探针元件。通过提供的多个独立的样本的传热特性(例如液体)的测量，提供多个探针元件可以提高测量精度。优选地或附加地，不同的探针元件可以加热或冷却不同程度和/或由具有不同电导率的材料来形成以使从样本(如液体)到探针元件的传热率相对于不同的探针元件是不同。在这个场景下，结合来自不同的探针元件的测量结果使在不需要测量样本(例如液体)的温度的情况下获得样本(例如液体)的传热特性成为可能。这可以提高操作和/或结构的简洁性，提高可靠性和/或寿命，和/或降低生产成本。根据本专利技术的另一方面，提供一种检测样本的组成的装置，包括：一个或多个电阻元件，每个电阻元件用于与样本热接触；测量系统，所述测量系统用于：(1)驱动电流通过一个或多个电阻元件中的每一个电阻元件，从而向一个或多个电阻元件中的每一个电阻元件供热，以及(2)测量一个或多个电阻元件的每一个电阻元件的电阻值的变化；以及，处理单元，所述处理单元用于分析提供给一个或多个电阻元件中的每一个电阻元件的热量与一个或多个电阻元件的每一个电阻元件的电阻值的变化之间的关系，从而检测指示所述样本的组成的所述样本的传热特性。在一个实施例中，提供了一种检测液体的污染的装置，包括：电阻元件，所述电阻元件用于与样本直接接触；测量系统，所述测量系统用于：(1)驱动电流通过电阻元件，从而向电阻元件供热，以及(2)测量电阻元件的电阻值的变化；以及处理单元，所述处理单元用于分析提供给电阻元件的热量与电阻元件的电阻值的变化之间的关系，从而检测指示所述液体的污染的所述液体的传热特性的变化。根据这一方面，该装置的与样本(例如液体)相接触的部分可以特别地简单，因此有利于降低成本和提高可靠性。在一个实施例中，电阻元件以至少10％的电阻元件的表面积与基板接触(例如作为安装在基板上的薄膜元件)的方式安装在基板上。这种布置的一个优点是，可以在电阻元件没有到达足以破坏被检测的样本(例如液体)的温度的情况下对电阻元件施加明显的加热功率。基板的作用是有效地传递热量离开电阻元件。在一个可选的实施例中，电阻元件被安装以便与样本(例如液体)直接接触超过电阻元件90％的表面积。这种布置的优点是可以快速地改变电阻元件的温度，从而允许热解清洁和/或快速形成气相(其可用于检测某些污染物，例如水)。根据本专利技术的另一方面，提供了一种样本的组成的检测方法，包括：提供具有与样本直接接触的第一表面和与样本非直接接触的第二表面的第一探针元件；测量通过所述第一表面的传热率；分析测量得到的传热率，以检测指示样本的组成的样本的传热特性。在一个实施例中，提供了一种检测液体的污染的方法，包括：提供具有与液体直接接触的第一表面和与液体非直接接触的第二表面的第一探针元件；测量通过所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测样本的组成的装置，包括：第一探针元件，所述第一探针元件用于提供与所述样本直接接触的第一表面和与所述样本非直接接触的第二表面；测量系统，所述测量系统用于测量通过所述第一表面的传热率；处理单元，所述处理单元用于分析测量得到的传热率，以检测指示所述样本的组成的所述样本的传热特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.16 GB 1422370.51.一种用于检测样本的组成的装置，包括：第一探针元件，所述第一探针元件用于提供与所述样本直接接触的第一表面和与所述样本非直接接触的第二表面；测量系统，所述测量系统用于测量通过所述第一表面的传热率；处理单元，所述处理单元用于分析测量得到的传热率，以检测指示所述样本的组成的所述样本的传热特性。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述样本是液体，所述检测样本的组成包括：检测所述液体的污染；所述第一探针元件用于提供与所述液体直接接触的所述第一表面和与所述液体非直接接触的所述第二表面；所述处理单元用于分析测量得到的传热率，以检测指示液体的污染的液体的传热特性的变化。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一探针元件穿透容纳所述样本的容纳壁。4.根据前述任一项权利要求所述的装置，还包括第一探针元件加热器，所述第一探针元件加热器用于加热所述第一探针元件。5.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中，所述测量系统包括：第一表面温度传感器，所述第一表面温度传感器用于测量所述第一表面的第一温度；第二表面温度传感器，所述第二表面温度传感器用于测量所述第二表面的第二温度；所述测量系统用于使用测量得到的第一温度和第二温度来测量通过所述第一表面的传热率。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述测量系统还用于接收来自用于测量所述样本的温度的样本温度传感器的输入；以及所述处理单元用于当检测到所述样本的传热特性的变化时，使用所述样本的温度的测量值。7.根据权利要求6所述的装置，还包括所述样本温度传感器。8.根据权利要求5-7中任一项所述的装置，还包括第二探针元件，所述第二探针元件用于提供与所述样本直接接触的第三表面和与所述样本非直接接触的第四表面，其中所述测量系统用于测量通过所述第三表面的传热率；并且所述处理单元用于分析测量得到的通过所述第一表面和所述第三表面的传热率，以检测指示所述样本的组成的所述样本的传热特性，或者，当所述样本是液体时，检测指示所述液体的污染的液体的传热特性的变化。9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述第一表面和所述第三表面具有相同的尺寸和形状；以及所述第一探针元件和所述第二探针元件被配置为，在使用时，当所述样本的靠近所述第一表面和第三表面的温度相同时，到所述第一表面内的传热率与到所述第三表面内的传热率不同。10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述第一探针元件由第一材料形成，所述第二探针元件由第二材料形成，所述第一材料和所述第二材料具有不同的导热系数，从而在使用时，当所述样本的靠近所述第一表面和所述第三表面的温度相同时，到所述第一表面内的传热率与到所述第三表面内的传热率不同。11.根据权利要求8-10中任一项所述的装置，其中所述测量系统还包括：第三表面温度传感器，所述第三表面温度传感器用于测量所述第三表面的第三温度；第四表面温度传感器，所述第四表面温度传感器用于测量所述第四表面的第四温度，其中所述测量系统用于使用测量得到的第三温度和第四温度来测量通过所述第三表面的传热率。12.根据权利要求8-10中任一项所述的装置，其中所述第二探针元件穿透容纳所述样本的容纳壁。13.根据权利要求8-12中任一项所述的装置，还包括磁体，所述磁体用于吸引有磁性的或可磁化的颗粒，优选的是吸引至靠近所选择的所述第一表面和所述第三表面中的一个的区域。14.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中，当所述样本挤靠所述第一探针元件时，所述第一探针元件适应性地使所述第一表面变形并且与所述样本的表面保持一致。15.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中，所述装置包括电阻元件和第一表面温度传感器，所述电阻元件用于作为第一探针元件加热器加热所述第一探针元件，所述第一表面温度传感器用于测量所述第一表面的第一温度。16.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中，所述电阻元件包括薄膜电阻元件，可选的，所述薄膜电阻元件被封装在支承材料里。17.一种用于检测样本的组成的装置，包括：一个或多个电阻元件，每个电阻元件用于与样本热接触；测量系统，所述测量系统用于：(1)驱动电流通过所述一个或多个电阻元件中的每一个电阻元件，从而在所述一个或多个电阻元件中的每一个电阻元件处供热，以及(2)测量所述一个或多个电阻元件中的每一个电阻元件的电阻值的变化；以及处理单元，所述处理单元用于分析提供给所述一个或多个电阻元件中的每一个电阻元件的热量与所述一个或多个电阻元件中的每一个电阻元件的电阻值的变化之间的关系，从而检测指示所述样本的组成的所述样本的传热特性。18.根据权利要求17所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡摩特·辛格·查纳，乔纳森·谢默斯·沙里文，
申请(专利权)人：牛津大学创新有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB