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铁谱仪及其原理:铁谱仪中的磁场

作者:   发布日期:2016-7-8   点击数:586

  铁谱仪是运用铁谱技术获取磨损微粒的硬件手段,迄今己研究开发出多种类型,其中,运用比较广泛的有以下四大类:1、分析式铁谱仪;2、直读式铁谱仪;3、旋转式铁谱仪;4、在线式铁谱仪。除此之外,采用相同原理但工作方式有所不同的还有磨粒定量仪、气动式铁谱仪、铁量仪等,但不管如何变化方式,所有的铁谱仪采用的都是磁性吸附磨损微粒的原理。

铁谱仪中的磁场

1、 高梯度强磁场

  显而易见,所有的铁谱仪都把最大限度和最高效率地从被分析液体样品中分离出磨损微粒作为第一追求目标,实验观测表明,机械磨损微粒的粒度在10-1~102um这个数量级之间且在油样中呈悬浮状,因此,铁谱仪的磁场要对小至亚微米级的磨粒产生足以使其从液体样品中沉积下来的磁场作用力。

相当于一个分子的微粒在三维磁场空间中某点所受的磁场作用力公式

微粒在磁场中被磁化后,其磁偶极矩的方向与磁通密度的方向在一直线上

在铁谱技术中所需沉积的是具有一定体积的颗粒,而不是只具有一个磁偶极矩的分子微粒,因此,它被磁化后的部磁矩应是各微粒磁矩之和。

  2、 高梯度强磁场的形成

  产生于机械磨损的碎屑,其粒度在亚微米至数十微米之间,为了从润滑油中分离出如此之小的磨粒,必须建立一个具有高梯度的强磁场工作区。以铁系磨粒为例,虽然它具有铁磁性因而最易获得极大磁场作用力,但因其微粒极小而所需要的磁场梯度却不太容易获得。有理论计算表明,就是对存在于运动粘度为0.8*10-5m2/s的油样中之1~2um的铁磨粒,也需要具有高达0.8T/mm(T---特斯拉,磁通密度单位)这样梯度的磁场,才能在长达60mm铁谱片上的流动过程中将其吸附在铁谱基片上。

  为了获得这样一个磁场空间,分析式和直读式铁谱仪磁铁的设计如图所示:

分析式铁谱仪和直读式铁谱仪设计示意图

  磁钢采用具有很高的剩余磁化强度MR和较大的矫顽力HC的硬磁材料。磁轭和磁极采用铁磁性物质,在其磁化饱和后会产生高于磁钢剩余磁化强度的磁通密度。这样可以提高整个磁回路的磁通量。极头在形成狭缝的相对处做成楔状。经理论计算和实验验证,其几何尺寸设计如图所示。

  由于磁力线在极头处高度汇聚,狭缝中形成了磁通密度B极高的均强磁场。而磁铁上表面以上的空间则充满发散出来的磁场,B值突然减弱。这样在狭缝上方距磁铁上表面不太远的区域内形成了磁场很强、梯度同时也很高的磁场,这个磁场空间就是铁谱仪的工作区。如上图示是沿垂直方向(Z方向)测试的磁场分布曲线,它不但是铁谱仪设计的重要依据,也是在使用铁谱仪时针对不同油样、不同粒度分布的磨粒群调整操作参数的主要参考之一。

磁场分布曲线

  在分析式铁谱仪和直读式铁谱仪中,磁场狭缝是直线形状的,所做出的磨粒沉积带在宏观观察上是线状的,在旋转式铁谱仪和磨粒觉积器中,磁场狭缝是做成环形闭合状的,沉积的磨粒带则是环形的。但无论是直线形还是环形,无论油样流动方向是与磁狭缝平行还是垂直,决定磨粒是否能够沉积和觉积性状孤主要因素是建立高剃度强磁场。

  本文摘自杨其明著《磨粒分析――磨粒图谱与铁谱技术》一书部分章节,版权归原作者所有,出于传递更多信息和学习之目的,并不意味亚泰光电赞同其观点或证实其内容真实性,本文内容仅供参考。本文首发亚泰光电官网,由深圳市亚泰光电技术有限公司编辑整理,亚泰光电,国内知名工业内窥镜油品分析仪研发、生产厂家,致力于为客户提供针对性、专业化、系统性的设备诊断和状态监测产品解决方案,欢迎您的咨询与洽谈。0755-86656390)