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分析式铁谱仪原理及磨粒在铁谱基片沉积规律

作者:   发布日期:2016-7-15   点击数:752

  分析式铁谱仪是最先发明的、最基本和最具有铁谱技术特点的铁谱仪,它与铁谱显微镜组成铁谱分析系统。

  一、分析式铁谱仪工作原理

  分析式铁谱仪微量泵以很小的气流量将空气压入密封的试管,试管内盛有取自机械润滑系统的分析油样,在压缩空气的作用下油样被压滴在以一定角度倾斜放置在高梯度强磁铁上方的铁谱基片上,在油样受重力作用沿铁谱基片自然流下的同时,其中所含机械磨损微粒在磁场作用下克服油的粘滞阻力,根据其自身粒度由大到小有序地沉积在铁谱基片上,在油样全部通过铁谱基片之后以同样方法将固定剂泵到铁谱基片上,将磨粒予以固定制成铁谱片。利用铁谱显微镜观测铁谱片上的磨粒,就可以得到有关其形态、大小、成份及粒度分布分析结果。利用光密度测量原理,可以得到分别表征大磨粒和小磨粒浓度的大磨粒覆盖面积百分比和小磨粒覆盖面积百分比值,这些结果传递出机械摩擦副磨损状态的重要信息,成为进行摩擦学研究、机械磨损状态监测和故障诊断的依据。

分析式铁谱仪原理图

  所谓磨粒在铁谱基片上的沉积规律是指磨粒在铁谱片上的沉积位置与磁场、油样、油样流速、铁谱片尺寸、铁谱片倾角等诸因素,尤其是与磨粒自身粒度间的函数关系,当铁谱仪的技术参数一经确定之后,磨粒沉积位置与其自身粒度的对应关系是最重要的问题,因为这正是铁谱技术与其他磁性分离技术不同之所在,为了定量的解析这些关系,有必要对油样中磨粒在磁场中沉积这个物理过程的条件做如下理想假设:

  (1) 油样是牛顿流体,其中的微粒可近似简化为球形,且浓度较低均匀地悬浮在油样液体中

  (2) 属于铁磁质的铁系金属磨粒在磁场的作用下达到磁化饱和。包括铁磁质、顺磁质、抗磁质在内的所有铁系、有色金属和其他污染颗粒,其所受的磁场作用力可以用该物质体磁化率K,利用公式加以计算。

铁谱基片上油膜和磨粒计算公式

   (1) 微量泵以均匀速度输送压缩空气,油液在铁谱基片上以很低的速度匀速流动,在包括滴入点在内的基片全长上油流是稳定的一维层流状态,微量泵的脉冲充气和油液的间断滴落不会引起紊流现象。

  (2) 布朗力对磨粒的作用忽略不计,只考虑磨粒的宏观动力学问题,将铁谱基片及其上的油膜之纵切面、横截面放大如上图所示,由于油样与铁谱基片上的U形不浸润带的粘滞性在X方向上存在着流速的梯度,在此,简化为只考虑Y方向中轴附近的区域,即图中的A区。因为油样与铁谱基片表面存在粘滞,油膜沿Z方向中各层的流速分布遵循二次函数规律,其数学表达式如图所示:

油样、磨粒速度沿Z方向的分布

油样与铁谱基片表面分布计算数学表达式一

5、	ALT=油样与铁谱基片表面分布计算数学表达式二


  悬浮在油样中的磨粒其上、下两点处在不同速度的油层,受上高、下低油速的拖动,发生如图中所示方向的旋转,这种旋转使其损耗一部分动能,因而其速度稍低于油流的速度,并产生一上升力F1然而由于磨粒的粒度都在微米级而且铁谱基片的长度也较短,这种机理的累积效应不大可予以忽略,这样油样中处在不同高度的磨粒沿油流方向Y的速度Vy可以用相同的表达式,即:




  由此式可以得出以下有关磨粒在铁谱片上沉积规律的分析结果:

  1、 磨粒在铁谱片上的沉积位置是由诸多因素决定的。其中既有油样的磨粒本身的性质、如粘度、密度也有铁谱仪的技术参数,如磁场、流速、倾角等,为了获得理想的磨粒沉积状态,制取合格的铁谱片,需要针对不同的油样和磨粒分布调整铁谱仪的操作参数。

  2、 当其他因素不变时,磨粒在铁谱片上的沉积位置与磨粒自身直径的平方成反比,也就是说大磨粒首先沉积,小磨粒随后沉积,从而实现了由大到小的有序排列。

  铁谱仪的磁通密度越大梯度越高,磨粒材料的体磁化率值越大,磨粒越容易沉积。

磨粒在铁谱片上沉积规律分析结果

磨粒在铁谱片上沉积规律分析结果二

  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)