摘 要:介紹一種自動顆粒計數器的原理、檢測方式、應用及其注意事項。摘自《液壓氣動與密封》
1 引言
國內外的資料統計說明,液壓潤滑系統的故障70%~85%是由油液的顆粒污染引起的,所以油液的顆粒污染問題在液壓潤滑行業引起了相當的重視,對油液的監控也就顯得很有必要。在液壓潤滑系統中,所討論的顆粒尺寸,其大小范圍為0.5~200μm,最關鍵的是5~15μm。一般顆粒分為軟質和硬質二種,軟質顆粒有填加劑與水的凝聚物、油料基本成分分解與聚合物、棉絨纖維等,這些物質可包圍在熱交換器表面,降低散熱能力,導致系統發熱;由于軟顆粒在元件的動態間隙中堵塞與沉積,導致閥芯卡塞,動作失靈;纖維可以粘附于濾網與孔口、噴嘴上并捕集碎屑。硬質顆粒有制造過程中帶入的切屑、維護與工作環境中侵入的微粒,以及系統中的磨損產物及氧化物等。
這些硬質顆粒的危害,較大的顆粒可引起突發性失效,較小的可引起沖蝕磨損或淤塞使閥芯卡死,總之它能加速元件的磨損而使元件失效。污染顆粒引起的磨損有切削磨損、疲勞磨損、黏著磨損、沖蝕磨損等。目前能對污染顆粒進行有效監控的設備有自動顆粒計數器,其外形圖如圖1所示。下面就對其進行簡要的介紹。
2 自動顆粒計數器的原理
自動顆粒計數器主要有遮光型、光散射型和電阻型等幾種,測量范圍可為0.5~9000μm。常見的自動顆粒計數采用遮光原理。遮光型自動顆粒計數器采用遮了遮光型傳感器,光型傳感器由光源、傳感區窗口、光電二極管、前置放大器、計數處理器等組成,光源是由白熾燈泡或激光二極管的發出平行光束,傳感區窗口是由透明的光學材料制成的,油流由垂直方向從其中間流過,光電二極管是將接收的光能轉換為電壓信號,前置放大器和計數處理器是將采集的電壓信號通過比對判別污染顆粒的大小和個數。遮光型傳感器的原理圖如圖2所示,來自白熾燈泡或激光二極管的光源透過透明的傳感區窗口,照射到光電二極管上,當透明傳感區里的油液有污染顆粒通過時,光電二極管上所接收的光量減少,被遮擋的光量與該污染顆粒的尺寸成正比,通過用標準的污染物來校準,可以得到光電二極管的輸出電壓—污染顆粒尺寸的關系,從而可以分辨出污染顆粒的大小,計數處理器按顆粒的大小等級來進行計數。
目前使用的自動顆粒計數器中大多為單激光自動顆粒計數器,從4μm到68μm的污染物均由一個光電二極管來檢測,其量程大,所以其檢測精度就要受到影響。為了解決這個難題,有的自動顆粒計數器使用了雙激光技術,檢測精度和重復精度得到很大的提高。雙激光自動顆粒計數器的原理圖如圖3所示,其中一個單點的高精度激光,用于測量小于6μm以下的污染物,另一個標準精度的激光,用于測量在6μm到68μm之間的污染物,并使用了雙激光束*的光路和光電二極管,通過測量在8個粒度分布段(>4、6、14、21、25、38、50、68μm)中的粒子數,給出超高精度的結果和的重復性。
以上介紹了自動顆粒計數器的檢測原理,具體的一臺自動顆粒計數器是由遮光型傳感系統、減壓閥、沖洗閥、慢速伺服缸、輸出設備等組成。雙激光自動顆粒計數器工作原理圖如圖4所示,遮光型傳感系統是自動顆粒計數器核心元件,其性能的好壞決定了自動顆粒計數器質量的優劣;減壓閥用來對系統進行減壓,經過減壓閥后系統的壓力維持一個恒定值,確保了慢速伺服缸的輸入壓力為恒定值,使慢速伺服缸可以對流量進行準確計量;沖洗閥的作用有沖洗、關閉測試、打開排放等,在測試之前要對系統進行沖洗,這樣可以保證測試時不受上次測試的影響,測試結果真實,避免交叉污染;慢速伺服缸是用來對進入測試油液體積的準確計量,由于油液清潔度的標準是在某一容積內的顆粒總數,所以對進入測試油液體積的準確計量是至關重要的;輸出設備主要有打印機、計算機輸出接口等,用于打印測試結果或讓計算機保存測試結果,測試結果一般采用ISO4406、NAS1638、SAE4059等標準。
3 自動顆粒計數器的檢測方式
自動顆粒計數器的檢測方式主要有在線快速測試、在線常規測試、在線動態測試、油樣/瓶測試、連續工作測試等方式。
(1)在線快速測試
只進行一次的在線測試,對一個8 mL的油樣進行測試,典型的測試時間小于2 min。
(2)在線常規測試
只進行一次的在線測試,測試一個15 mL的油樣,常規測試時間小于3 min。
(3)在線動態測試
精密的三重油樣測試,連續分析3個在線油樣,對結果取平均值,油樣量為24 mL,測試分析時間小于5 min。
(4)油樣/瓶測試
對選擇的油樣作“離線”的測試,所用設備為光學取樣瓶,容量為110 mL礦物油,容量為250 mL礦物油或磷酸酯類。
(5)連續工作測試
自動顆粒計數器可根據一個設定的時間間隔,自動對一個液壓潤滑系統連續地作取樣分析,時間間隔可為1到30000 min。
4 自動顆粒計數器的應用
自動顆粒計數器主要有以下幾項應用。
(1)對重要的液壓潤滑系統(或設備)進行在線檢測(或監測),可以減少人工的費用,消除人為因素的影響,獲得準確的油液清潔度狀況,盡早發現問題,方便及時解決問題,做到對液壓潤滑系統(或設備)的主動預防性維護,減少故障,減少停機損失,提高工作壽命。
(2)作為離線檢測工具對所生產的液壓潤滑元件定周期進行檢查,發現污染及時清潔油液或更換油液,確保生產的產品符合規定清潔度的要求。
(3)作為一種服務工具為沒有購買自動顆粒計數器,但又有這項服務要求的單位提供有償服務。
(4)安裝在飛機、汽車或工程機械中,隨時對其油液進行監測,并按要求設置報警點,報警后啟動清潔過濾裝置的運行。
(5)用于大型液壓系統循環過濾凈化中,無須人員監控,只要達到設定的清潔度要求時,自動顆粒計數器發出信號,自動停止循環過濾。
(6)用于軍事設備中,對精確的液壓潤滑系統進行監視和操作,增強了在敵對環境中的自信心。
(7)作為實驗室或科研單位的檢測設備,提供科研人員準確的清潔度報告,為實驗和科研提供準確的科學依據。
5 自動顆粒計數器的使用注意事項
使用自動顆粒計數器時,要注意以下幾個方面。
(1)在自動顆粒計數器使用之前,至少充電16h,以使鎳鎘電池電力飽滿;應該每月將鎳鎘電池放電一次,將電放盡,然后再充電16 h,這樣能保持鎳鎘電池好的充電效果,延長電池的使用壽命。
(2)切勿使用丙酮或者類似的溶劑作為清潔劑,否則,在清潔自動顆粒計數器內部或在清潔取樣瓶時,會損壞密封件,應該使用石油醚作為清潔劑。
(3)在線取樣軟管接到待測量的液壓系統管路上時,要注意被測的油壓必須小于自動顆粒計數器規定的壓力,否則會損壞自動顆粒計數器,但不得小于自動顆粒計數器規定的最小壓力,否則會無法完成測試。
(4)切不可將自動顆粒計數器的排油軟管與任何的壓力管道相連,否則,壓力將進入排油管道,導致儀器工作失常,甚至損壞。自動顆粒計數器排出的廢油,只能排放到廢油收集瓶中,或到其它與大氣相通的容器中。
(5)自動顆粒計數器進行測試之前,要打開沖洗閥對儀器沖洗至少1 min,或者是流過200 mL以上的油液,以排除自動顆粒計數器內的空氣和上次測試殘存的油液,消除交叉污染,確保測試結果的準確。
(6)為確保自動顆粒計數器提供的測試結果既準確又一致,必須對其進行定期校驗。因為校驗時使用的是測試用專用粒子,它必須借助現代的掃描電子顯微鏡和圖象分析技術來進行標定,所以只有到自動顆粒計數器的生產廠家或其的單位,他們才有能力對自動顆粒計數器進行校驗。
(7)取樣瓶以及取樣器具應清潔無污染,如果在油樣中混入了太多的空氣,測試結果將不精確,測試前必須對其進行抽真空以消除空氣。
(8)自動顆粒計數器要求其測試的流體是半透明的和均質的,不能用來測試乳化液、兩相液體、液體混合物、含水油液、含氣油液等液體的清潔度。
6 結語
隨著電子技術的快速發展,自動顆粒計數器在油液清潔度檢測中得到日益廣泛的應用,它具有計數速度快、準確度高、操作簡便等優點。
參考文獻:
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[4] MP FILTRI產品樣本.
作者簡介:朱小明(19672),男,江西南康人,1988年畢業于甘肅工業大學流體傳動與控制專業,工程師,從事液壓系統及液壓元件的應用工作。
