颗粒计数在油液监测中的应用

1、颗粒计数在油液监测中的应用颗粒计数在油液监测中的应用油液监测技术油液监测技术 为了观察发动机运动部件的磨损 情况 ， 传统的办法是先拆卸发动机， 然后对零部件的 磨损部位进行观察和测量， 根据磨损部位和磨损量 来确定维修方式。这种做法费时费力。 油液监测技术利用油液所反映的设备工况信息来对设备的 当前和未来的工作状况作出判断， 从而为设备的正确维护提供有效的依据， 实现预防性维修。油液监测的常用方法油液监测的常用方法油液监测油液监测理化性能理化性能分析分析 粘度变化、酸值、总碱值、闪点粘度变化、酸值、总碱值、闪点不溶物含量，水分、机械杂质不溶物含量，水分、机械杂质 磨损微粒磨损微粒分析分析铁谱

2、技术铁谱技术光谱技术光谱技术颗粒计数颗粒计数. . . 颗粒计数技术颗粒计数技术 油液尤其是液压油在使用过程中，由于外部污染物的侵入，内部污染物的生成，造成油液污染，从而导致液压元件磨损，液压系统产生突发故障；而油液污染还会加速油液氧化，缩短油液使用寿命。所以必须要加强对油液污染的控制，其中最重要的就是要有效的控制颗粒的大小和数量。怎样评定油液中颗粒污染程度呢？颗粒计数技术固体颗粒污染物的主要来源固体颗粒污染物的主要来源污染大致可分为原有污染 物、 侵入污染物和生成污染物 3种：a 原有污染物是指潜藏在元件和管道内的污染物。主要是系统元件、 组合件在加工、 装配、 包装、 储存和运输等过程中残

3、留的污染物。b 侵入污染物是指外界侵入的污染物。如随进 口进入产品的油箱中的污染物， 排故过程 中不注意 清洁， 将环境 中的杂物带人。另外 ， 新油中可能存在 一定污染物 ， 在新油的储存、 运输和注油过程中也能 使污染物侵入。 c 内部生成 污染 物指工作期 间所 产生 的污染物。系统在组装 、 运行和调试过程中元件磨损所产生的金属物、 管道内的锈蚀剥落物、 密封件的碎片以及油液氧化变质生成的沉淀物和积炭等 ， 油 中的水使金属腐蚀形成水锈等。 固体颗粒污染物固体颗粒污染物的危害的危害在航空液压系统中存在于液压油 中的固体颗粒污染物主要会带来以下危害： 磨损：颗粒污染物与硬质金属 面接触，

4、通过摩擦而变圆，在金属面 上会产生颗粒磨损：若与软质金属接 触，污染颗粒会嵌入软质的表面，导 致切削磨损； 剪切：大量颗粒的不规则运动 会对油液起着反复剪切的作用，使油 液的黏度变小，泄漏增加，从而降低 润滑性能，加速机件磨损； 催化：由于金属颗粒具有很强 的催化作用，会加速油液氧化变质和 对系统的腐蚀； 气蚀：大量金属颗粒的不规则 运动会促使气体离散生成气泡 气泡 的产生和破裂会使系统发生 “气蚀” ， 它是附件表面发生气蚀和油液局部高 温加速变质的重要因素； 磨粒的尺寸范围定义 ： ( 1 ) 5m为正 常磨损 造成 ； ( 2 )60m为严重磨损造成。 颗粒计数标准颗粒计数标准润滑油污染

5、度是指润滑油“ 脏” 的程度 ， 所谓“ 脏” 是指润滑油 中的机械杂质 的多少， 即润滑油中不溶性微粒的多少。NAS 1638污染度等级：飞机制造业采用SAE 749D污染等级：ASTM和SAE采用ISO 4406油污染分类 NAS 1638污染度等级：SAE 749D污染等级：ISO 4406油污染分类：国内颗粒计数技术的发展情况国内颗粒计数技术的发展情况 从上世纪七十年代开始， 油液分析中与污染度相关的指标一般仅有“ 机械杂质” 。 “ 机械杂质” 的检测方法一般是“目测法目测法” 或“ 重量法重量法” 。这类方法只能反映油液中是否存在肉眼可见的颗粒物或颗粒物的总重量， 根本无法反映颗粒

6、物的尺寸及其分布状况， 所以也只能算是一种粗略的检测手段。 上世纪八十年代初， 越来越多的技术人员开始意识到， 对于精密的航空航天液压系统， 采用这样的分析方法， 仅仅是定性地分析油液的污染程度 。由于不可能定量地掌握油液中的颗粒物大小和数量， 所以实际上无法客观地评价污染度对液压系统性能的影响。 在这样的背景下， 国内一些企业进口了当时非常先进的美国太平洋科学仪器有限公司的能实现在线或离线检测的自动自动颗粒颗粒计计数油液污染度检测仪数油液污染度检测仪， 投入使用后， 检测效果非常理想。但当时有两个无法解决的问题阻碍了该方法和技术的推广应用， 致使这样先进和昂贵的仪器没能发挥出其应有的作用：1

7、 ) 当时国内没有单位能开展这类仪器的标定或检定， 若自行准备标定用的标准物资， 这些消耗品的费用又难以承受； 2 ) 由于认识上原因， 技术部门对检测结果颇伤脑筋， 许多人对于肉眼看来清洁无比的油液， 检测结果会有如此多的颗粒物颇感意外。有的技术人员认为依据这样的检测结果控制油液的污染度是很不现实的， 进而开始怀疑检测结果的可靠性。在这样的情况下， 许多企业对于油液污染度的分析控制又回到了检测“ 机械杂质” 指标的 方式上。 八十年代末期， 用显微镜计数法显微镜计数法测定油液固体颗粒污染度的方法 开始推广和应用， 但不少单位采用 此方法进行油液污染度检测的尝试效果不尽人意， 其主要原因是此方

8、法的测定过程操作繁琐， 极易受操作人员技术水平和情绪状态的影响， 并且无法实现结果 比对， 检测结果的离散性很大， 为此常常在不同的操作者和不同的检测单位之间产生争议。所以， 最终此方法未能得到广泛应用。 九十年代中期， 国产的( 便携式便携式) 油液污染度油液污染度自动检测仪自动检测仪开始在市场上出现。比如成都东方微电子技术应用研究所研制的Z X Y I I ( T ) 型油液固体颗粒污染度检测仪就是其中之一。当时， 这一仪器在国产的自动颗粒计数器中技术水平处于领先水平。并且， 此 时相关的仪器标定、 检定等配套手段已经较为齐全，多家单位开展了传感器的标定和检定工作， 这使得广泛推广应用自动

9、颗粒计数器计数法测定油液固体颗粒污染度等级的方法成为可能。 可供可供测试的磨粒因素测试的磨粒因素可供测试的磨粒因素包括 ： ( 1 ) 磁吸引力 ； ( 2 ) 电子跃迁； ( 3 ) 介电常数 ； ( 4 ) 放热性 ； ( 5 ) 沉 淀性 ； ( 6 ) 可视性 ； ( 7 ) 光 、 声学 ； ( 8 ) 过滤 ； ( 9 ) 重 量 、 数量及尺寸。 颗粒计数在油液监测中的主要方法颗粒计数在油液监测中的主要方法 以前用目测法目测法和重量法重量法测定颗粒污染程度，但是重量法的精度很差，不能真正体到指导实践的目的。目前对油液中固体颗粒污染物的分析方法。现在主要有光学显微镜计数法光学显微镜

10、计数法和自动颗粒计自动颗粒计数器计数法。数器计数法。目测目测法法 目测法通常是将油液盛于一定的玻璃容器(或试管)内，观察是否存在肉眼可见的颗粒物(机械杂质)。这种方法一般无法观察到尺寸在40 m以下的颗粒物。重量法重量法 重量法是测定单位质量油液中所含颗粒污染物的质量，即百分含量。简单地讲，重量法就是将100g液压油油样进行过滤，过滤后用溶剂冲洗带有沉淀的滤纸，然后放入烘箱烘干，通过称量滤膜过滤前后的质量变化，即可得到机械杂质的含量。当机械杂质含量在0.005 以下时,认为无机械杂质。由以上介绍可知，重量法的测定结果只能反映油液中颗粒污染物的总量，不能反映颗粒的大小和尺寸分布。而实际上，不同粒

11、径的机械杂质对运动部件的磨损危害是不同的。515 u m的固体颗粒会造成阀件卡紧，1030 u m颗粒会造成动力元件磨损。由此看来，用重量法来衡量液压油中的机械杂质，其结果不能全面地反映机械杂质的危害。重量法的局限性促进了颗粒计数法的发展。4压差计数法压差计数法 压差计数法也称滤网堵塞法。当油液通过相距一定距离的两个已知孔数的高精密滤网时，比孔大的污染颗粒被截留在滤网表面，减少了流通面积，导致了滤网前后压差的变化，这个压差经传感器测出后，经转换可间接得出大于网孔的颗粒数目。尽管测量精度有限，但其优点是不受油液颜色、气泡及乳化液的影响。光学显微镜计数光学显微镜计数法法 用微孔滤膜过滤一定容积的油

12、样，将油样中的颗粒污染物全部收集在滤膜表面。在显微镜下测定颗粒的大小并按规定的尺寸范围进行计数。 图-1过滤装置示意图1.玻璃漏斗 2.夹持器 3.过滤膜保持器 4.接真空泵 5.三角瓶 6.软木塞 颗粒尺寸在50um以下放大100倍即可计数；大于50 um的颗粒，放大40倍即可计数。大于50 um的颗粒观察全部过滤膜面积逐一计数。小于5 0 um颗粒的计数方法是采用统计学原理按照规律任取视场面积，根据视场面积中颗粒的数量统计出颗粒的总数。 当放大100倍时，5m15m在显微镜中的标尺格数为13格15 m25 m为35格，25 m50 m为510格，在视场中很容易分清不同粒径的颗粒，颗粒长径比

13、等于或大于10的叫做纤维。 一般纵横各选10或20个小方格，读出每一个小方格中不同粒径的颗粒数。然后计算整个有效过滤面积上的颗粒数。 优点优点：能够直观地观察到颗粒污染物的实际形貌与尺寸，设备较简单，费用低，得到计数结果较准确；缺点缺点：人工计数需要的时间长，操作人员易疲劳，计数的准确性很大程度上取决于操作人员的经验与主观性。 为了解决光学显微镜计数法人工计数存在的问题，国外研制了将光学显微镜与计算机图像分析仪相结合的颗粒分析装置。这种装置工作原理是将显微镜下的视场，通过摄像机转换为电视屏幕上的彩色影像，由计算机处理测定颗粒的尺寸与大小。这种装置可以测定颗粒的总数、总面积、平均面积、平均投影长

14、度、总投影长度及所需要的污染等级，尤其测定一个视场只需要1 s。但这种装置的精度受图像处理技术的限制且价格不低。遮光型自动颗粒遮光型自动颗粒计数器计数器 光遮断法利用磨粒的遮光特性可对油液中的磨粒进行直接监测，其原理：当油液流经具有狭窄通道的传感器时，磨粒的遮光作用使光电元件接受的光量减弱，使其输出电压产生脉冲信号。由于被遮挡的光量与磨粒的投影面积成正比，故输出脉冲电压的幅值直接反映磨粒的大小，因而可测出磨粒的分布。系统自动测量流过样品的容量，独立计数器自动记录各种大小的颗粒数目。目前生产的该类自动颗粒计数器的测量的粒度范围为1m999m.优点优点：快速 、 便携 缺点缺点：受到传感器元件的性

15、能、 操作规程和手段等影响。任何形成光学界面的成分， 例如乳化液、 两相液体、 液体混合 物、 含水和外来液体的油基液体以及空气等 ， 都将被 当作颗粒记录 下来。光散射型光散射型自动颗粒计数器自动颗粒计数器 使液体在容器内保持静止(一般为透明的玻璃容器)，用激光进行扫描。利用磨粒的光散射特性测出磨粒的粒度分布。其原理：当激光束射向悬浮在油液中的磨粒时，一部分被吸收，而另一部分被散射。通过测定散射光强随散射角的变化，可以确定磨粒的尺寸及其分布。目前生产的光散射型自动颗粒计数器可测0.5-560um的颗粒。电阻变化型自动颗粒计数器电阻变化型自动颗粒计数器 将待测的颗粒物均匀的悬浮在一种导电的液体

16、中，然后是颗粒悬浮液通过一尺寸已知的小孔，在小孔两侧各安装一个电极，小孔中的液体可是为一电阻，其阻值决定于液体的导电性。当一颗粒通过小孔时，在孔中取代了与其体积相等的导电液体，因而是两极之间的电阻发生变化而产生一电脉冲，其幅值与颗粒的体积成正比。这些电压脉冲经过放大、测量和计数，即可测得颗粒的尺寸和分布，目前生产该自动颗粒计数器可测0.4-1200um的颗粒，特别适用于水基液压介质。滤膜阻尼型自动颗粒计数器滤膜阻尼型自动颗粒计数器 该类仪器的特点是利用一种微孔阻尼滤膜来颗粒计数。液体油样流经一个精确标定的滤膜，大于网眼的颗粒沉积下来。由于微孔的阻挡作用，流量便会降级低，最后小颗粒填充在大颗粒周

17、围，从而进一步阻滞了液流，结果形成一条流降与时间的关系曲线，利用数学程序把曲线转换成颗粒大小分布曲线，操作者根据需要按下仪器键盘上的相应按钮，即可在3min内测得结果。其优点在于，所测结果不会由于混入空气、不透明油液、水或者微米颗粒而失真。便携式自动颗粒计数器便携式自动颗粒计数器 几年来开发出多种型号的便携式自动颗粒计数器，用于现场油液污染监测快捷方便。常用的几种型号及其技术参数见下表。图像捕捉法颗粒污染度分析仪图像捕捉法颗粒污染度分析仪 它通过激光成影及人工智能进行图像捕捉，当油液流过流通池时设备采取瞬间喷射，每次以已知体积喷射并且喷射次数决定监测试样总体积，期间磨粒流过流通池时捕捉影像图像。优点优点：1、以捕捉实际图像来计数，减少重合效应引起的误差；2、可即使