【原创】油液检测技术交流贴--铁谱仪的原理及应用

直读式铁谱仪
原理－由永久磁铁、虹吸泵、光电传感器、玻璃沉淀管和信号放大、显示装置组成。这种仪器可获取2个反映样品磨粒浓度的数值，操作简单，分析速度快，适用于对设备作初步诊断。玻璃沉淀管装在倾斜的永久磁铁上方，利用虹吸泵使试样经过毛细管，然后流至废液杯。当试样在沉淀管内流动时，在永久磁铁的磁场力的作用下，试样中的磨粒沉淀在管的内壁，两束相距5mm的光线穿过磁铁照射到沉淀管上，第1道光束的位置接近沉淀管的入口端，大磨粒（大于5µm）和部分小磨粒沉积在这个位置。第2道光束的位置是小磨粒（1~2µm）沉淀处。在沉淀管的光线照射的上方，设置了2个光电传感器，其接受的光强率减量反映出这2个位置处的磨粒数量。光电传感器的信号经过放大和转换，然后用数字显示出来。大磨粒读数值用“Dl”表示，小磨粒读数值用“Ds”表示。
原理图：



1－样品油试管， 2—沉积管，
3—光纤， 4—光源，
5—玻璃管， 6—磁铁，
7—光电传感器， 8—切换阀壳体，
9—切换阀柱塞， 10—切换阀盖，
11—行程开关， 12—缓冲容器，
13—微量真空泵 14—排气管，
15—废液杯， 16—按钮

分析式铁谱仪
原理：由磁铁（电磁铁或永久磁铁）、蠕动泵（亦称微量泵）或气压泵、输油导管、回油管及玻璃基片等组成。这一仪器用于制备铁谱片，实现磨粒从试样中分离。其工作原理为：在磁铁上倾斜地安放一张玻璃基片（倾斜角度为1°～2°左右）蠕动泵的滚轮外缘装有输油导管,输油导管的一端置于玻璃基片的上方,另一端插入盛有试样的试管中,启动蠕动泵(或气压泵),使试样以15～30mL/h的流速吸入输油导管并流至玻璃基片，然后从与玻璃的下方搭接的回油管流入废油瓶。玻璃基片上划有U形憎油糟，使试样在玻璃基片上沿垂直于磁铁磁力线的方向由上向下流动，在重力、浮力、磁场力和粘滞阻力的共同作用下，试样中的磨粒便牢固地粘附在玻璃基片上，再用四氯乙烯溶剂冲洗，去除基片上的残液，磨粒便牢固地粘附在玻璃基片上，制成了铁谱片。对于铁磁性磨粒，按尺寸大小依次有序沉积，紧靠入口处下方沉积尺寸大于5µm的磨粒；在距铁谱片出口端50mm处沉积的磨粒，其尺寸多为1～2µm；在靠近铁谱片出口端，磨粒尺寸更小，甚至不以连续的链线状沉积，有色金属磨粒和非金属微粒不按这种规律沉积，具有随机性。




分析式铁谱仪原理图

铁谱显微镜
由反射光源、透射光源、载物台、照相机等构成。由于铁谱显微镜有反射光源和透射光源，故又称为双光显微镜。
反射光源和透射光源可以同时使用，也可以单独使用，其光强可以分别调节。透射光从显微镜的下部发出经过折射镜折射后向上穿过放在载物台上的铁谱片进入物镜，再通过双路镜到达目镜，从而更清晰的观察铁谱颗粒。
铁谱显微镜原理图：

铁谱分析程序
第1步 油液取样
取样技术是油液分析技术成败的关键一步。
取样注意事项：
　　　　 取样位置
　　　　 取样时间
　　　　 取样周期
　　　　 取样记录
取样器具（包括油样瓶、取样管、取样器等）要清洁干净，防止污染；
二次取样时应采用两根取样胶管。取样部位：
对中、高速柴油机,每次取一个系统油样即可；
对单缸独立润滑系统的柴油机应分缸取样。
取样部位一般定在回油管放油阀、滤器前、曲轴箱等部位。当送检油样仅测理化指标时，也可在进机前位置取样。关键是确保所取油样应具有代表性，能正确反映所监测设备的磨损情况。取样部位一经确定，每次取样应在同一个部位进行。
取样周期:




取样量：
对做铁谱光谱颗粒计数和污染度测试时，每次取样300ml，对需做滑油粘度、水分检测或异常样品须取样500ml。一般要求取油量是配发油样瓶的3/4。
取样时机：
取样应在机械设备运行状态下进行。特殊情况必须停机取样时，应在停机后30分钟内取样。
注意：
取样时，必须保证取样口周围清洁，无污染杂质。应先从取样口放掉一部分油后，再接取拟送检的油样，保证送检油样的均匀性与代表性。 取样后应立即盖紧取样瓶盖，防止泄漏（在盖取样瓶盖之前，禁止用任何物品擦拭取样瓶！）然后将样品瓶外表擦干净，贴牢标签(取样卡)，防止脱落，并保持标签清洁、字迹清楚，尽量避免油渍污染。
凡首次对某一设备进行油液监测取样送检时，还应提供一个与该设备所取油品牌号完全相同的新油作比较用，当该设备更换不同牌号的油品时，应重新送该牌号新油，以确保监测结果的连续性与准确性。
取油样后，应及时送化验室检测。
取样记录：包括静态数据和动态数据两部分。
静态数据：取样机械名称、使用单位、型号、功率、转速、润滑油的容量和牌号等。
动态数据：取样机械的各类待征数，如油样编号、机械使用时数、润滑油使用时数、油温、水温、水压、故障征兆、分析重点及建议等。取样记录表应与油样瓶一起送往实验室。

第2步: 油液预处理

1.样品加热：将盛有润滑油样品的瓶子放入干燥箱中，使样品在65±5℃的温度下，保持30分钟，目的是使样品的粘度降低，便于对样品振荡。
2.振荡：手动振荡和器械振荡，目的是使因沉淀而聚集的磨粒得以分散，并使各种尺寸的磨粒都能悬浮在样品中。
3.稀释：包括浓度稀释和粘度稀释
浓度稀释－当油样中磨粒浓度高时，为避免磨粒在铁谱片上（或沉积官内）发生堆积现象影响观察与分析所采取的措施；
粘度稀释－是在油样中加入一定量的四氯乙烯，目的是降低样品的粘度，以改善油样的流动性。

第3步 制谱


第四步 观察分析
1）谱片的定量分析
通过加装在显微镜上的光密度计对谱片不同沉积区域（一般指大颗粒沉积区域和小颗粒区域）的透光度进行测量，检测出磨损烈度，在铁谱分析技术中，认为这个数值能反映大小磨损的数量差，称之为定量铁谱。
分析式铁谱仪可以测量出大磨粒区和小磨粒区的覆盖面积百分比Al、As。
Al＋As－磨损浓度（也称磨损量），其值越大表示磨损的速度越快；
Al - As－磨损烈度，表征不正常磨损状态的严重程度，
I0－磨损烈度指数I0它是一个判别磨粒发展进程的指标，反映了磨损的进度和严重程度，
即全面反映了磨损的状态。
直读式铁谱仪可以直接读出大磨粒读数Dl和小磨粒读数Ds。
Dl －大磨粒读数值用“Dl”表示，主要代表大磨粒（大于5µm）和部分小磨粒的相对浓度；
Ds－小磨粒读数值用“Ds”表示，主要代表小磨粒（1－2µm）的相对浓度；
2）谱片的定性分析
利用双光显微镜（或称铁谱显微镜）对谱片上的磨屑进行大小、形状、色泽、表面纹理等的观察、磨损类型的识别，称之定性铁谱，还可以测量磨粒尺寸，鉴别其成分和测定表征磨粒数量的光密度值以及对磨粒进行显微摄影。
该法的本质是根据个别异常磨屑的特征判断设备的磨损部件曾发生过的摩擦磨损过程。
正常磨损图谱：

一些典型的铁铺图谱照片：

分析式铁谱分析技术的特点和应用
A．基本属于离线分析方法，每一个样品分析时间长；
B．不仅可以观察到磨粒的大小，还可以观察到磨粒的形貌和颜色；
可以监测摩擦副工况和研究磨损机理；
C．铁谱分析的规范化不够，分析结果对操作人员的经验有较大的
依赖性，若缺乏经验，往往会造成误诊或漏诊；
D．要完整监测磨损工况，还需要与其它监测方法配合。
铁谱分析技术的应用
A、柴油机磨合的铁谱监测
B、诊断柴油机故障
A、柴油机磨合的铁谱监测
例如: Z12V-190B柴油机磨合阶段地直读铁谱磨损趋势曲线。见下图。
工厂原来规定，磨合时间是330min。
直读铁谱结果表明，至B时，磨合已基本结束，磨损颗粒观察也表明，运转180min油样中主要是正常磨损颗粒了。



B、诊断柴油机故障
例1: 在42-160型柴油机监测中，发现腐蚀磨损颗粒，结合光谱和理化分析，及时判明是进海水造成的。
铁谱分析：在谱片上发现大量红色氧化物，明显表明油中有进水的迹象；
光谱分析：滑油中钠元素的含量高达500ppm，明显高于其它油样，初步判断为滑油中进海水；
理化分析：使用SYP1015石油产品水分试验器，测试结果为水分含量为1.5％。
综合判断：柴油机滑油中有海水，含量1.5％，已经导致油液中产生大量的红色氧化物。
结论建议：拆检柴油机滑油相关系统，更换润滑油。
拆检结果：柴油机滑油冷却器盘管腐蚀导致海水泄漏进柴油机滑油。
注意：发现滑油内有海水时，必须立即拆卸清洗，更换滑油，以免时间长而使海水蔓延机件锈蚀严重。

下一节分析红外光谱技术在油液检测中的应用

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