油样分析

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1、第五章第五章 油样分析油样分析 第五章第五章 油样分析油样分析 第一节 概述 第二节 光谱分析 第三节 铁谱分析 第四节 其它油液检测技术 第一节 概 述 应 用检测对象 航 空 发动机、液压系统、传动系统、 雷达系统 船 舶 柴油机、传动系统、起重设备、 液压系统 工程机 械 柴油机、传动系统、液压系统 汽 车发动机、传动系统、液压系统 石 化 柴油机、发电机、压缩机、鼓风 机、挤压机 冶 金 传动系统、轧钢机、起重设备、 传送机构 机 床传动装置、液压系统、加工中心 电 力 汽轮机、柴油机、蒸汽轮机、传 动装置、变压器、液压系统 油样分析技术的应用见表 油样分析的对象可以是新油也 可以是在

2、用油或用过的旧油， 从现代诊断技术的观点出发则 主要是对在用油的分析，其目 的首先是判断油液本身是否合 乎使用要求，从而确定合理的 换油时间，更重要的目的是通 过油液带来的种种信息判断机 器的工作状态是否正常。 油样分析工作分为采样、检 测、诊断、预测和处理五个步 骤进行。 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表 第二节 光谱分析 一 光谱分析原理 原子是由原子核和绕核运动的电子组成，在正常情况 下原子处于稳定状态，这种状态称为基态。每一种元 素的原子在跃迁过程中所吸收或发射的能量以光的形 式表现出来，不同的原子或离子吸收或发射光的波长 都是单一固定的（如图)用仪器测出吸收或

3、发射的光的 波 长，可以知道元素的种类；测出该波长光的强度 变化，可以知道该 元素的数量。前者被 称为原子吸收光谱分 析，后者被称为原子 发射光谱分析。 光电直读光谱仪 二 发射光谱分析 原子发射光谱分析是根据原子所发射的光谱来测定物质 的化学组分。 原子发射光谱分析仪器的主要作用是把不同波长的辐射 按波长顺序进行空间排列，获得光谱。在现代发射光谱分析 中常用的光谱仪有棱镜摄谱仪、光栅摄谱仪和光电直读摄谱 仪。 图是美国Baird公司生产的FAS-2C型直读式发射光谱仪 的原理图。 原子吸收光谱仪工作原理图 1-阴极灯；2-火焰；3-出射狭缝 ；4-表头；5-放大器；6-光电管 ；7-分光器；

4、8-入射狭缝；9-油 样；10-喷雾器；11-燃烧器 PekinElmer原子吸收光谱仪 三原子吸收光谱技术 原子吸收光谱是根据气态原 子对辐射能的吸收程度确定 样品中分析物的浓度。 原子 吸收光谱技术是将待测元素 的化合物（或溶液）在高温 下进行试样原子化使其变为 原子蒸汽。当锐线光（单色 光或称特征谱线）源发射出 一束光，穿过一定厚度的原 子蒸汽时，光的一部分被原 子蒸汽中待测元素的基态原 子吸收。通过分光器将其它 发射线分离掉检测系统测量 特征谱线减弱后的光强度。 根据光吸收定律就能求待测 元素的含量。 X射线荧光光谱仪的原理 1-X射线源；2-油样；3-分析晶体 ；4-盖格探测器；5-

5、记录器及计算 机 Philips X射线荧光光谱仪 四X射线荧光光谱仪 X射线荧光光谱仪的激发源是一种硬X射线。分析元素受激后 发射出具有特征频率的软X射线，将它检出并测定其强度，便 可得知所含元素的种类及含量。 X射线荧光光谱仪的原理如图。X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，又被分析晶 体衍射到一个盖格探测器，最终通过记录器及计数器输出。 分析晶体的平面可以转动，以适应不同波长辐射的衍射角 度。 第三节第三节 铁谱分析铁谱分析 油液铁谱分析技术利用高梯度强磁场的作用， 将油样中所含的机械磨损微粒有序地分离出来 ，并借助不同的仪器对磨屑进行有关形状、大 小、成

6、分、数量及粒度分布等方面的定性和定 量观测，从而判断机械设备的磨损状况，预测 零部件的寿命。铁谱技术的主要内容包括油液 取样技术、铁谱制谱技术、磨粒分析技术等。 铁谱分析技术中主要使用的仪器是铁谱仪，铁 谱仪根据对磨粒的分离、检测的方法不同，分 为分析式、直读式、旋转式、在线式等。 一分析式铁谱仪（Analytical Ferro graph） 1原理 分析式铁谱仪的工作原理如图5-5所示。 图5-5 分析式铁谱仪的原理 1-油样；2-微量泵；3-磁铁； 4-铁谱片；5-废油 图5-6 铁谱片 BY11-FTP-X2型 分析式铁谱仪系统 分析式铁谱仪 铁谱显微镜 2铁谱显微镜（Ferro sc

7、ope） 铁谱显微镜是分析 式铁谱仪配套使用的专用分析仪器。它由双色显微 镜和铁谱片读数器组成。 3扫描电子显微镜（SEM） 4图像分析仪（Quantimet） 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。 5。铁谱加热法（HFA） 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。其原理 是：厚度不同的氧化层其颜色不同。具体操作是把 铁谱片加热到3300C,保持90秒，冷却后放在铁谱显 微镜下进行观察。 二直读式铁谱仪 l直读式铁谱仪的工作原理如图5-7所示。 图5-7 直读式铁谱仪的工作原理 1-油样管；2-沉积管；3-磁铁； 4-光导纤维；5-光源；6-光电探

8、 头；7-信号调制；8-读出装置 图5-8 沉淀管内磨粒的排序情况 X2直读式铁谱仪 三旋转式铁谱仪 KTP型旋转式铁谱仪 图5-9旋转式铁谱仪原理 旋转式铁谱仪保留了 分析式铁谱仪可以分 析观察磨粒形貌、尺 寸大小、材质成分等 优点，同时又避免了 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、谱片上有大量污 染物和大颗粒被压碎 或不能通过的缺点。 四在线式铁谱仪 在线铁谱仪由一个装在油循环旁路中的传感器和一个 磨损分析仪组成。传感器由从油中分离磨粒和控制油 流的硬件组成；磨损分析仪有电子控制与显示单元， 并有可调浓度的报警器，报警器可以在磨粒浓度超过 预

9、定极限时发出警报信号。 传感器中有一高梯度磁场，用来截获磨损颗粒，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。 磨损分析仪把传感器传送的测量值与通过的油样体积 进行比较计算，测定出磨料浓度和大于5m的微粒的 读数百分比。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。测量时间间隔取 决于磨损颗粒的密度，密度越高，测量间隔越短，循 环越快，一般测量间隔从30s到30min不等。 五铁谱分析方法五铁谱分析方法 磨损颗粒是在机械中最常见，危害最严重的污染 物。其数量多少、尺寸大小、尺寸分组成分和形貌 特征等都直接与机

10、械零件的磨损状态密切相关 . 1定量分析 定量分析的指标有总 磨损量（Q）、磨损严 重度（L-S）、磨损严 重度指数（Is）、磨 粒浓度（WPC）、大磨 粒百分比、和累积值 曲线等几种。 对磨损颗粒进行铁谱分析，主要包括形貌分析和定 量分析。 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。磨损机理不同 ，摩擦表面会产生出不同 形态及尺寸特征的磨粒。 钢或合金钢材质组成的摩 擦副发生磨损产生的微粒 的特征见表5-4。 2形貌分析 磨损类型磨粒尺寸、厚度、形状磨损性质与特征 正常磨损 长轴尺寸0.510m 厚度0.51m 表面因疲劳产生小片剥落磨 屑，表面光滑呈“鳞片”状 严重滑动磨

11、损 磨屑尺寸在20m以上，厚度在2m 以上，长轴尺寸与厚度的比约为10:1 整个摩擦表面发生剥落，大 磨粒比例高，表面有划痕， 有直的棱边 切削磨损 磨屑尺寸长度25100m，宽度2 5m。外来污染物或零件磨损微粒 嵌入较软摩擦表面的切削磨损微粒 ，厚度可小到0.25m，长度可达5m 磨屑有环状、螺旋状、曲线 状，类似车床切削加工产生 的切屑 滚动疲劳磨 损 15m球状，间有厚度为12m，大 小为2050m的片状磨粒，长轴尺 寸与厚度之比约为30:1 母材滚动疲劳、剥落，有疲 劳剥落磨粒、球状磨粒和层 状磨粒 滚动疲劳兼 滑动疲劳磨 损 磨粒的长轴与厚度之比为4:1到10:1 ，磨屑较厚，达到

12、几个微米 疲劳及胶合和擦伤，常见齿 轮副、凸轮副传动中。磨粒 具有光滑表面和不规则外形 表5-4 第四节第四节 其它油液检测技术其它油液检测技术 一 红外光谱分析 红外光谱油液分析是通过测量各种化合物在红外光谱区 （波长2.5-25m）吸收的特定波长光线的能量，对油 液中的化合物进行定性和定量分析。 特征波数如下表 ： 图5-10 遮光型颗粒计数器原理图 1-光源；2-传感区窗口；3-光电二极管；4-前置放大器 二 自动颗粒计数技术 自动颗粒计数技术可自动地对样液中的颗粒尺寸测定和计数， 不需从样液中将固体颗粒分离出来。自动颗粒计数技术中所用 的仪器主要是自动颗粒计数器。自动颗粒计数器按工作原

13、理分 为遮光型、光散射型和电阻型等，应用最普遍的是遮光型。 三.其他油液分析技术 内容特点 重量（或质 量）分析技 术 将一定体积样液中的固体颗粒 全部收集在微孔滤膜上，通过 测量滤膜过滤前和过滤后的质 量，计算污染物的含量(参照 ISO4405) 报告数据：污染物浓度(单 位：mg/L) 结果只反映污染 物总量，不能反映颗粒物的 尺寸分布及浓度，操作费时 间，目前应用不普遍 将过滤一定体积样液的滤膜在 光学显微镜下观察，对收集在 滤膜上的颗粒物按给定的尺寸 范围计数（参照ISO4407） 报告数据：每mL(或l00mL)中 各种尺寸范围的颗粒数，测量 尺寸为颗粒的最大长度能观察 到颗粒的形貌

14、，可大致判断颗 粒物的种类计数的准确性与操 作人员的经验和主观性有关； 测试时间长。用于一般实验室 和现场油液分析 显微镜计数 技术 显微镜比较 分析技术 在专门的显微镜下，将过滤样 液的滤膜和标准污染度样片（ 具有不同等级污染度）进行比 较，由此判断油液的污染度等 级 操作简便，测试速度快，但 只能给出大致的污染度等级 ，准确度较差 用于现场粗略的油液污染度 测定 通过测量由于颗粒物对滤膜（ 网）堵塞而引起的流量或压差 的变化，确定油液的污染度 报告数据：大致的油液污染度 等级 结构简单，体积小，操作方便 ，适用于现场油液污染度检测 滤器（网） 堵塞技术 扫描电子显 微镜技术 利用扫描电镜和统计学方法对 收集在滤膜上的颗粒物进行尺 寸和数量测定 测试精确度高，仅用于颗粒分 析要求极高的情况，如标准试 验粉尘颗粒尺寸分布的验证 利用摄像机将滤膜上收集的颗 粒物或直接将液流中的颗粒物 转换为显示屏上的影像，并利 用计算机进行图像分析 20世纪70年代生产的与显微镜 配合的I. IMC图像分析仪，因 设备复杂而未能推广 今后用于在线颗粒分析仍有发 展前景 图像分析技 术