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1、第七章 油液诊断技术,污染诊断技术（油液诊断技术）是以机械设备在工作过程中或故障形成过程中所产生的固体、液体和气体污染物为监测对象，以各种污染物的数量、成分、尺寸、形态等为检测参数，并依据检测参数的变化来判断机械所处技术状态的一种诊断技术。 目前已进入实用阶段的污染诊断技术主要有油液污染监测法和气体污染物监测法。,第七章 油液诊断技术,油液污染监测法是通过对系统中循环流动的油液污染状况进行监测，获取机件运行状态的有关信息从而判断机械的污染性故障和预测机件的剩余寿命。 在故障诊断中，油液污染监测法所起的作用与医学诊断中验血所起的作用是颇为相似，而且将会和医学诊断中的验血检查一样，成为应用最广泛和
2、最有发展前途的一种不解体检验方法。因而油液污染监测法是污染监测技术的主要研究内容。,第七章 油液诊断技术,油液诊断技术,7-1 油液污染监测原理,7-2 油液监测方法,7-3 油液铁谱分析技术,第七章 油液诊断技术,7-1 油液污染监测原理,一 油液污染和污染性故障,二 油液污染监测的内容及装置,三 油液中的磨损产物,7-1 油液污染监测原理,1. 油液污染是指油液中存在着对系统的工作、机件的可靠性和寿命有害的物质和能量。 包括固体、液体、气体和微生物等物质，以及热能、机械能、静电荷、磁场和射线等能量。而在油液污染监测中所研究的主要是有害物质的污染。 2. 引起油液污染主要有两个原因：其是原始
3、污染，其二是过程污染。 原始污染是指机件开始工作前就存在的污染。如新油杂质，或者是机件在加工、装配、贮存和运输过程中，一些型砂、切削、磨料油渣、锈屑和灰尘等污染物。这类污染物含量在机械工作过程中基本不变。,7-1 油液污染监测原理,过程污染是指系统在使用过程中，通过往复伸缩的活塞 杆带入污染机油箱中流通的空气、溅落或凝结的水滴流回油箱的漏油等外界“侵入”的污染物，和由于机件的磨损而不断“产生”的磨损产物等因素所引起的污染。而这类污染物的含量是随机械工作过程的延续而变化的，污染物的变化状况就是油液污染监测的目标。 3. 污染故障 不管是原始污染，还是过程污染，只要污染的程度超出所规定的限度，都可
4、能造成系统机件的磨损、振动、发热、卡死、堵塞或由此而引起系统性能下降、寿命缩短、机件损伤、动作失灵和油液变质等故障。,7-1 油液污染监测原理,3 污染故障,7-1 油液污染监测原理,二、油液污染监测的内容及装置,7-1 油液污染监测原理,三、油液中的磨损产物 1 磨损产物的含量及其增长速度 1 无烧损、漏损的情况下，一般系统油液中磨损产物浓度与零件磨损量之间成线性关系。 2 有烧损（内燃机）时，虽难以根据磨损产物的绝对浓度来确定零件的磨损量，但也有一定规律，发动机在加满新油后，大约工作120150h左右，机油中铁元素的浓度便稳定在某一水平；而不同的稳定水平，反映了不同工况下的磨损速度。 3
5、根据油液中磨损产物的含量及其增长速度的分析，可以准确地判断零件的磨损状态及其磨损的发展趋势。,7-1 油液污染监测原理,2 油液中磨损产物的粒度和形态分析 根据磨损产物粒度、形态的分析结果，可判断零件所处的磨损阶段及磨损类型。 正常磨损，磨损产物的颗粒一般细小而均匀；而在磨合阶段，磨损产物的颗粒相对较大；当达到磨损极限状态时，则可能出现粗大的颗粒。 正常的磨料磨损，其磨损产物的颗粒呈不规则截面的粒状；粘着磨损时，可能出现条状的表面无光泽的磨损颗粒；而齿轮和滚动轴承的疲劳剥落，其碎屑成片状，而且这种碎屑的工作摩擦面是光滑而明亮的，而碎屑的另一面则是布纹状的粗糙组织。,7-1 油液污染监测原理,3
6、 油液中磨损产物的允许界限 用来判断机件的异常磨损，并据此来预测磨损机件的剩余寿命。但需针对具体情况具体分析。 油液污染度评定是测定单位容积油液中固体颗粒污染物的含量，以此反映系统或零件所受颗粒污染物的危害程度。,7-1 油液污染监测原理,一 常用的油液污染度评定方法 1 称重法 称重法是测定单位容积油液中所含颗粒污染物的重量，反映的是油液中污染物的总值，而不反映污染物的特性、尺寸大小和分布状况。 让l00ml油样通过0.45m孔径的预先称重的干燥薄膜，污染物滞留在薄膜上，然后用溶剂洗去薄膜上的油液，待干燥后称得薄膜的增重克数即为污染物颗粒的重量。将所得的污染物颗粒重量与油液污染度重量分段标准
7、进行比较，便可以确定油液的污染度等级。,7-2 油液监测方法,2 计数法 颗粒计数法是测定单位容积油液中颗粒污染物的尺寸及分布，来表示油液的污染度等级。 计数方法有光学显微法和自动计数法。 3 光测法 以可见光照射油液，并用光接收器接收油液的透射光，由于油液中污染物的存在，将发生吸收、散射或反射，所以采用光接受器接受透射光，并将其转化成电信号显示，即能反映油液污染程度。 但由于不同油液的颜色有差异，即使同一型号油液，经使用后其颜色也会变深。因此仅用透射光检测，其结果的可比性差。光测法的仪器精巧、使用简便、其结果明确，可用于监测油液污染的发展趋势。,7-2 油液监测方法,4 电测法 电测法是通过
8、检测油液的电化学性能，来分析油液的污染状况。可分为电容法与电阻法。 1 电容法 以污染油液作为电介质，不同污染物程度的油液，其介电常数不同，测出电容变化量（相对于同型号新油）便可了解油液污染情况。 2 电阻法 油液电阻率的大小与其中的水分、杂质含量及温度有关，因而在一定温度下测出油液电阻值的大小，便可得知油液的污染情况。,7-2 油液监测方法,5 淤积法 污染的油液流经微小间隙或滤网时，固体颗粒会逐渐淤积堵塞，引起压差和流量的相应变化，油液污染程度不同，其变化量也不同。以滤网作传感元件时，淤积法可分为压差恒定测量和流量恒定测量两种。 6 综合法 综合法就是通过物理、化学分析和观察对比的方法对油
9、液品质进行综合评价。为便于现场使用，常将多种检测器组成便携式试验箱。试验箱内大致包括下列检测器件：锁紧式吸油用注射器或电动真空泵组件、取样滤膜、溶剂滤膜、显微镜及照明配件、对比用标准照片、粘度计、水分计，比重计、各类试剂、试纸、以及各种容器等。检测项目有粘度、水分、碱、全酸值、污染度、比重等。,7-2 油液监测方法,二 油液污染状态检测仪器 1 油液污染物体积浓度检测仪 确定油液污染物体积浓度的仪器，其原理为光学测定法。 2 油液污染物粒度分布检测仪 其基本方法是将摊在平面上的油液试样进行光学扫描，或者是让一定体体积的被检油样通过澄清过滤器，然后对过滤器上的残留污染物进行光学扫描。 3 油液中
10、污染物颗粒数目和尺寸检测仪 原理是，利用光电变换器确定随同油样一起通过标准缝隙的颗粒数目和尺寸。,7-2 油液监测方法,7-3 油液铁谱分析技术 铁谱分析是从有代表性的油样中分离出磨损和污染微粒，使其按尺寸大小有次序沉淀到透明显微镜底片上，并通过光学或电子显微镜的检测和分析，从而判断机械磨损状态的一项技术。 一 油液中磨粒的性态 由于正常磨损的机械其油液中磨粒浓度能够达到动态平衡；而异常磨损能引起磨粒浓度及粒度分布超出预先制定的基准。因此可以采用磨粒分析对机械磨损状态进行监控。,7-3 油液铁谱分析技术,二 取样技术 由于油液中磨粒浓度会达到动态平衡，因而在达到动态平衡后的一段时间内，用相同方
11、法取出的油样将含有相同数量的磨粒。如果取样方式不得当，磨粒浓度及其粒度分布也会发生显著变化，有可能对机械状态作出错误的判断。,7-3 油液铁谱分析技术,二 取样技术 1 在管路中取样 从通过所有磨损零件后的润滑油流过的回油管内，并在滤清器之前取出油样。显然这种取样方法必须是在机械正运转中进行。应避免从管子底部取样。 2 在油箱中取样 在系统处于运转时或停机后2h内取样取出油样，取样管插入池面的深度应随停机时间的延长适当增加。 3 取样间隔 取样间隔应根据机械摩擦副的特性和机械的使用情况，并考虑实验研究的目的和对故障早期预报准确度等要求而定。 通常对新的或刚大修后的机械，应增加取样频率，以判断磨
12、合是否已结束。,7-3 油液铁谱分析技术,三 铁谱片与光密度 1 铁谱片 透明显微镜底片置于高强度磁场上方，并使它与水平面成一小的倾斜角度。当含有磨损金属徽粒的润滑油以一定的速度（0.25ml/min）流经底片时，同时通过铁谱仪强磁场，油液中微粒受到连续增强的磁场力以及摩擦力的作用，导致所有微粒都依照其大小次序全都均匀地沉淀到显微镜底片上，便制成分析用的铁谱片。,7-3 油液铁谱分析技术,2 光密度 所谓铁谱片的光密度，即为透射过透明铁谱片的光与透射过含有磨损微粒铁谱片的光强度之比并取以10为底的对数。 D0lg(I0/Ip) 采用光密度计能够测出铁谱片的光密度。 四 铁谱分析仪 根据测取的标
13、志磨损状态变化的信息不同，铁谱仪分分析式铁谱仪、在线式铁谱仪、直读（DR）式铁谱仪、旋转式铁谱仪四类：,7-3 油液铁谱分析技术,四 铁谱分析仪 1 分析式铁谱仪 分析式铁谱仪是最早开发出来的铁谱仪，它包含了铁谱技术的全部基本原理。分析式铁谱仪的用途是用来分离机器润滑油样中的磨粒，并能使磨粒依照尺寸大小有序地沉积在一显微镜玻璃基片上，从而制成铁谱片，然后利用铁谱显微镜等观测和分析仪器，实现对磨粒的定性、定量铁谱分析。,7-3 油液铁谱分析技术,分析式铁谱仪的结构与工作原理简图如图1所示。它将从润滑系统中取得的分析油样经稀释处理后取样到玻璃管中，经微量泵将分析油样输送到安放在磁场装置上方的玻璃基
14、片的上端，玻璃基片的安装与水平面成一定倾斜角，以便在沿油流方向形成一逐步增强的高强度磁场，同时又便于油液沿倾斜的基片向下流动，从玻璃基片下端经导流管排入废油杯中。,7-3 油液铁谱分析技术,分析油样中的可磁化金属磨粒在流经高梯度强磁场时，在高梯度磁力、液体黏性阻力和重力联合作用下，按磨粒尺寸大小有序地沉积在玻璃基片上，并沿垂直于油样流动方向形成链状排列。在分析油样从基片上流过之后，经用四氯乙烯溶液洗涤基片，清除残余油液，使磨粒固定在基片上便制成了可供观察和检测的铁谱片。,7-3 油液铁谱分析技术,分析式铁谱仪的磁铁装置是铁谱仪的核心元件，其构造如图3所示。它是由磁铁副、两磁极和磁座板（磁轭）共
15、五块磁材料拼装成U形的一个永久磁铁装置。由于该磁铁装置设计独特，又采用特殊的磁性材料，产生的磁场是一个高强度和高梯度的发散强磁场。两磁极间约有lmm的气隙，用铝板隔开，磁铁装置气隙中央的磁感应强度可达1.8T，在垂直方向上的磁感应梯度可达0. 40.5T/mm。在这样的磁场作用,下，当分析油样流经位于磁场装置上方的玻璃基片时，油样中的磨粒在连续增高的磁场力的作用下被磁化并迅速在谱片上沉积。由于玻璃基片是倾斜安装，故油样中的磨粒在进入磁场后，随着流动会受到一个逐渐增强的梯度磁场作用，使大尺寸磨粒首先在人口端沉积，最小尺寸颗粒通常在出口端附近位置上沉积，从而使磨粒能按照其尺寸大小有序地在铁谱片上沉
16、积。,分析式铁谱仪,7-3 油液铁谱分析技术,2 直读式铁谱仪,直读式铁谱仪与分析式铁谱仪非常相似，它们都是利用高梯度强磁场的原理来收集润滑油样中的铁质磨粒。而不同之处在于分析式铁谱仪能在显微镜下观察研究磨粒的形貌，而直读式铁谱仪仅能测定磨粒的数量及其大致的尺寸分布。,7-3 油液铁谱分析技术,图4是直读式铁谱仪原理。在直读式铁谱仪中，磨粒的沉积原理与分析式铁谱仪相似，只是用一根玻璃沉淀管来代替玻璃基片。制备在试管中的分析油样在重力和虹吸作用下，经过毛细管而进人沉淀管。油样中的铁磁性磨粒在沉积管下面的高梯度强磁场作用下，会有序地沉积在玻璃管底部。大于5m的大磨粒首先沉积，它们一般沉积在沉积管的入口区；12m的,小粒沉积在较远处。在大、小磨粒沉积位置分别设置有光束发射装置，光束穿过沉积管，被设置在沉积管另一侧的光电传感器所接收，可以直接测定磨粒浓度的读数。,7-3 油液铁谱分析技术,直
