A concept of an infrared sensor system for oil condition monitoring

Summary

Fourier transform infrared (FTIR) spectrometry is an indispensable laboratory measurement method for the evaluation of the condition of lubricating oils. This technique allows the determination of several oil properties, e.g., degree of oxidation, nitration, and soot content. One of the most important parameters is the oxidation number, which is a measure for the oxidative degradation of the oil, in particular of the base oil. The utilisation of a sensor assembly consisting of an IR source, IR detector, oil measurement cell, and narrowband IR filters enables the detection of significant oil parameters at selected characteristic bands within the IR spectrum. The applicability of the sensor concept described above is illustrated by evaluating the oxidation number from the absorption of a significant IR band and a reference band. Our investigations showed that the implementation of an IR sensor for on-site or even online oil condition monitoring is possible. An appropriate choice of IR filters and the development of a sensor signal algorithm enable the determination of further oil properties, which can be derived from the infrared absorption spectrum.

Zusammenfassung

Die Fourier-Transformations-Infrarotspektrometrie (FTIR) ist eine unerlässliche Labormessmethode zur Beurteilung des Schmierölzustandes, mit deren Hilfe eine Vielzahl wichtiger Ölparameter wie Oxidation, Nitration, Rußgehalt und dergleichen bestimmt werden. Eine wesentliche Kenngröße ist die Oxidationszahl, welche ein Maß für die thermisch-oxidative Alterung des Öles, insbesondere des Basisöls in Schmierstoffen, ist. Die Verwendung eines Aufbaus bestehend aus IR-Quelle, IR-Detektor, Probeaufnahme und optischen Interferenzfiltern ermöglicht die Bestimmung ölrelevanter Eigenschaften aus charakteristischen Banden im Infrarotabsorptionsspektrum. Am Beispiel der Oxidationszahl kann gezeigt werden, dass eine derartige Sensorvorrichtung zur Bewertung signifikanter Banden in Infrarotspektren für die Online-Ölzustandsanalyse herangezogen werden kann. Die geeignete Wahl der IR-Filter und die Entwicklung eines Auswertealgorithmus erlaubt die Ermittlung weiterer Ölparameter, die mittels Infrarotspektrometrie zugänglich sind.