第五章_油样分析

1、第五章 油样分析第一节 概述第二节 光谱分析第三节 铁谱分析 油样分析技术油样分析技术是借助对机械系统有是借助对机械系统有代表性油样代表性油样的分析的分析来实现来实现机器状态监测和故障诊断机器状态监测和故障诊断的，它是近十几年迅速发的，它是近十几年迅速发展起来的用于机械设备状态监测的新技术，尤其展起来的用于机械设备状态监测的新技术，尤其在发动机、在发动机、齿轮传动、轴承系统、液压系统齿轮传动、轴承系统、液压系统等方面，该技术取得了显等方面，该技术取得了显著的效益，获得了广泛的应用。著的效益，获得了广泛的应用。 在设备中广泛存在着在设备中广泛存在着两类工作油两类工作油：液压油和润滑油。液压油和润

2、滑油。 通过对工作油液通过对工作油液(脂脂)的的合理采样合理采样，并进行必要的分析，并进行必要的分析处理后，就能取得关于该处理后，就能取得关于该机械设备各摩擦副的磨损状况机械设备各摩擦副的磨损状况：包括包括磨损部位、磨损机理以及磨损程度磨损部位、磨损机理以及磨损程度等方面的信息，从等方面的信息，从而对设备所处工况作出准确的判断。而对设备所处工况作出准确的判断。 壳牌石油公司壳牌石油公司对机械故障作了分类统计：对机械故障作了分类统计：柴油机柴油机中中，30%的故障的故障是由于是由于污染造成污染造成的，的，其中其中50%是由于磨损造成是由于磨损造成的。对于的。对于齿轮齿轮来说，来说，75%的故障是

3、由于润滑不当的故障是由于润滑不当、外来污、外来污染、腐蚀、轴承失效、维修不足和连续或短暂的超负荷运染、腐蚀、轴承失效、维修不足和连续或短暂的超负荷运转造成的；转造成的；其中其中51%的故障是与磨损有关的故障是与磨损有关，49%的故障是的故障是与过载有关。对于与过载有关。对于滚动轴承滚动轴承来说，来说，40%的故障是由于润滑的故障是由于润滑不当造成不当造成的，其中有的，其中有10%的故障是在轴承正常疲劳寿命期的故障是在轴承正常疲劳寿命期内发生的。内发生的。 目前在工业发达的国家中，目前在工业发达的国家中，油液分析技术油液分析技术正在或已经正在或已经成为机械设备状态监测及故障诊断的不可缺少的方法之

4、一，成为机械设备状态监测及故障诊断的不可缺少的方法之一，占有重要的地位。占有重要的地位。 机械在运行过程中，其机械在运行过程中，其磨损产物磨损产物(磨损微粒磨损微粒)都要都要进入润进入润滑油滑油中。研究表明，磨损微粒带有许多有关零件磨损状况的中。研究表明，磨损微粒带有许多有关零件磨损状况的信息。信息。不同磨损时期不同磨损时期(磨合磨损期、正常磨损期、剧烈磨损磨合磨损期、正常磨损期、剧烈磨损期期)的磨损微粒在尺寸、数量、分布等方面存在较明显的区的磨损微粒在尺寸、数量、分布等方面存在较明显的区别；别；不同磨损机理不同磨损机理(磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀1、

5、油样分析的含义油样分析的含义磨损等磨损等)作用下产生的磨损作用下产生的磨损微粒，在形貌、大小等方微粒，在形貌、大小等方面存在较显著的差别；面存在较显著的差别；不不同材料同材料制成的磨损零件，制成的磨损零件，磨损微粒的化学成分也不磨损微粒的化学成分也不相同。相同。 通过对磨损微粒进行通过对磨损微粒进行尺寸、浓度、形貌、分布和成尺寸、浓度、形貌、分布和成分分等参数的等参数的定性定性与与定量定量分析分析，便可在不停机、不拆卸条，便可在不停机、不拆卸条件下诊断出机械设备的磨损状况（磨损部位、磨损机理、件下诊断出机械设备的磨损状况（磨损部位、磨损机理、磨损程度等）。磨损程度等）。 油样分析的对象油样分析

6、的对象可以是可以是新油新油也可以是也可以是在用油在用油或用过或用过的的旧油旧油，从，从现代诊断技术的观点出发现代诊断技术的观点出发则主要是对则主要是对在用油在用油的分析，其的分析，其目的目的首先是首先是判断油液本身是否合乎使用要求判断油液本身是否合乎使用要求，预测出磨损的发展趋势预测出磨损的发展趋势，从而确定合理的换油时间从而确定合理的换油时间，更，更重要的是通过油液带来的种种信息判断机器的工作状态重要的是通过油液带来的种种信息判断机器的工作状态是否正常。是否正常。1、油样分析的含义油样分析的含义2、油样分析技术、油样分析技术 油样分析技术的内容非常广泛，包括油样分析技术的内容非常广泛，包括油

7、品理化性能指标油品理化性能指标化验化验、油样污染度评定油样污染度评定 (以颗粒计数为代表以颗粒计数为代表)、以及油样、以及油样铁谱铁谱和和光谱光谱分析技术等。分析技术等。 在机械故障诊断这个特定的技术领域中，油样分析技术在机械故障诊断这个特定的技术领域中，油样分析技术通常是指油样的通常是指油样的铁谱分析技术铁谱分析技术和和光谱分析技术光谱分析技术，有时也包含，有时也包含磁塞技术。磁塞技术。 它们的它们的共性共性是都可是都可用作用作铁磁性物质颗粒铁磁性物质颗粒(光谱分析不仅限于铁光谱分析不仅限于铁磁性物质磁性物质)的收集和分的收集和分析析，但各有不同的尺寸，但各有不同的尺寸敏感范围。敏感范围。光

8、谱光谱：10m、铁谱铁谱：1100m、磁塞磁塞：1001000m 常采用的三种油样分析技术的机理、分析内容及使用常采用的三种油样分析技术的机理、分析内容及使用的仪器见的仪器见表表5-2。油样分析技术及仪器。油样分析技术及仪器 3、油样分析技术的应用、油样分析技术的应用4、油样分析、油样分析工作步骤工作步骤采样、检测、诊断、预测和处理采样、检测、诊断、预测和处理五个步骤。五个步骤。油样必须具有油样必须具有代表性代表性，能够反映当前机械的运行状态。能够反映当前机械的运行状态。 由于油液中的各种组分、磨损颗粒及污染杂质在整个由于油液中的各种组分、磨损颗粒及污染杂质在整个系统的油液中的分布是不均匀的，

9、它们以不连续的分散相系统的油液中的分布是不均匀的，它们以不连续的分散相存在，特别是润滑油中的磨损颗粒，它的浓度和尺寸分布存在，特别是润滑油中的磨损颗粒，它的浓度和尺寸分布是随机器的运行工况及其它多方面的影响而变化的，这就是随机器的运行工况及其它多方面的影响而变化的，这就给取出具有代表性的油样带来了困难。给取出具有代表性的油样带来了困难。在机器的润滑系统中，最在机器的润滑系统中，最常用的两个取样点是润滑常用的两个取样点是润滑油油油箱油箱和和回油管回油管处，回油处，回油管取样比在油箱中取样有管取样比在油箱中取样有较大的优越性较大的优越性 。 原子是由原子核和电子组成，每个电子都处在一定的能原子是由

10、原子核和电子组成，每个电子都处在一定的能级上，具有一定的能量，正常状态下，原子处在稳定状态，级上，具有一定的能量，正常状态下，原子处在稳定状态，它的能量最低，这种状态称它的能量最低，这种状态称基态基态。当物质受到外界能量当物质受到外界能量(电电能、热能或光能能、热能或光能)的作用时，核外电子就跃迁到高能级的作用时，核外电子就跃迁到高能级，处，处于高能态于高能态(激发态激发态)电子是不稳定的，激发态原子可存在的时电子是不稳定的，激发态原子可存在的时间约间约 10-8秒，它从高能态跃迁到基态，或较低能态时，把秒，它从高能态跃迁到基态，或较低能态时，把多多余的能量余的能量以光的形式以光的形式释放出来

11、释放出来，原子能级跃迁图见图，原子能级跃迁图见图5-1。因为每一种元素的基态是不因为每一种元素的基态是不相同的，激发态也是不一样相同的，激发态也是不一样的，所以发射的光子是不一的，所以发射的光子是不一致的，也就是波长不相同致的，也就是波长不相同。 通过光谱分析，就能检测出油样中所含金属元素的通过光谱分析，就能检测出油样中所含金属元素的种类种类及其及其浓度，浓度，以此推断产生这些元素的磨损发生以此推断产生这些元素的磨损发生部位部位及其及其严重严重程度程度，并依此对相应零部件的工况作出判断。，并依此对相应零部件的工况作出判断。 依据依据波长波长可以可以决定元素类型决定元素类型，这就是光谱的，这就是

12、光谱的定性分析定性分析。另一方面另一方面谱线的强度谱线的强度是由发射该谱线的光子数目来决定的，是由发射该谱线的光子数目来决定的，光子数目多则强度大，反之则弱。光子的数目由处于基态的光子数目多则强度大，反之则弱。光子的数目由处于基态的原子数目所决定，而基态原子数目又取决于某元素含量多少，原子数目所决定，而基态原子数目又取决于某元素含量多少，这样，这样，根据根据谱线强度谱线强度就可以得到某元素的含量就可以得到某元素的含量，光谱的光谱的定量定量分析分析。 油样光谱分析油样光谱分析，是，是利用原子的发射与吸收光谱进行物质利用原子的发射与吸收光谱进行物质的化学组成及含量的分析的化学组成及含量的分析。是根

13、据各原子都有自己特定的谱是根据各原子都有自己特定的谱线进行的。线进行的。 油样光谱分析包括油样光谱分析包括原子吸收式光谱分析原子吸收式光谱分析和和原子发原子发射式光谱分析射式光谱分析两大类。两大类。油样光谱分析的油样光谱分析的特点特点1、检出限低，灵敏度高、检出限低，灵敏度高。火焰原子吸收法的检出限可达。火焰原子吸收法的检出限可达10-9级。级。2、准确度高。、准确度高。火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的相对标准差可达相对标准差可达1%，石墨炉原子吸收法的准确度一般，石墨炉原子吸收法的准确度一般约为约为3%5%。3、分析速度快。、分析速度快。例如用例如用P

14、E5000型自动原子吸收光谱仪型自动原子吸收光谱仪在在35min内能连续的测定内能连续的测定50个试样中的个试样中的6种元素。种元素。4、试样用量小。、试样用量小。无火焰原子吸收光谱法分析仅需试样溶无火焰原子吸收光谱法分析仅需试样溶液液5100L或或5100mg。5、应用范围广。、应用范围广。可测定的元素可测定的元素达达70多种多种，不仅可以测定，不仅可以测定金属元素，也可以用间接原子吸收法测定非金属和有金属元素，也可以用间接原子吸收法测定非金属和有机化合物。机化合物。6、仪器操作较简便。、仪器操作较简便。1、多元素同时测定尚有困难多元素同时测定尚有困难，只有，只有原子发射光谱可原子发射光谱可

15、同时进行多元素测定；同时进行多元素测定；2、有相当一些元素的测定灵敏度还不能令人满意；、有相当一些元素的测定灵敏度还不能令人满意；3、对复杂试样，干扰还比较严重。、对复杂试样，干扰还比较严重。原子光谱法的原子光谱法的不足之处不足之处：Atomic Emission Spectroscopy(Spectrometry) ，AES 分析步骤：分析步骤： 根据待测物质的根据待测物质的原子或离子原子或离子受激发后所发射特征光谱受激发后所发射特征光谱的的波长及其强度波长及其强度来测定物质中元素组成（来测定物质中元素组成（定性定性）和含量）和含量（定量定量）的分析方法。）的分析方法。 原子发射光谱分析仪器

16、的主要作用是原子发射光谱分析仪器的主要作用是把不同波长的辐把不同波长的辐射按波长顺序进行空间排列，获得光谱射按波长顺序进行空间排列，获得光谱。在现代发射光谱在现代发射光谱分析中常用的光谱仪有分析中常用的光谱仪有棱镜摄谱仪、光栅摄谱仪和光电直棱镜摄谱仪、光栅摄谱仪和光电直读摄谱仪读摄谱仪。特点：。特点：可对多种元素进行定性和定量分析，可对多种元素进行定性和定量分析，有有些仪器可同时测定些仪器可同时测定20多种元素。多种元素。图图5-2是美国是美国Baird公司生产的公司生产的FAS-2C型直读式发射光谱仪型直读式发射光谱仪的原理图。的原理图。光电直读光谱仪光电直读光谱仪工作原理工作原理： 电极产

17、生的电火花作为电极产生的电火花作为光源光源，激发激发油中油中金属元素辐射金属元素辐射发光发光，将辐射出的线光谱通过出射狭缝引出，由，将辐射出的线光谱通过出射狭缝引出，由光电倍增光电倍增管将其转变成为电能管将其转变成为电能，向积分电容器充电，通过，向积分电容器充电，通过测量输出测量输出电压电压达到达到检测油样内金属含量浓度检测油样内金属含量浓度的目的。的目的。光电直读光谱仪光电直读光谱仪 原子吸收光谱是原子吸收光谱是根据根据气态气态原子对辐射能的吸收程度确定原子对辐射能的吸收程度确定样品中分析物的浓度样品中分析物的浓度。 是基于是基于原子对光的原子对光的吸收吸收现象现象。 强度强度与被测元素浓度

18、成与被测元素浓度成反比，反比，通过分光器将其通过分光器将其它发射线谱分离，检测它发射线谱分离，检测系统测量特征谱线减弱系统测量特征谱线减弱后的光强度。根据光吸后的光强度。根据光吸收定律可求待测元素的收定律可求待测元素的含量含量和浓度。和浓度。 工作原理工作原理：通过火焰、石墨炉等将：通过火焰、石墨炉等将待测元素待测元素在高温或是化学在高温或是化学反应作用下反应作用下变成原子蒸气变成原子蒸气，由光源灯辐射出待测元索的特征由光源灯辐射出待测元索的特征光，在通过待测元素的原子蒸气时发生光谱吸收。光，在通过待测元素的原子蒸气时发生光谱吸收。透射光的透射光的光源光源(发射特征谱线发射特征谱线)原子化器原

19、子化器(试样转化为原子蒸气试样转化为原子蒸气)分分光系统光系统(分离特征谱线分离特征谱线)检测系统检测系统(信号转换、放大信号转换、放大)显示显示(吸光度，根据吸光度可在标准谱中查出金属元素浓度吸光度，根据吸光度可在标准谱中查出金属元素浓度)分析流程分析流程1、灵敏度高，检出限低。、灵敏度高，检出限低。2、分析精度高，功能强。、分析精度高，功能强。3、选择性好。、选择性好。4、操作简便，分析速度快。、操作简便，分析速度快。5、适用范围广。、适用范围广。6、分析不同元素，必须使用、分析不同元素，必须使用不同元素灯。不同元素灯。7、对于复杂样品需要进行化、对于复杂样品需要进行化学预处理。学预处理。

20、原子吸收光谱法原子吸收光谱法特点特点：PekinElmer原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪四、四、X射线荧光光谱仪射线荧光光谱仪 利用能量足够高的利用能量足够高的X射线射线(或电子或电子)照射试样，激发出来照射试样，激发出来的光叫的光叫X射线荧光。射线荧光。利用分光计分析利用分光计分析X射线荧光光谱，鉴定射线荧光光谱，鉴定样品的化学成分称为样品的化学成分称为X射线荧光分析。射线荧光分析。 当样品中元素的原子受到高能当样品中元素的原子受到高能X射线（一次射线）照射射线（一次射线）照射时，即发射出具有一定特征的时，即发射出具有一定特征的X射线谱（二次射线，亦称为射线谱（二次射线，亦称为X射线荧光射线荧

21、光），），特征谱线的波长只与元素的原子序数有关，特征谱线的波长只与元素的原子序数有关，而与激发而与激发X射线的能量无关。射线的能量无关。谱线的强度则与元素含量的多谱线的强度则与元素含量的多少有关少有关，所以，所以测定谱线的波长，就可知道试样中包含有何种测定谱线的波长，就可知道试样中包含有何种元素（定性分析），测定谱线的强度，就可知道该元素的含元素（定性分析），测定谱线的强度，就可知道该元素的含量（定量分析）。量（定量分析）。基本原理基本原理： 根据分光方式的不同，根据分光方式的不同，X射线荧光分析可分为射线荧光分析可分为能量色能量色散散和和波长色散波长色散两类。两类。 射线荧光光谱仪的原理如图

22、。射线荧光光谱仪的原理如图。X射线在伦琴管内产生，射线在伦琴管内产生，并照射到试样上。试样元素二次发射到分析晶体上，并照射到试样上。试样元素二次发射到分析晶体上，又被分析晶体衍射又被分析晶体衍射到一个盖格探测器，到一个盖格探测器，最终通过记录器及最终通过记录器及计数器输出。分析计数器输出。分析晶体的平面可以转晶体的平面可以转动，以适应不同波动，以适应不同波长辐射的衍射角度长辐射的衍射角度。第三节第三节 铁铁 谱谱 分分 析析 铁谱分析技术铁谱分析技术(Ferrography)是是20世纪世纪70年代年代国际摩擦国际摩擦学领域学领域出现的一项新技术出现的一项新技术 。 铁谱技术已从最初的在发动机

23、上的应用扩展到液压系铁谱技术已从最初的在发动机上的应用扩展到液压系统、齿轮蜗轮传动箱、轴承等部件，广泛应用于统、齿轮蜗轮传动箱、轴承等部件，广泛应用于冶金、矿冶金、矿山、机械、汽车、铁路、船舶、煤炭、化工、建筑山、机械、汽车、铁路、船舶、煤炭、化工、建筑等行业。等行业。 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术利用高梯度强磁场利用高梯度强磁场的作用，将油样的作用，将油样中所含的中所含的机械磨损微粒机械磨损微粒有序地有序地分离出来分离出来，并借助不同的仪，并借助不同的仪器对器对磨屑磨屑进行有关进行有关形状、大小、成分、数量及粒度分布形状、大小、成分、数量及粒度分布等等方面的方面的定性和定量观测定性和定量

24、观测，从而分析和判断机器运动副表面，从而分析和判断机器运动副表面的的磨损类型磨损类型、磨损程度磨损程度和和磨损部位磨损部位，预测零部件的寿命。，预测零部件的寿命。铁谱技术分析的铁谱技术分析的主要工作流程：主要工作流程： 铁谱分析技术中主要使用的仪器是铁谱分析技术中主要使用的仪器是铁谱仪铁谱仪，根据其工，根据其工作方式的不同，铁谱仪分为作方式的不同，铁谱仪分为分析式、直读式、旋转式分析式、直读式、旋转式等。等。近年来又研究成功了近年来又研究成功了在线式在线式铁谱仪。铁谱仪。 (1)磨粒的磨粒的浓度浓度和颗粒的和颗粒的大小大小，它们反映了机器，它们反映了机器磨损的严磨损的严重程度重程度。 (2)磨

25、粒的磨粒的形貌形貌，它反映了磨粒产生的，它反映了磨粒产生的原因和机理原因和机理（如疲（如疲劳、剥落、腐蚀等）劳、剥落、腐蚀等） 。 (3)磨粒的磨粒的成份成份，它反映了磨粒产生的，它反映了磨粒产生的部位部位，即发生磨损，即发生磨损的零件。的零件。取样及处理取样及处理制备铁普片制备铁普片检测分析检测分析结论及报告结论及报告测定的内容测定的内容:一、分析式铁谱仪（一、分析式铁谱仪（Analytical Ferro graph）BY11-FTP-X2型型 分析式铁谱仪系统分析式铁谱仪系统 分析式铁谱仪一般是指包括分析式铁谱仪一般是指包括制谱仪、光密度（铁谱制谱仪、光密度（铁谱片）读数器片）读数器以及

26、以及双色显微镜双色显微镜在内的成套测试系统。在内的成套测试系统。图图5-5 分析式铁谱仪的原理分析式铁谱仪的原理1-油样；油样；2-微量泵；微量泵；3-磁铁；磁铁；4-铁谱片；铁谱片；5-废油废油1、工作原理、工作原理 制谱仪的基本组成：制谱仪的基本组成：磁铁磁铁装置、微量泵、玻璃基片、特装置、微量泵、玻璃基片、特种胶管种胶管和支架等。和支架等。 微量泵微量泵将油样从试管中抽出，将油样从试管中抽出，并流出至玻璃基片上。在玻璃基并流出至玻璃基片上。在玻璃基片下面的有一片下面的有一高强度、高梯度的高强度、高梯度的磁铁磁铁，油样中的铁磁性颗粒随油，油样中的铁磁性颗粒随油样沿基片流动的过程中受重力、样

27、沿基片流动的过程中受重力、浮力以及磁力的综合作用而有规浮力以及磁力的综合作用而有规律地沉积在基片上，由于磁力线律地沉积在基片上，由于磁力线与油液流动方向垂直，所以磨屑与油液流动方向垂直，所以磨屑在基片上排列成与流动方向垂直在基片上排列成与流动方向垂直的的链状谱链状谱。1、工作原理、工作原理铁铁谱谱片片 在在紧靠近入口处紧靠近入口处下方，沉积下方，沉积了了尺寸大于尺寸大于5m的磨粒；在距铁的磨粒；在距铁谱片谱片出口端出口端50mm处处沉积的磨粒，沉积的磨粒，尺寸多为尺寸多为12m；而在靠近铁谱；而在靠近铁谱片出口端，磨粒尺寸更小，甚至片出口端，磨粒尺寸更小，甚至不连续的链线状沉积。有色金属不连续

28、的链线状沉积。有色金属磨粒和非金属磨粒不按这种规律磨粒和非金属磨粒不按这种规律沉积，具有随机性，但在铁谱片沉积，具有随机性，但在铁谱片上有各自的排列特点。上有各自的排列特点。 铁谱显微镜铁谱显微镜是分析式铁谱仪配套使用的专用分析仪器。是分析式铁谱仪配套使用的专用分析仪器。由由双色显微镜双色显微镜和和铁谱片读数器铁谱片读数器组成。利用铁谱显微镜（组成。利用铁谱显微镜（扫描扫描电子显微镜电子显微镜）观测铁谱片上的磨粒，可以得到有关形态、大）观测铁谱片上的磨粒，可以得到有关形态、大小、成份及粒度分布的结果。油样中的铁磁性磨粒，按尺寸小、成份及粒度分布的结果。油样中的铁磁性磨粒，按尺寸大小依次有序沉积

29、。大小依次有序沉积。2、铁谱显微镜（、铁谱显微镜（Ferro scope） 铁谱片加热法是由铁谱技术发展起来的判断磨屑成分的铁谱片加热法是由铁谱技术发展起来的判断磨屑成分的简易实用方法。简易实用方法。原理：原理：厚度不同的氧化层颜色不同厚度不同的氧化层颜色不同。 具体操作是把铁谱片加热到具体操作是把铁谱片加热到330C，保持，保持90秒，冷却后秒，冷却后放在铁谱显微镜下进行观察。此时，放在铁谱显微镜下进行观察。此时，不同合金成份的游离金不同合金成份的游离金属磨粒会呈现不同的回火色。属磨粒会呈现不同的回火色。如：如：铸铁铸铁呈呈草黄色草黄色；低碳钢低碳钢呈呈烧蓝色烧蓝色；铝屑铝屑呈呈白色白色等。

30、等。 应用广泛的图像分析仪器。该仪器能够对铁谱片上一矩应用广泛的图像分析仪器。该仪器能够对铁谱片上一矩形区域内的沉积磨屑进行统计分析。其计算机系统可对不同形区域内的沉积磨屑进行统计分析。其计算机系统可对不同粒度的磨屑进行精确的计算。粒度的磨屑进行精确的计算。3、图像分析仪（、图像分析仪（Quantimet）4、铁谱加热法（、铁谱加热法（HFA）5、性能特点、性能特点（1）提供的信息较丰富。提供的信息较丰富。有关磨粒的形态、大小、成份有关磨粒的形态、大小、成份及粒度分布全部信息，可作定性和定量分析。及粒度分布全部信息，可作定性和定量分析。（2）分析式铁谱仪制成的）分析式铁谱仪制成的谱片可以长期保

31、存，供以后观谱片可以长期保存，供以后观察分析用；察分析用；缺点：缺点：制谱过程较慢，制谱过程较慢，制作一个完整的谱片约制作一个完整的谱片约需半个小时需半个小时，且制谱时，且制谱时要求较严格，要求较严格，故一般只故一般只能在实验室进行。能在实验室进行。 YTF-6型双联分析式铁谱仪型双联分析式铁谱仪 应用应用：常用作油样的：常用作油样的精密分析。精密分析。二、直读式铁谱仪二、直读式铁谱仪用两束光线用两束光线(相距相距5mm)穿过磁铁照射到沉积穿过磁铁照射到沉积管上。管上。第一道光束第一道光束接近沉积管的接近沉积管的入口端入口端，几，几乎全部乎全部大磨粒大磨粒(5m)和部分小磨粒沉积的位和部分小磨

32、粒沉积的位置。置。第第2道光道光的位置的位置是小磨粒是小磨粒(12m)的沉积的沉积处。处。光电探头光电探头接受的光强衰减量反映接受的光强衰减量反映2个位个位置处的磨粒浓度。光电传感器的信号经过放置处的磨粒浓度。光电传感器的信号经过放大和转换后以数字形式显示出来。从而大和转换后以数字形式显示出来。从而达到达到直接测量直接测量油样中大、小磨粒浓度的目的油样中大、小磨粒浓度的目的。1、工作原理：、工作原理：玻璃玻璃沉积管沉积管装在倾装在倾斜的斜的永久磁铁永久磁铁狭缝上，利用狭缝上，利用虹吸原虹吸原理理使使油样油样经过毛细管缓慢地流入经过毛细管缓慢地流入沉沉积管积管，油液在管内流动时，受重力、，油液在

33、管内流动时，受重力、浮力及磁力三者的综合作用，在随浮力及磁力三者的综合作用，在随着油样流过沉积管的过程中，将会着油样流过沉积管的过程中，将会在沉积管内有规律地沉积下来。在沉积管内有规律地沉积下来。2、性能特点、性能特点 （1）结构简单，价格便宜）结构简单，价格便宜(约为分析式铁谱仪的约为分析式铁谱仪的1/4)；（2）制谱与读谱合二为一制谱与读谱合二为一，分析过程简便快捷。读取一个，分析过程简便快捷。读取一个反映油样里残渣含量的读数十分简便，只需反映油样里残渣含量的读数十分简便，只需要约要约5分分钟钟 ；（3）目前的直读式铁谱仪读数稳定性、重复性较差，）目前的直读式铁谱仪读数稳定性、重复性较差，

34、直读直读式铁谱仪只能进行一次测量，不能将沉积管从磁场中式铁谱仪只能进行一次测量，不能将沉积管从磁场中取出后再放上去重新读数，且取出后再放上去重新读数，且随机因素干扰影响大；随机因素干扰影响大；（4）只能提供关于磨屑体积）只能提供关于磨屑体积(浓度、尺寸浓度、尺寸分布分布)的信息，不的信息，不能提供关于能提供关于磨屑形貌、磨屑来源磨屑形貌、磨屑来源的信息，因而信息量的信息，因而信息量有限，有限，常用作油样的常用作油样的快速分析和初步诊断快速分析和初步诊断。 三、旋转式铁谱仪三、旋转式铁谱仪(RPD- Rotary particle Depositor)传统分析式铁谱仪的传统分析式铁谱仪的两个固有

35、缺陷两个固有缺陷：（1）蠕动泵输送油样时对）蠕动泵输送油样时对磨屑的碾压和抛光效应磨屑的碾压和抛光效应，改变了，改变了磨屑的原始形貌，从而影响了对其形貌特征识别和磨损机理磨屑的原始形貌，从而影响了对其形貌特征识别和磨损机理的研究；的研究； （2）由于沉积面积有限，先行沉积的磨屑对流道的堵塞，）由于沉积面积有限，先行沉积的磨屑对流道的堵塞，不仅造成了磨屑的堆积，而且还破坏了磨屑在谱片上的沉积不仅造成了磨屑的堆积，而且还破坏了磨屑在谱片上的沉积规律，从而影响了铁谱的定量分析。规律，从而影响了铁谱的定量分析。 英国在英国在1984年研制出一种利用年研制出一种利用磁场力磁场力和和离心力离心力共同作共同

36、作用使磨粒沉降的用使磨粒沉降的旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪。旋转式铁谱仪保留了分析旋转式铁谱仪保留了分析式铁谱仪式铁谱仪可以分析观察磨粒形貌、尺寸大小、材质成分等可以分析观察磨粒形貌、尺寸大小、材质成分等优点优点，同时又，同时又避免了避免了分析式铁谱仪制片时间长、操作费用分析式铁谱仪制片时间长、操作费用高、谱片入口区磨粒堆集严重、油样需高度稀释、谱片上高、谱片入口区磨粒堆集严重、油样需高度稀释、谱片上有大量污染物和大颗粒被压碎或不能通过有大量污染物和大颗粒被压碎或不能通过的的缺点缺点。1、工作原理、工作原理 驱动轴带动驱动轴带动磁铁磁铁和固定在其和固定在其上方的上方的圆形基片圆形基片一起一起旋转旋

37、转，待测待测油样由输入管流出至基片的中心油样由输入管流出至基片的中心后随基片一起旋转后随基片一起旋转，油样和非磁油样和非磁性杂质由于离心力的作用而被甩性杂质由于离心力的作用而被甩出基片经排油管排出出基片经排油管排出，这样，这样可消可消除非铁磁性污染物对分析和测量除非铁磁性污染物对分析和测量的影响的影响。整个旋转部分罩在真空。整个旋转部分罩在真空排出罩中，铁磁性磨屑和附着铁排出罩中，铁磁性磨屑和附着铁磁性物质的磨屑被磁化后，同时磁性物质的磨屑被磁化后，同时受到受到重力重力、浮力浮力以及以及磁力磁力和和离心离心力力的综合作用，而有规律地沉积的综合作用，而有规律地沉积在基片上。在基片上。2、旋转式铁

38、谱仪的、旋转式铁谱仪的磁场装置原理磁场装置原理 它由三块同心圆环形它由三块同心圆环形磁铁组成三个同心圆环形磁铁组成三个同心圆环形磁场，它们的的磁场，它们的的磁力线都磁力线都沿径向分布沿径向分布，这样，这样，磨屑磨屑在沉积过程中将排列成在沉积过程中将排列成环环状谱线状谱线，其尺寸由内到外，其尺寸由内到外逐渐减小逐渐减小。英国斯旺西大学摩擦学中心研制英国斯旺西大学摩擦学中心研制的的303型型RPD的谱片中：的谱片中：内圈磨屑尺寸内圈磨屑尺寸为为11000m；中中圈圈为为1 50m；外圈外圈为为1 10m。3、性能特点、性能特点除除具有具有分析式铁谱仪分析式铁谱仪的全部优点的全部优点外，还具有下列外

39、，还具有下列优点：优点： 操作简便操作简便，不需专门技术；，不需专门技术；对不同粘度的润滑油可选用不同的转速，对不同粘度的润滑油可选用不同的转速，使用范围更广使用范围更广；仪器附有清洗液系统，以最大限度地仪器附有清洗液系统，以最大限度地减小污染减小污染；在整个操作过程中，不会使磨屑产生附加的机械变形，克在整个操作过程中，不会使磨屑产生附加的机械变形，克服了分析式铁谱仪在制谱中微量泵对磨屑的碾压效应；服了分析式铁谱仪在制谱中微量泵对磨屑的碾压效应；分析油样的分析油样的效率高效率高；(制谱制谱:1min VS 30min)制片成本低制片成本低；沉积区面积大沉积区面积大：分析式铁谱仪的谱片只有：分析

40、式铁谱仪的谱片只有60mm长，在入长，在入口区的沉积面积内，磨屑可能大量重叠，而口区的沉积面积内，磨屑可能大量重叠，而RPD谱片上三谱片上三道环沉积区面积大，磨屑能充分地彼此分离，避免重叠。道环沉积区面积大，磨屑能充分地彼此分离，避免重叠。旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪 铁谱显微镜和光密度计铁谱显微镜和光密度计 保温培养箱保温培养箱 正常磨损颗粒正常磨损颗粒 疲劳剥块疲劳剥块 铜磨损颗粒铜磨损颗粒四、在线式铁谱仪四、在线式铁谱仪 在线铁谱仪可以在线铁谱仪可以直接安装在机器的循环润滑油路直接安装在机器的循环润滑油路上，在上，在现场实现在线检测并实时显示润滑油中的磨粒浓度，以监测现场实现在线检测并实时显

41、示润滑油中的磨粒浓度，以监测机器的状态。机器的状态。 由一个装在由一个装在油循环油循环旁路中的传感器和一个旁路中的传感器和一个磨损分析仪组成磨损分析仪组成。传感传感器器由从油中分离磨粒和由从油中分离磨粒和控制油流的硬件组成；控制油流的硬件组成；磨损分析仪磨损分析仪有电子控制有电子控制与显示单元，并有可调与显示单元，并有可调浓度的报警器，报警器浓度的报警器，报警器可以在磨粒浓度超过预可以在磨粒浓度超过预定极限时发出警报信号。定极限时发出警报信号。传感器传感器中有一中有一高梯度磁场高梯度磁场，用来，用来截获磨损颗粒截获磨损颗粒，由于，由于磨粒的沉淀具有按尺寸分布的特点，传感器中的有表面磨粒的沉淀具

42、有按尺寸分布的特点，传感器中的有表面效应的敏感元件可以定量测定沉淀的大、小磨粒的数量。效应的敏感元件可以定量测定沉淀的大、小磨粒的数量。磨损分析仪磨损分析仪把传感器传送的测量值与通过的油样体积把传感器传送的测量值与通过的油样体积进行进行比较计算比较计算，测定出测定出磨料浓度磨料浓度和和大于大于5m的微粒的读的微粒的读数百分比数百分比。每次测量完毕系统通过冲洗敏感元件并重新。每次测量完毕系统通过冲洗敏感元件并重新开始下一次自动循环测量过程。开始下一次自动循环测量过程。测量时间间隔测量时间间隔取决于磨取决于磨损颗粒的密度损颗粒的密度，密度越高，测量间隔越短，循环越快，密度越高，测量间隔越短，循环越

43、快，一般测量间隔从一般测量间隔从30s到到30min不等。不等。四、在线式铁谱仪四、在线式铁谱仪五、铁谱分析方法五、铁谱分析方法1、铁谱的、铁谱的定量分析定量分析 铁谱技术的定量分析是用一个或几个参数值来描述设铁谱技术的定量分析是用一个或几个参数值来描述设备磨损特征和磨损状态的方法。备磨损特征和磨损状态的方法。（1）定量铁谱的）定量铁谱的理论依据理论依据 磨损颗粒的最大尺寸与磨损方式有关，如果测量或计算磨损颗粒的最大尺寸与磨损方式有关，如果测量或计算出铁谱片上出铁谱片上大颗粒的尺寸以及它们在颗粒总数中所占的比例大颗粒的尺寸以及它们在颗粒总数中所占的比例，就可以推断抽取油样时机器所处的磨损方式和

44、程度，这是定就可以推断抽取油样时机器所处的磨损方式和程度，这是定量铁谱的量铁谱的第一个理论依据第一个理论依据。 第二，机械的磨损率是磨损工况的重要指标，机械磨损第二，机械的磨损率是磨损工况的重要指标，机械磨损率的改变，必然导致润滑油中磨屑生成和沉积的平衡浓度改率的改变，必然导致润滑油中磨屑生成和沉积的平衡浓度改变，因此可以把铁谱片上变，因此可以把铁谱片上磨屑的总数磨屑的总数作为定量铁谱分析的作为定量铁谱分析的另另一个指标一个指标。定量分析的定量分析的指标指标通常有：通常有：总磨损量、磨损严重度、总磨损量、磨损严重度、磨损烈度（严重度指数）、磨粒浓度、大磨粒百分比和磨损烈度（严重度指数）、磨粒浓

45、度、大磨粒百分比和累计值曲线累计值曲线等。等。铁谱技术的定量分析最简单的方法是铁谱技术的定量分析最简单的方法是密度计法密度计法，光密光密度计度计是用光敏元件测定铁谱片上光亮度的仪器。是用光敏元件测定铁谱片上光亮度的仪器。铁谱片上铁谱片上的光亮度就与透光面积成正比的光亮度就与透光面积成正比，即与磨屑的覆盖面积成正，即与磨屑的覆盖面积成正比，那么用光亮度值就可以推算铁谱片上磨屑量的多少。比，那么用光亮度值就可以推算铁谱片上磨屑量的多少。（2）铁谱定量分析方法）铁谱定量分析方法若设清洁的玻璃谱片上的光亮度为若设清洁的玻璃谱片上的光亮度为I0（此时磨屑覆盖（此时磨屑覆盖面积为面积为0），带有磨屑沉积的

46、谱片光亮度为），带有磨屑沉积的谱片光亮度为IP，那么此时磨，那么此时磨屑沉积的屑沉积的光密度光密度Di定义定义为：为：A0铁谱显微镜上光密度孔径面积；铁谱显微镜上光密度孔径面积；AP光密度孔径被颗粒光密度孔径被颗粒遮盖遮盖的面积。的面积。 PPiAAAIID000lglg 设设DL代表大颗粒代表大颗粒（5m）的光密度（的光密度（磨粒数量磨粒数量），），DS代表小颗粒的光密度代表小颗粒的光密度（1 2m）。则：。则：总磨损量：总磨损量： Q=DL+DS磨损度磨损度(严重度严重度)： DLDS磨损烈度：磨损烈度： IS=DL2DS2磨粒浓度：磨粒浓度： WPC=DL+DS大磨粒百分比：大磨粒百分比

47、： (DLDS)/(DL+DS) 或或 DL/(DL+DS) 累计总磨损：累计总磨损： (DL+DS)累计磨损度：累计磨损度： (DLDS)（2）铁谱定量分析方法）铁谱定量分析方法分别以分别以DL、 DS和和I0为纵坐标，以为纵坐标，以运转时间运转时间为横坐标作为横坐标作出曲线，根据出曲线，根据曲线急剧上升曲线急剧上升情况来判断情况来判断磨损的状态磨损的状态。累计值曲线：累计值曲线：分别以分别以累计总磨损累计总磨损(DL+DS)和和累计磨损累计磨损度度(DLDS)为纵坐标，以为纵坐标，以运转时间运转时间为横坐标画出两为横坐标画出两条曲线，条曲线，正常磨损应为两条逐渐分开的曲线正常磨损应为两条逐

48、渐分开的曲线。如果两。如果两条曲线在某点条曲线在某点突然相互靠拢突然相互靠拢，说明机械发生了，说明机械发生了异常磨异常磨损损。根据曲线突然互相靠近的一点作为。根据曲线突然互相靠近的一点作为磨损严重程度磨损严重程度的特征。的特征。以以累积值累积值DL作为取样时间函数，绘成曲线。如果作为取样时间函数，绘成曲线。如果读读数增加，所得曲线的斜率也增加数增加，所得曲线的斜率也增加，则表明，则表明异常磨损异常磨损的的开始。开始。（2）铁谱定量分析方法）铁谱定量分析方法齿轮箱磨损状态监测的应用齿轮箱磨损状态监测的应用图图(a)、(b)和和(c)分别为大、分别为大、小磨粒铁谱读数小磨粒铁谱读数DL、DS和磨损

49、烈度指数和磨损烈度指数IS与齿与齿轮工作时间的关系曲线。轮工作时间的关系曲线。图中可见，在图中可见，在齿轮箱磨齿轮箱磨合时合时表现出表现出较高的磨损较高的磨损率率，随着齿轮箱磨合过随着齿轮箱磨合过程结束，磨损率下降并程结束，磨损率下降并趋于稳定趋于稳定，在，在齿轮箱齿轮箱进进入破坏性磨损期时入破坏性磨损期时其磨其磨损率又迅速增大损率又迅速增大。飞机发动机磨损状态监测的应用飞机发动机磨损状态监测的应用 图为采用累积总磨损图为采用累积总磨损(DL+DS)、总磨损烈度、总磨损烈度(DL-DS)值值的的“趋势分析趋势分析”来预报发动机的磨损状态的实例。监测表明，来预报发动机的磨损状态的实例。监测表明，

50、当当累积总磨损值和累积磨损烈度值累积总磨损值和累积磨损烈度值的曲线随时间的曲线随时间而呈稳定升而呈稳定升高时，表明发动机工作正常高时，表明发动机工作正常，处于，处于正常正常的磨损状态。的磨损状态。飞机发动机磨损状态监测的应用飞机发动机磨损状态监测的应用 如果这两条曲线的斜率在某一时间迅速增加，即两条曲如果这两条曲线的斜率在某一时间迅速增加，即两条曲线线出现相互靠近趋势出现相互靠近趋势时时(如图所示如图所示)，则表明，则表明发动机已发生严发动机已发生严重磨损重磨损。当两曲线出现。当两曲线出现交叉交叉时，表明发动机已时，表明发动机已开始损坏开始损坏。通。通过对两曲线的变化趋势分析，已成功进行了多台

51、飞机发动机过对两曲线的变化趋势分析，已成功进行了多台飞机发动机磨损状态及工况的分析与诊断工作。磨损状态及工况的分析与诊断工作。柴油机的磨损状态监测及工况诊断柴油机的磨损状态监测及工况诊断柴柴油油机机磨磨损损烈烈度度曲曲线线2、形貌分析形貌分析 形貌分析是通过对磨粒形态的观察分析，来判断磨损形貌分析是通过对磨粒形态的观察分析，来判断磨损的类型，的类型，建立磨损状态类型与磨损颗粒形态的相互关系，建立磨损状态类型与磨损颗粒形态的相互关系，判别判别摩擦副的摩擦副的磨损程度磨损程度以以确定失效情况确定失效情况和和磨损部位磨损部位。 钢或合金钢材质钢或合金钢材质组成的摩擦副发生磨损产生的微粒的组成的摩擦副发生磨损产生的微粒的特征见特征见表表5-4。 根据不同的金属零件，磨损颗粒按其产生的方式可分根据不同的金属零件，磨损颗粒按其产生的方式