状态监测与故障诊断技术第五章油液监测

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1、第五章油液监测第一节概述润滑油分析是实现机械设备诊断的重耍手段之一。在状态监测和故障诊断这个技术领域中，润滑油分析这一名词就不仅限于对润滑油（脂）本身理化性能，如粘度、水份、酸度等方而的评定，而是包含着更为深刻内容的广义概念。它利用各种常规、简易、精密或综合的润滑汕分析仪器和方法对润滑汕的理化性质特别是英所含的机械磨损屑以及英他微粒进行定性定量测量，从而得到冇关零部件磨损状态、机器工作情况以及系统污染程度等方面的重要信息。采用润滑油分析技术进行机械设备状态监测和故障诊断的特点是：1）不拆机，无需安装传感器（随机

2、监测除外）；2）操作易于掌握，冇的方法十分简单和直观；3）信息量较大；4）需要有一个严密的管理体系（如油样的递送、机器状态的反馈等），作为开展工作的组织保证；5）需要建立一个计算机管理系统，以完成人量数据的管理工作。油液分析中，冃前应用较多的有光谱分析和铁谱分析两种。笫二节润滑油光谱分析技术(SOAP―SpectrometricOi1AnalysisProcedure)1一阴极汀2—火焰3—分光岳4一光电管决了油质样品分析技术问题之后，便很快地被应用于机器润滑油屮所含各种微量元素浓度的测定。它以ppm（百万分Z

3、-）为单位表示这个图5-1MOA型白读发射光谱仪原理方框图1一汞灯2—电核3—油样4一透淡丘一入射狭缝6—折射抜？一光柵8—岀射狹缝9一光电倍增笛相对浓度的测量结果。机器润滑油中含有人量以分散相形成存在的各种微粒。这些微粒包括零部件的磨损碎屑、润滑系统本身的异常产物、外來污染物等等。而油中的各會损元索的浓度与零部件的蘑损状态有关。根据光谱分析结果就可以一方面判断与这些元索相对应的各零部件的濟损状态，另一方面也可以诊断与润滑系统有关的故障,从而达到诊断机器零部件技术状态的目的。一、发射光谱技术（EmissionS

4、pectrometry）1.原理根据原子物理学理论，物质的原子是由原子核和在一定的轨道上围绕其旋转的核外电子组成的。当外來能量加到原子上时（如用高压电弧激发），核外电了便吸收能量从较低能级跃迁到高能级的轨道上。此时原子的能量状态是不稳定的。电子会自动由高能级跃迁回到原始能级。而与此同时以发射光子的形式把它所吸收的能量辐射出去。所辐射的能值与光子的频率Y成正比关系：E=hY。其中h为普朗克常数。由于不同元素原子的核外电子轨道所具有的能级不同，因此受激后所放出的光辐射都具有与核元素相对应的特征频率。发射光谱仪就是利

5、用这个原理，采用各种激发源将被分析物质的原子打到激发态，再将受激后发出的辐射线经分光系统按波长（频率）分开。通过对特征谱线的考察和对英强度的测定可以判断某种元素是否存在以及它的浓度值。2.设备美国Baird公司MOA型直读发射光谱仪是常用的一种设备。图5-1是它的原理图。它是目前比较适合开展润滑油光谱分析进行技术诊断的设备之一。激发光源采用电弧，一极是石墨棒，另一极是缓慢旋转的石墨圆盘。石墨盘的下半部浸入盛在油样盘内的被分析油样中,当它旋转时，便把油样带到两极Z间。电弧穿透油膜使油样屮微量元属元素受激发出特征辐

6、射线。经光栅分光，各元素的特征辐射到相应的位置上。由光电倍增接收辐射信号，再经电子线路的信号A/D转换处理,便可直接读出油样中各元素的含量（ppm）。報个分析程序可由计算机控制。电子打字机自动将结果打印在打印纸上。该光谱仪分析速度快，在40秒钟内便可得出20种元素的测量结果。二、原子吸收光谱技术（AtomicAbsorptionSpectrometry）光谱技术的另一大类是吸收光谱。美国PERKIN-ELMER公司生产的PE2380原了吸收分光光度计。原理见图5-2o空心阴极灯由所需分析元素制成。当它被点燃时，

7、发出该种元素的特征光辐射。被分析油样送入燃烧器而被雾化。其中各种金屈微粒被原子化而处于吸收态。当空心阴极灯发出的射线穿过火焰时，就被相应的元素的原子所吸收。其吸收量正比于样品中该各元素的浓度。经过标准样标定后，就能准确测出油样中各种元索浓度的ppm值。一般说来，一种灯只能分析一种元索。进行另种元索的测量要更换阴极灯。现在也冇了多元素的灯。它的读数方法也是利用光电倍增管将电信号转换为电信号。原子吸收光谱仪冇单光束和双光束双道、多道三种。单光束的一次只能分析一种元素，双光束多道的一次可分析多种元素。原子吸收光谱分析

8、法的优点是精度较高，并高度消除了周围环境的干忧。在油样予处理方而，原子吸收光谱原理要经过较长时间的父杂的灰化处理程序。这点较发射光谱繁琐，且分析周期长。H前己出现了将润滑油样直接送入吸收光谱仪燃烧器的方法，从而弥补了这一不足。三、X射线荧光光谱（X-・RayFluorescenceSpectrometry）X射线荧光光谱仪的激发源既不是电弧也不是火焰，而是图5-3X射线灵光光谱仪原理图