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不同种类铁谱仪及工作原理

作者:   发布日期:2016-7-28   点击数:731

  在分析式铁谱仪原理基础上,用户和生产制造商针对不同应用对象,为适应不同的应用场合研制和开发了各种各样的基于磁性分离的铁谱仪或其他仪器,从形式上,为了提高速度并方便使用生产了由两个分析式铁谱仪组合的双联铁谱仪和由一个分析式一个直读式组合的复式铁谱仪,从应用上,为了适应高污染环境下的分析工作和简化油样处理过程,生产了旋转式铁谱仪。为了进行磨料磨损的研究,研制了气动式铁谱仪,从方式上为了实现工作现场的连续测试从而更及时地得到机械状态的判断生产了在线式铁谱仪,为了实现快速的简易诊断,生产了磨粒定量仪、铁量仪、磨粒分析仪器等。随着油液监测技术不断的发展,还会有新的铁谱仪或其他同样原理的仪器出现,在此不可能一一介绍。本文仅仅介绍具有代表性的两种。

  一、旋转式铁谱仪

  旋转式铁谱仪的设计思想是英国斯旺西大学的D.G.Jones和韩国机械工程研究院的O.K.Kwon在斯旺西摩擦学中心进行铁谱技术的应用研究中为改进分析式铁谱仪的不足而于1982年提出的,当时取名为旋转式磨粒沉积器。

旋转式铁谱仪外形和原理图

  如图为该中心和英国Analex公司共同生产的旋转式铁谱仪的外形,我国高等院校和研究单位的科技工作者也于20世纪80年代中期研制成功国产的旋转式铁谱仪。

  旋转式铁谱仪的核心部分是一块高梯度强磁铁,与分析式和直读式铁谱仪不同的是,它形成的是两个环形的狭缝磁场,利用一个环形的橡胶吸盘将一方形的铁谱片紧紧地吸附在圆柱形的磁铁上平面上,在电机的驱动下,方形铁谱片与圆柱形磁铁一起以较慢的速度旋转,此时,将被分析油样沿轴心滴落在方形铁谱片和圆柱形磁铁的中心位置上,在离心力的作用下,油样以螺旋式的油流形式被“甩”出方形铁谱片,而其中的磨粒在经过两个环形的磁隙和磁铁边界时,被磁场吸附下来而形成三个由磨粒组成的圆环,在全部油样滴完之后,同样用滴落固定剂的方法清洗铁谱片上的残油和固定磨粒,经自然挥发后,制成铁谱片,如图示

旋转式铁谱仪的铁谱片:内环、中环、外环

出于与分析式铁谱仪相同的沉积机理,油样首先掠过的第一个磁隙内环上沉积的是大于20um的磨粒,第二个磁隙中环上沉积的是1-50um的磨粒;而圆柱磁铁的边界外环上沉积的是1-10um的磨粒。

  同时将磨粒按自身大小有序分离,然而与分析式铁谱仪相比,旋转式铁谱仪有以下优点:

  1、 分析式铁谱仪中磨粒是按其粒度分布不同的“点”上,而旋转式铁谱仪是将不同粒度的磨粒分布在3个环上,这种展开更有利于磨粒的分隔,使磨粒边界更为清晰可辨,易于观察和进行图像处理。

  2、 油样在铁谱片上的流动借助了离心力,而不是如分析式铁谱仪中仅依靠自身的重力,因此操作者不但可以省略在铁谱技术中常用的稀释油样粘度以加速磨粒沉积的做法,而且还可通过调整磁铁组的转速来适应不同粘度的油样,大大简化了抽取铁谱片的步骤。

  3、 对于无法避免外界严重污染的油样,旋转式铁谱仪可以甩除那些往往是磁化率很低的无机或有机污染物,而留下所关心的、真正反映摩擦副磨损状态的磨粒,起到“去伪存真”的作用。

  虽然旋转式铁谱仪有以上优点,然而它不能完全替代分析式铁谱仪,首先,依靠离心力驱使油样在二维的铁谱片平面上流动,往往各向流速不均匀而且很难形成层流,这样就影响了磨粒沉积的重复性,这种影响在制取磨粒浓度较低的油样之铁谱片时更为明显。其次,离心力的作用在去除己知污染物的同时,也十分有可能去除了那些同样是磁化率较低的磨损产物和有价值的磨粒。因此,分析式铁谱仪和旋转式铁谱仪同是有效的铁谱仪,并非是后者青出于蓝而可代之于蓝,要根据不同的使用场合选择恰当的铁谱仪以发挥它们的最佳效用。

  二、在线式铁谱仪

  无论是分析式铁谱仪、直读式铁谱仪还是旋转式铁谱仪,其工作方式都是离线式的,即心须要由分析人员从被检测的机器中取出油样送往装备铁谱仪的实验室进行分析后才能得出分析结果,整个分析程序中离不开油样的提取和传递,这种离线的工作方式有可能出现两方面的弊端:一方面,由于油样的提取与结果的得出之间有一段时间差,而这段时间差可能会长至数日之久,这样就有可能在机器操作人员收到分析报告时被检测的机器己发生故障,另一方面,油样的提取有一套严格的方法和程序,往往由于取样的不规范而造成最终分析结果的不准确,以上两种离线工作方式的弊端所带来的迟判、误判在生产实践中偶有发生。

  因此,国内外生产厂家和科研机构研制和开发了在生产现场即能得到铁谱检测结果的在线工作方式铁谱仪----在线式铁谱仪。

在线式铁谱仪外形

  在线式铁谱仪的传感器一般以旁路形式装入机器润滑油系统,主机安放在机器操作人员可以直接观察的操作台或其他恰当的位置上,如下图示,传感器内在油路旁装有高梯度强磁场的电磁铁和表面电容传感器,当开始测量时,电磁铁通电产生磁场,润滑油中的磨粒在磁场作用下,按照分析式铁谱仪的沉积规律由大到小依序沉积在一个密封的平面上,同时,在两个相应大磨粒沉积区和小磨粒沉积区的位置上安装离两个平面电容器,磨粒沉积量的多少改变了平面电容器极间电介质的介电常数,平面电容器的电容值随之发生变化,电容值的变化引起己预置的整个检测电路的变化。

在线式铁谱仪安装示意图及结构原理

  为了实现不间断地自动显示润滑油中磨粒浓度的状态,在线式铁谱仪主机中的单片机指挥控制单元按照一定程序和规范工作,其动作主要是以下两个方面:

  1、 单片机发出开始测量指令,电磁铁通电产生磁场,在测量程序按一定要求完成之时,单片机便自动发出指令,切断电磁铁电流,磁场消失后进入冲洗程序,由润滑油自身冲去沉积在表面电容器位置上的磨粒并自动检测是否达到冲净要求,以便进行下一个测量循环。

  2、 表面电容器的电容值只是在磨粒沉积量处于一定范围之内才与其成线性关系,故而为了使读数具有可比性,传感器开始读出数据或称采集数据的条件不是以时间为准,而是以达到一个恒定读数值为准。

在线式铁谱仪工作原理图一
在线式铁谱仪工作原理图二

  正由于在线式铁谱仪具有其他任何离线式铁谱仪所不具备的实时监控优势,故而特别受到那些装备大型机组的流程工业系统的关注,因为这些设备必须保证长时间可靠地不停机运行,由于技术上的原因,在线式铁谱仪开发较为缓慢,仅曾在液压系统上取得应用结果,我国的科技工作者在20世纪90年代开发研制了具有特色的在线式铁谱仪,它除了在传感器上加以改进之外还形成了多探头、多测点,计算机统一采集、处理、存储、显示和打印输出的在线式铁谱仪系统。在炼油厂涡轮机变速箱、电厂柴油机以及舰船柴油机的成功应用表明,在线式铁谱仪不但有着很好的开发和应用前景,而且在技术上能够取得突破,20世纪90年代末,国内外又有许多基于与铁谱仪相似原理的和种类型在线式润滑油系统监测仪问世,并进入市场,其应用效果有待加以总结。

  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)