油品含水率影響潛艇和飛機等裝備的液壓系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)的可靠性和安全性，要求含水率小于0.01%�；�于介電常數(shù)法建立了采集油水混合乳液介電常數(shù)變化的電容傳感器的數(shù)學模型，并經過溫度補償修正。采用S3C2410ARM9作為控制核心，以WinCE作為操作系統(tǒng)管理多個任務，通過AD7745實現(xiàn)介電常數(shù)與電容量的數(shù)字轉換，設計實現(xiàn)了0.01級精度的油品含水率檢測儀。實驗表明：在-5℃～60℃溫度條件下和0～0.35%含水率范圍內，潤滑油和輕質成品油的含水率精度達到了0.01，且具有重復性好、可靠性高、設備簡單等優(yōu)點�？蓱�用在艦艇、電力、航空航天等對油品含水率要求嚴格的領域，以保證裝備的可靠性和安全性。

　　油品中的水分對潛艇、飛機等裝備中的高性能液壓系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)可靠性和安全性等有著重要影響，這些系統(tǒng)通常要求含水率小于0.01%，即達到0.01級的品質。目前，國內對0.01級油品含水率檢測裝置主要是進口國外產品。用于油品含水率檢測的方法主要有：短波吸收法、射頻法。短波法是對油管內二相流體進行點線式的采樣，不能有效表達混合兩相流的情況，尤其是工況條件下，油水的混合不可能是完全均勻的，因此工況條件下存在較大的測量誤差。射頻法是基于射頻阻抗理論，具有重復性好、體積小、響應快等特點。是，該方法電路復雜、成本高，而且工況條件下高頻電路隨著工作時間的延長而產生顯著漂移，難以得到0.01級精度的檢測。真空技術網(http://www.mp99x.cn/)考慮到水和油介電常數(shù)相差較大，且油品含水量是影響油品介電常數(shù)的主要因素，其微小變化就可引起油品介電常數(shù)的較大變化，當建立與介電常數(shù)變化相對應的電容值變化的數(shù)學模型后，通過測量電容值就可得到含水率。因此，本文擬采用介電常數(shù)法研究0.01級精度的油品含水率檢測方法和儀器，以滿足高精度油品含水率檢測到需求。

1、油品電容模型設計

　　1.1、介電常數(shù)法原理

　　介電常數(shù)是介質的一種電特性，它與介質在電場中被極化的程度和過程相關。真空的介電常數(shù)ε0約為8.854×10^-12 F/m，習慣上用相對介電常數(shù)表示(以下簡稱介電常數(shù))，其定義為介電常數(shù)與真空介電常數(shù)之比，即εr=ε/ε0，柴油的介電常數(shù)為2.1，汽油的為1.9，而水的介電常數(shù)為80，油與水的介電常數(shù)相差較大，含水率微量的變化就會引起油水混合乳液介電常數(shù)的變化。根據電介質物理學的理論，油水混合乳液的介電常數(shù)的表達式為：

　　式(1)中，W表示油品含水率，ε0、εH、ε分別表示純水、純油和混合乳液的介電常數(shù)。

4、系統(tǒng)實驗

　　為了檢驗檢測儀的性能，分別采用5W-40/SM潤滑油和93號輕質成品油進行了檢測實驗，在-5℃～60℃的情況下，測得的與不同含水率相對應的電容值變化和介電常數(shù)的變化關系如圖4和圖5所示。

圖4 潤滑油電容及介電常數(shù)與含水率變化關系

圖5 輕質成品電容及介電常數(shù)與含水率變化關系

　　從圖4和圖5可以看出，兩類油品中含水率的增加時，油品的介電常數(shù)變化顯著，使得檢測得到的電容值也相應變化，在0.01精度要求范圍內，電容值與含水率的關系呈線性關系。

5、結語

　　依據介電常數(shù)法建立了油水混合液含水率檢測的電容器數(shù)學模型，并設計實現(xiàn)了電容傳感器。介電常數(shù)法采用了管道內混合流體的平均法測量，特別適合工況條件下油水二相流流型復雜的要求。介電常數(shù)法的量程范圍小，非常適用于檢測潛艇與航空類裝備中油品含水率較低的應用。采用ARM嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)的含水率檢測儀，經過對潤滑油和輕質油品進行檢測實驗，驗證了含水率與油品介電常數(shù)關系及以及建立的電容數(shù)學模型的正確性，在0.01級檢測精度要求范圍內呈線性關系，使檢測儀精度達到了0.01級，可以滿足潛艇和航空裝備中對檢測油品含水率精度的需要，保障系統(tǒng)的可靠性和安全性，也可應用在其他各類對油品含水率有嚴格要求的領域。具有測量精度高、重復性好、可靠性高，設備簡單、安裝和維護方便等優(yōu)點，為實現(xiàn)0.01級精度油品含水率檢測儀國產化提供了技術方案。

　　更多介電常數(shù)技術文章：http：//www.mp99x.cn/vacuum-permittivity/