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1、第五章第五章 油样分析油样分析第一节第一节 概述概述第二节第二节 光谱分析光谱分析第三节第三节 铁谱分析铁谱分析第四节第四节 其它油液检测技术其它油液检测技术1.第一节第一节 概述概述油样分析的对象可以是新油油样分析的对象可以是新油也可以是在用油或用过的旧也可以是在用油或用过的旧油，从现代诊断技术的观点油，从现代诊断技术的观点出发则主要是对在用油的分出发则主要是对在用油的分析，其目的首先是判断油液析，其目的首先是判断油液本身是否合乎使用要求，从本身是否合乎使用要求，从而确定合理的换油时间，更而确定合理的换油时间，更重要的目的是通过油液带来重要的目的是通过油液带来的种种信息判断机器的工作的种种信
2、息判断机器的工作状态是否正常。状态是否正常。油样分析工作分为采样、检油样分析工作分为采样、检测、诊断、预测和处理五个测、诊断、预测和处理五个步骤进行。步骤进行。 油样分析技术的应用见表 应应 用用检测对象检测对象航航 空空发动机、液压系统、传动系统、雷达系发动机、液压系统、传动系统、雷达系统统船船 舶舶柴油机、传动系统、起重设备、液压系柴油机、传动系统、起重设备、液压系统统工程机械工程机械柴油机、传动系统、液压系统柴油机、传动系统、液压系统汽汽 车车发动机、传动系统、液压系统发动机、传动系统、液压系统石石 化化柴油机、发电机、压缩机、鼓风机、挤柴油机、发电机、压缩机、鼓风机、挤压机压机冶冶 金
3、金传动系统、轧钢机、起重设备、传送机传动系统、轧钢机、起重设备、传送机构构机机 床床传动装置、液压系统、加工中心传动装置、液压系统、加工中心电电 力力汽轮机、柴油机、蒸汽轮机、传动装置、汽轮机、柴油机、蒸汽轮机、传动装置、变压器、液压系统变压器、液压系统2.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 油样分析技术及仪器油样分析技术及仪器 3.第二节第二节 光谱分析光谱分析一光谱分析原理 原子是由原子是由原子核和绕核运动的电子组成，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在正常情况下原子处于稳定状态，这种状态称为
4、基态。每一态，这种状态称为基态。每一种元素的原子在跃迁过程中所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吸收或发射光的波长都是单一固定的（如图固定的（如图)用仪器测出吸用仪器测出吸收或发射的光的波长，可以知收或发射的光的波长，可以知道元素的种类；测出该波长光道元素的种类；测出该波长光的强度变化，可以知道该元素的强度变化，可以知道该元素的数量。前者被称为原子吸收的数量。前者被称为原子吸收光谱分析，后者被称为原子发光谱分析，后者被称为原子发射光谱分析。射光谱分析。4.二发射光谱分析二发
5、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。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。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。 光电直读光谱仪光电直读光谱仪 5.三原子吸收光谱技术三原子吸收光谱技术原子吸收光谱
6、是根据气态原子吸收光谱是根据气态原子对辐射能的吸收程度原子对辐射能的吸收程度确定样品中分析物的浓度。确定样品中分析物的浓度。 原子吸收光谱技术是将待原子吸收光谱技术是将待测元素的化合物（或溶液）测元素的化合物（或溶液）在高温下进行试样原子化在高温下进行试样原子化使其变为原子蒸汽。当锐使其变为原子蒸汽。当锐线光（单色光或称特征谱线光（单色光或称特征谱线）源发射出一束光，穿线）源发射出一束光，穿过一定厚度的原子蒸汽时，过一定厚度的原子蒸汽时，光的一部分被原子蒸汽中光的一部分被原子蒸汽中待测元素的基态原子吸收。待测元素的基态原子吸收。通过分光器将其它发射线通过分光器将其它发射线分离掉检测系统测量特征
7、分离掉检测系统测量特征谱线减弱后的光强度。根谱线减弱后的光强度。根据光吸收定律就能求待测据光吸收定律就能求待测元素的含量。元素的含量。原子吸收光谱仪工作原理图原子吸收光谱仪工作原理图1-阴极灯；阴极灯；2-火焰；火焰；3-出射出射狭缝；狭缝；4-表头；表头；5-放大器；放大器；6-光电管；光电管；7-分光器；分光器；8-入入射狭缝；射狭缝；9-油样；油样；10-喷雾喷雾器；器；11-燃烧器燃烧器 PekinElmer原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪 6.四四X射线荧光光谱仪射线荧光光谱仪X射线荧光光谱仪的激发源是射线荧光光谱仪的激发源是一种硬一种硬X射线。分析元素受激射线。分析元素受激后发射出具有
8、特征频率的软后发射出具有特征频率的软X射线，将它检出并测定其强射线，将它检出并测定其强度，便可得知所含元素的种度，便可得知所含元素的种类及含量。类及含量。X射线荧光光谱仪的原理如图。射线荧光光谱仪的原理如图。X射线在伦琴管内产生，并照射线在伦琴管内产生，并照射到试样上。试样元素二次射到试样上。试样元素二次发射到分析晶体上，又被分发射到分析晶体上，又被分析晶体衍射到一个盖格探测析晶体衍射到一个盖格探测器，最终通过记录器及计数器，最终通过记录器及计数器输出。分析晶体的平面可器输出。分析晶体的平面可以转动，以适应不同波长辐以转动，以适应不同波长辐射的衍射角度射的衍射角度。X射线荧光光谱仪的原理射线荧
9、光光谱仪的原理1-X射线源；射线源；2-油样；油样；3-分析分析晶体；晶体；4-盖格探测器；盖格探测器；5-记记录器及计算机录器及计算机Philips X射线荧光光谱仪射线荧光光谱仪7.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，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，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、并借助不同的仪器对磨屑进行有关形状、大小、成分、数量及粒度分布等方面的定性和定量观成分、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，预测零部测，从而判断机械
10、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。析式、直读式、旋转式、在线式等。8.一分析式铁谱仪（一分析式铁谱仪（Analytical Ferro graph）1原理原理 分析式铁谱仪的工作原理如图分析式铁谱仪的工作原理如图5-5所示。所示。 图图5-5 分析式铁谱仪的
11、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-废油废油图5-6 铁谱片BY11-FTP-X2型型 分析式铁谱仪分析式铁谱仪系统系统 9.2铁谱显微镜（铁谱显微镜（Ferro scope） 铁谱显微镜是分析式铁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。读数器组成。 3扫描电子显微镜（扫描电子显微镜（SEM） 4图像分析仪（图像分析仪（Quantimet） 该仪器能够对铁谱片上一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。矩形区域内的沉积磨屑进行统
12、计分析。 5。铁谱加热法（。铁谱加热法（HFA） 铁谱片加热法是由铁谱技术发展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,保持保持90秒，冷却后放在铁谱显微镜下进行观察。秒，冷却后放在铁谱显微镜下进行观察。10.二直读式铁谱仪二直读式铁谱仪直读式铁谱仪的工作原理如图直读式铁谱仪的工作原理如图5-7所示。所示。 图图5-7 直读式铁谱仪的工作原理直读式铁谱仪的工作原理1-油样管；油样管；2-沉积管；沉积管；3-
13、磁铁；磁铁；4-光光导纤维；导纤维；5-光源；光源；6-光电探头；光电探头；7-信号调制信号调制；8-读出装置读出装置图图5-8 沉淀管内磨粒的排序情况沉淀管内磨粒的排序情况X2直读式铁谱仪直读式铁谱仪 11.三旋转式铁谱仪三旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪保留了旋转式铁谱仪保留了分析式铁谱仪可以分分析式铁谱仪可以分析观察磨粒形貌、尺析观察磨粒形貌、尺寸大小、材质成分等寸大小、材质成分等优点，同时又避免了优点，同时又避免了分析式铁谱仪制片时分析式铁谱仪制片时间长、操作费用高、间长、操作费用高、谱片入口区磨粒堆集谱片入口区磨粒堆集严重、油样需高度稀严重、油样需高度稀释、谱片上有大量污释、谱片上有大量污染
14、物和大颗粒被压碎染物和大颗粒被压碎或不能通过的缺点。或不能通过的缺点。 图图5-9旋转式铁谱仪原理旋转式铁谱仪原理1-注射器式输送管；注射器式输送管；2-基片固定带；基片固定带；3-磁头磁头4-油样流向基片；油样流向基片；5-驱动轴；驱动轴；6-到清洗瓶；到清洗瓶；7-基片定位套；基片定位套；8-洗涤管。洗涤管。KTP型旋转式铁谱仪型旋转式铁谱仪 12.四在线式铁谱仪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
15、子控制与显示单元，并有可硬件组成；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定极限调浓度的报警器，报警器可以在磨粒浓度超过预定极限时发出警报信号。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。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
16、出磨料浓度和大于行比较计算，测定出磨料浓度和大于5m的微粒的读数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，一般测量间隔从般测量间隔从30s到到30min不等。不等。13.五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数
17、量多少、尺寸大小、尺寸分组成分和形貌特征等都直接与机械零件的磨损状态密切相关接与机械零件的磨损状态密切相关 .对磨损颗粒进行铁谱分析，主要包括形貌分析和定量分对磨损颗粒进行铁谱分析，主要包括形貌分析和定量分析。析。1定量分析定量分析 定量分析的指标有总磨损量（定量分析的指标有总磨损量（Q）、磨损）、磨损严重度（严重度（L-S）、磨损严重度指数（）、磨损严重度指数（Is）、磨粒浓度）、磨粒浓度（WPC）、大磨粒百分比、和累积值曲线等几种。）、大磨粒百分比、和累积值曲线等几种。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，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
18、，摩擦表面会产生出来判断磨损的类型。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擦副发生磨损产生的微粒的特征见表5-4。14.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（波长2.525m）吸收的特定波长光线的能量，对油）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。液中的化合物进行定性和定量分析。 特征波数特征波数 15.二自动颗粒计数技术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理分为遮光型、光散射型和电阻型等，计数器按工作原理分为遮光型、光散射型和电阻型等，应用最普遍的是遮光型。应用最普遍的是遮光型。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16.三其它油液分析技术三其它油液分析技术17.
