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          液壓油液的分析

                 1光譜法(發射光譜和吸收光譜)

                 用光譜化學分析法測定油樣中各元素的濃度已經有多年了。這一技術完全是基于這樣的一種事實,即在任何磨損過程中,元件的要求嚴格的表面被磨蝕,從而產生了磨屑。由于液壓系統要容納油液而必須完全封閉,故不可能直接觀察磨損表面,而且,拆開元件進行尺寸檢測也不現實。因此,對磨損顆粒濃度進行分析便為評定液壓系統磨損過程的嚴重程度提供了一種方法。例如,在許多液壓元件中,受力強的零件都用鐵或鋼制成,所以,通過測量鐵元素的濃度就可以確定鐵類零件的磨損率。

                 油液分析目前使用的光譜法有兩種。這兩種方法用在評價潤滑系統磨損方面比用在液壓系統方面更為廣泛。發射分光計所依據的事實是:每一種元素在火焰、電弧一或火花中受激發時,會發射出該元素所特有波長的光。例如普通食鹽撒到火里時,由于鹽中的鈉而發生黃色的光。如果讓這種火焰中發出的黃光通過分光計,那么通過測定那種波長的光強,就可能測出鈉濃度。

                 在用發射分光計分析用過的油樣時,油和混入的磨粒裝在一個杯子里。驅動轉盤使杯中的油受電火花的作用。這種電火花發出的光通過分光計的入口狹縫,并在光柵作用下而色散,致使特定波長的光落在特定光電倍增管上。使用一系列這樣的光電倍增管,就可以同時測定幾種不同的元素。

                 常用的第二種分光計是以原子吸收原理為基礎的。這種裝置用以測量試樣所吸收的電磁輻射量。分析時,把少量用過的油樣放入火焰中氣化,讓光源通過蒸氣,用光電池測定被該試樣透射出來的光的量。用棱鏡或光柵使光源來的光發生色散,這樣,就可以在給定的時間里只讓某限定頻率范圍的光來照射蒸氣試樣。測量通過蒸氣后照射在光電池讓的光的量,就表明已知吸收這一波長的光的元素存在。改變光源的波長范圍就能測出不同元素的濃度。

                 關于液壓系統光譜分析的有效性,目前尚有很大的爭論。持反對意見者認為,無論用哪一種光譜法都不能滿意地測出較大的磨損顆粒。而且在使用光譜法測定液壓系統磨損方面,還很少見到成功的報導。但是,這些方法現正作某些改進,經精心籌劃研究后,可望得到有效的結果。

                  2鐵譜分析

                 鐵譜是為了分離流動油液中的磨損顆粒并使顆粒沉積下來,以便能用光學的或掃描式的電子顯微鏡進行分析而發展起來的一門技術。運動部件之間的表面磨損是機器工作的普通特征。在任何確定時間內發生的磨損方式和磨損率取決于機器的材料、工作周期、運動部件的負載、工作環境以及使用的抗磨添加劑。正常工作期間,有億萬個磨損顆粒進入系統油液中,這些顆粒的尺寸范圍從幾個毫微米至十微米以上。通常,高應力磨損的機械元件用鋼制成,從這些元件掉下來的磨損顆粒都受磁場的強烈影響。但是,似乎不合邏輯的是:通常不受磁場影響的顆粒在伴隨磨損的過程中卻變成具有磁性吸引的東西,這些過程包括冷加工、拉伸和切割等。與磨損有關的顆粒所顯示出來的這些磁性就是鐵譜油液分析系統的基礎。

                 鐵譜系統由四個主要部件組成二一直讀(D·R)鐵譜儀、載片鐵譜儀(或鐵譜分析儀)、鐵譜讀數儀以及帶拍攝附件的雙色顯微鏡。鐵譜利用一個特制的磁鐵體,其兩極附近產生超高梯度的滋場強使磨損顆粒在流動油液中沉淀下來。直讀鐵譜儀使顆粒從流動的油液中沿玻璃管軸向地聚集起來。分析鐵譜儀則用一個傾斜的經化學處理的載片作為基片,被吸引的顆?删奂谄渲。小心地調節油液試樣的壓力,以使油樣連續地慢速通過玻璃管或沿基片的長度方向通過。春

                 顧名思義,載片或譜片是用光密度計(鐵譜讀數儀)和雙色顯微鏡來分析的。光密度計用手估計聚集的磨損顆粒數,而顯微鏡則用來鑒別顆粒材質和磨損方式。

                 從鐵譜系統中得到的數據是定量的,又是定性的。直讀鐵譜儀提供了位于沉淀管:入口附近位置的(流入油液)和出口附近位置的(流出油液)顆粒密度刻度值。鐵譜讀數儀則用光學方法可測出覆蓋于譜片各位置上沉積的磨損顆粒的密度。某個特定位置上的顆粒密度讀數總是以離譜片出自端的毫米距離來給定的,如指示為54毫米的密度讀數便是取自離譜片端(即油液出口處)54毫米的那點。從雙色顯微鏡得到的數據是定性的,因為操作者只提出憑經驗和訓練得來的知識就能判別和聯系的東西。雙色顯微鏡的照明特性,使操作者能夠觀察到顆粒形狀、沉淀樣式和顆粒的外觀結構。因此,鐵譜的測定為人們透徹地了解顆粒產生環境的化學條件提供了不可多得的手段。

                 3空氣濃度的測定

                 空氣在液壓系統中的存在狀態有幾種一分離、混入和溶解。測量氣化程度的方法提出過很多。例如分離和混入的空氣量可以用稱為封閉”工作油液壓力計的裝置來測量,先把需測定的封閉系統或容易通過注油口加壓(兒個大氣壓),然后與測量裝置隔離。把壓力計調至零,并將預加壓的系統向測量裝置卸壓,通過壓力計測量出未知氣體容積的膨脹。由于容積差為已知,故可用波意耳定律算出空氣容積。

                 測量液壓系統油液含氣濃度的另一種裝置稱為流動工作油液壓力計。它利用流動系統的一條分離的低壓流道,通過進、出口閥,接通壓辦計玻璃管。需要讀數時,兩閥關閉封閉容積用永銀活塞加壓至預定壓力,測出油液壓縮后容積變化百分比。

                 只是為了測定混入的空氣含量,已有三種技術。一種是建立在聲速測量的基礎上的。:由于聲速在液壓油液中近似為440呎/秒,而在空氣中約為1100吹/秒,所以,.在混有空氣的液壓油液甲的聲速是介于上述兩秤速度之間的,其值視混入的空氣含量而定。

          常第種技術利用濁度計來測量混入的空氣濃度。由于混入的空氣改變了油液的容量所以這個特性可用手測量目的。流體動力研究中心所作的試驗研究確定,混入空氣的濃度很低往往使普通的濁度計趨手飽和。

                 第三種方法利用音響衰減原理。這種裝置對液壓應用似乎有很大價值,但目前在市場上未見有供應。

                 油液中溶解的空氣量至少可用兩種方法檢測。水銀壓力計還可用來使少量已知容積的油液處于零壓狀態,隨后,使試樣恢復到大氣壓并測出釋放的空氣量。該裝置雖可測量出去除的氣體總量,裝但并不完全準確。這種裝置常常測出的多是其中一些混入的空氣,因為溶解的空氣在高壓情況不不完全排出對測量有影響。

                 第二種測量混入空氣的裝置實際上是一個改進的注射器。測量時用注射器吸入少量(約50毫升)試樣,拉動柱塞使試樣產生真空,空氣就從試樣里逸出,放松柱塞并測出釋放的空氣總容積。這種裝置可測出溶解或混入油樣中的空氣總容積。碧(毫無疑問,測量工作液壓系統的空氣濃度尚需更好的方法。因為測量時油液的壓力和溫度在確定空氣的狀態方面要求很嚴,所以目前市面上還沒有什么合適的裝置可供使用。此外,液壓系統的壓力是個動態參數,即壓力是隨系統工作情況連續地變化的。制造出種更為必要的“管路”空氣監測器的美好前景,有賴于音響衰減原理的采用。

                4水含量測定

                 至少有兩種工業上采用的測定液態石油產品含水量的方法。最常用的方法是卡爾(KarlFischer)方法(ASTM D1744),它是把有標準卡爾試劑的油液滴定到靜電計的最終點。這種方法一般適用于含水率為百萬分之50~1000(50~1000ppm)的場合。

                 另一種可用的方法是離心法(ASTM D1796)。顧名思義,這方法利用離心力把水分離出來加以測量。離心法對游離水含量高的測定是最為有效的。

                 5、顆粒分析

                 5.1目測

                 5.1.1光學顆粒計數

                 五十年代末和六十年代初,液壓系統的設計者開始認識到測量系統油液中摻入的顆粒污物的顆粒尺寸分布的必要性。初期,工程師們用顯微鏡來檢測污染度。由于促進這項工作的主要動為是保護飛機液壓系統免于顆粒污染的破壞,因此,很自然地,汽車工程師協會的航空委員會就想制定項顯微鏡顆粒計數的標準技米。這個委員會努力的成果就是提出了航空用標準(ARP598),它至今仍然是一個基礎標準。

                 該標準規定了去除油液中混入的污染物的方法,貿確定了最準確計數的濃度等級。油液中的顆粒是用試驗室用薄膜過濾器過濾的。所用的油液量非常重要,因為顆粒數是按每單位容積油液來計算的。過濾薄膜是根據試樣的統計原理使之具有某種形式的格點分布。測定顆粒的尺寸和數量至少有兩種方法,一種是利用顯微鏡的目鏡測微計,另一種是用拼合成像測量法。雖然許多部門利用顯微鏡計數技術也算滿意膏然而,斑與自動方法比較起來,顯微計數技術冗長費時,重復性極差。

                 5.1.2  Milipore濾膜檢測

                 Milipore公司出售的濾膜檢測裝置可通過觀察直徑47毫米、網格孔徑5微米的圓片濾膜的變色程度,迅速地檢測烴基液壓油和潤滑油的顆粒污染程度。試驗時,使標準容積的試液通過濾膜。該儀器附有一個濾膜色比刻度尺和顆粒估計數刻度尺與公認的標準污染度相對應,供確定觀察的污染度時作比較用。這是一種帶主觀性的評價污染度的方法,如需更精確的數據,必須采用其他的方法。

                 5.2重量分析

          通過秤重測定系統污染度是一種可行的分析方法但是,這種方法所提供的重量數據不能用來確定顆粒尺寸的分布,它只是對混入系統油液蟲的污染物總量對粗略的測定。方法細節詳見SAE標準ARP785。這種方法的主要程序基本上是先將未過濾污物的濾膜精確秤重,隨后小心地讓待測的一定容積的系統油液通過濾膜,養再將濾膜稱重。兩次秤重的差值就是油樣試樣中存在的污染物量。

                 5.3儀器分析

                 5.3.1淤積指數

                 污染度分析的淤積指數法是評定尺寸小于5微米的顆粒的污染影響的一種方法。大于5微米的污染物往往在濾材表面上以不太規則的方式形成相當松散的塊狀物,而小于5微米的顆粒則傾向于堵塞精細濾材的流道。在保持圓片濾膜的壓力降為恒定的條件下,含有5微米以下顆粒的油液的流量下降比可用數學方法加以預測。淤積指數就是描述在恒定壓差下通過標準濾膜的這種流量衰減的三個無量綱參數。在描述這種衰減時,淤積指數就是被試油液中0~5微米范圍的污染度的一種度量。

                 淤積指數裝置實際上是一個一端裝有網格孔徑為0.8微米的圓片濾膜的量筒。把要作淤積性質測定的油液試樣裝進量筒內,加一個恒定的壓差以迫使油液通過濾膜。把接連三次預定容積增量的油液通過濾膜所需要的時間分別記錄下來,第一次容積增量V1是極小的量,于是,由其流動的時間所反映的流量接近于未污染油液預期的流量。第二次和第三次容積增量按V3=2V2來選取。

                 淤積指數裝置和試驗程序很簡單,且與油液性質〈如粘度、溫度)無關,只要這些參數在給定的試驗期間保持恒定就行了。這個方法看來對其他污染度分析方法是個合理的補充,特別是在微小尺寸范圍的污染物方面,其他方法是難以處理的。

                 5.3.2顯像分析儀

                 顯像分析儀基本上就是題粒分析儀。通常,這些裝置使用的是顯微鏡、電視攝像機、專用計算機以及類似電視螢屏的成像觀測器。在操作時,把要檢測的一一定量油液通過圓片濾膜來制得試樣。然后把濾膜置于藏玻片上,并且用潔凈溶劑使之透明。把制備的試樣置于顯微鏡臺架上,操作者邊看試樣,邊調節光源亮度和焦距。電視攝像機攝下顯微鏡圖象,并將攝下的圖像轉換成視頻信號輸送到算機里。計算機應用必要的“邏輯”,對視場中的顆粒進行測量和換算。操作者可以選擇不同形式的數據,如平均面積、平均投影長度、總計數值等等。然后把視頻信號輸送到觀測屏上,再現顯微鏡視場情況。

                 5.3.3油液顆粒自動討數器

                 油液顆粒自動計數器的詳細討論見第6章。這類儀器用于測定混入試液里的顆粒尺寸和數量。讓少量油液流過由光源和光電檢測元件組成的傳感器,當油液中含有顆粒時,就有一部分光被遮閉和散射,因此,光源抵達光電元件的光強就發生變化。光強的這種變化與顆粒尺寸成比例,于是,光電元件的輸出也就與通過傳感區的顆粒尺寸成比例。

                 油液顆粒自動計數器于六十年代中期出現在市場上。液壓傳動工業從太平洋科學公司HIAC儀器分部所作的努力中得到很大的好處,這個公司是液壓油液這一領域的先驅。從早期的油液顆粒自動計數器問世以來,已經作了許多改進和發展了許多附件。

          日期:2022/7/26 閱讀:529次
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