常用铁谱仪的结构与工作原理(2)

   三、在线铁谱仪

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    在线铁谱仪可以直接安装在机器的循环润滑油路上，在现场实现在线检测并实时显示润滑油中的磨粒浓度，以监测机器的状态。它克服了分析式和直读式铁谱仪需从机器中先采取油样，再送到铁谱分析室进行分析的不足，图7为安装在润滑油系统中的在线铁谱仪示意图。

图7 安装在润滑系统中的线铁谱仪

    在线铁谱仪主要由探测器和分析器两部分组成。探测器安装在监测对象的润滑油循环系统的油路上，分析器则安装在控制室内。探测器由高梯度的磁场装置和沉淀管、流量控制器及一个表面感应电容传感器等构成。当探测器接通油路后，润滑油流经沉淀管时，油中磨粒在高梯度磁场的作用下沉积到沉淀管的内表面，表面感应电容传感器可以连续测出DL,Ds数值，分析器绘出相应大、小磨粒浓度及磨粒尺寸分布状况。由于润滑油是连续流过探测器的，所以磨粒的沉积量与润滑油流过的总量有关。当达到预先设定的磨粒浓度值时，流量自动切断，一次测量便告结束。沉淀管被自动冲洗，待冲掉沉积的磨粒后再开始下一个测量循环。每次测量的循环持续时间取决于润滑油中的磨粒浓度。磨粒浓度读数值根据沉积量与润滑油流过沉淀管的油量之比来确定。在线铁谱仪一般有两种磨粒浓度读数范围：粗读数值为0～1000μL/L(ppm），它用于高磨损率的情况；精读数值为0～100μL/L ppm），用于低磨损率的情况。

    分析器具有逻辑运算功能，可以运算、存储和显示测量数据。当磨粒浓度超过预定值时，可以发出报警信号或停机信号。每次测量循环完成后，数据记录存储单元将被最新的数据刷新。
    试验表明，在线铁谱仪测定润滑系统中的磨粒浓度能够较好地评定系统内所含的磨粒数量，且与分析式铁谱仪的监测结果有着较好的对应关系。而在线铁谱仪测定出的L-S（即大磨粒浓度值与小磨粒浓度值之差）能较好地描述润滑系统发生磨损的严重程度。根据在线铁谱仪的工作原理及特点，特别适用于各种现场机械设备的工况监测，如离心式压缩机、燃气轮机、蒸汽透平、齿轮箱、液压系统、泵站等。
    四、旋转式铁谱仪
    工业应用中发现，分析式铁谱仪存在如下几个问题。
    (1)由于蠕动泵的挤压作用，常使油样中的磨粒在输送时受到机械损伤，特别是大磨粒常会破碎。
    (2)对于磨粒浓度较高的油样，如果油样不作适当的稀释，可能会在铁谱片的入口处造 成磨粒堆积，此时不仅会影响对磨粒的观察和分析，而且形成的附加磁场还会改变磨粒的尺寸分布；而高度稀释后，又可能导致对判断磨损状态有重要研究价值的磨粒漏失，造成判断误差。
    (3)油样制备程序复杂，对操作者的技术要求较高。
    1983年，英国Swansea大学研制出了一种利用磁场力和离心力共同作用而进行磨粒沉积的旋转式铁谱仪，简称RPD。
    图8是旋转式铁谱仪的结构原理。它主要由圆形永久磁铁组、变速电机及多用途转盘等组成。转盘上装有油样注射器、清洗液注射器和用于安放沉积磨粒的方形玻璃基片的压头。圆形永久磁铁组由两个同轴的垂直布置的永久磁铁构成。在圆形永久磁铁的上方，装有一个外形有一定楔角的橡皮座，供安放方形玻璃基片。安放基片时，先把基片放在橡皮座上，再用基片压头轻轻下压，使橡皮座中的空气迅速排出形成真空，玻璃基片便会牢牢地吸附在橡皮座上。铁谱片制成后取下基片时，只要拉动橡皮座侧边的充气杆，使橡皮座变形，真空会立即消失，可以很方便地取下玻璃基片。制片时，基片与其下方的磁铁是用一台变速驱动电机带动旋转来进行工作的。
    旋转式铁谱仪的工作过程如下：首先用油液注射器把约1m1的分析油样输送到置于回转圆形磁铁上方的方形玻璃基片的中心，放置在磁铁上的基片和磁场装置会一起通过传动轴由可调速的驱动电机带动回转，使滴在基片中心的油液迅速向四周流散，油液中的磨粒在圆形磁铁磁场力和离心力的作用下，按其尺寸大小沉积排列在基片上，分别形成内、中、外三个同心沉积圆环。然后用清洗液注射管将清洗溶剂注入到基片上，以清除基片上的残余油液。清洗后，继续转动谱片，以利于清洗液迅速蒸发和谱片甩干，并将磨粒固定在基片上，这样就制作成了铁谱片。之后，可以采用光学显微镜或扫描电镜等仪器来观察磨粒形貌和分析磨粒成分，或者采用粒子计数器来测定铁谱片上磨粒的计数指标。

图8 旋转式铁谱仪的结构原理示意图 

图9   磨粒在RPD铁谱片上的分布

    通过对旋转铁谱仪铁谱片磨粒的观测发现，谱片上的磨粒是按其尺寸大小分别在基片上排列成内、中、外三个同心圆环磨粒链（见图9 )，它们之间有明显的间隔。一般内环沉积的磨粒，尺寸大多数在1～50μm，少数大到几百微米，甚至上至千微米。因此，内环沉积的磨粒包含了油样中全部尺寸范围的磨粒。中环沉积的磨粒尺寸通常在1～20μm。外环沉积的磨粒尺寸更小，一般是＜10μm的小磨粒。

    采用旋转铁谱仪制备的铁谱片，除了可在光学显微镜、扫描电镜上进行磨粒形貌观察外，还可在图像分析仪上进行磨粒尺寸分布分析和磨粒成分分析，以及在粒子计数器上进行磨粒的铁谱定量分析。
    使用经验表明，旋转式铁谱仪是一种简便、快捷、廉价的磨粒分离工具。对于含有大量磨粒和污染物的油样，采用旋转式铁谱仪来制作铁谱片可不必稀释油样，而对于磨粒含量较少的油样则可通过增加油样量来制作谱片。同时，利用旋转式铁谱仪来制作铁谱片不仅能克服磨粒沉积的堆积问题，而且还可以避免分析式铁谱仪中磨粒受蠕动泵的机械挤压作用而发生破碎的问题。