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液压油液的分析

       1光谱法(发射光谱和吸收光谱)

       用光谱化学分析法测定油样中各元素的浓度已经有多年了。这一技术完全是基于这样的一种事实,即在任何磨损过程中,元件的要求严格的表面被磨蚀,从而产生了磨屑。由于液压系统要容纳油液而必须完全封闭,故不可能直接观察磨损表面,而且,拆开元件进行尺寸检测也不现实。因此,对磨损颗粒浓度进行分析便为评定液压系统磨损过程的严重程度提供了一种方法。例如,在许多液压元件中,受力强的零件都用铁或钢制成,所以,通过测量铁元素的浓度就可以确定铁类零件的磨损率。

       油液分析目前使用的光谱法有两种。这两种方法用在评价润滑系统磨损方面比用在液压系统方面更为广泛。发射分光计所依据的事实是:每一种元素在火焰、电弧一或火花中受激发时,会发射出该元素所特有波长的光。例如普通食盐撒到火里时,由于盐中的钠而发生黄色的光。如果让这种火焰中发出的黄光通过分光计,那么通过测定那种波长的光强,就可能测出钠浓度。

       在用发射分光计分析用过的油样时,油和混入的磨粒装在一个杯子里。驱动转盘使杯中的油受电火花的作用。这种电火花发出的光通过分光计的入口狭缝,并在光栅作用下而色散,致使特定波长的光落在特定光电倍增管上。使用一系列这样的光电倍增管,就可以同时测定几种不同的元素。

       常用的第二种分光计是以原子吸收原理为基础的。这种装置用以测量试样所吸收的电磁辐射量。分析时,把少量用过的油样放入火焰中气化,让光源通过蒸气,用光电池测定被该试样透射出来的光的量。用棱镜或光栅使光源来的光发生色散,这样,就可以在给定的时间里只让某限定频率范围的光来照射蒸气试样。测量通过蒸气后照射在光电池让的光的量,就表明已知吸收这一波长的光的元素存在。改变光源的波长范围就能测出不同元素的浓度。

       关于液压系统光谱分析的有效性,目前尚有很大的争论。持反对意见者认为,无论用哪一种光谱法都不能满意地测出较大的磨损颗粒。而且在使用光谱法测定液压系统磨损方面,还很少见到成功的报导。但是,这些方法现正作某些改进,经精心筹划研究后,可望得到有效的结果。

        2铁谱分析

       铁谱是为了分离流动油液中的磨损颗粒并使颗粒沉积下来,以便能用光学的或扫描式的电子显微镜进行分析而发展起来的一门技术。运动部件之间的表面磨损是机器工作的普通特征。在任何确定时间内发生的磨损方式和磨损率取决于机器的材料、工作周期、运动部件的负载、工作环境以及使用的抗磨添加剂。正常工作期间,有亿万个磨损颗粒进入系统油液中,这些颗粒的尺寸范围从几个毫微米至十微米以上。通常,高应力磨损的机械元件用钢制成,从这些元件掉下来的磨损颗粒都受磁场的强烈影响。但是,似乎不合逻辑的是:通常不受磁场影响的颗粒在伴随磨损的过程中却变成具有磁性吸引的东西,这些过程包括冷加工、拉伸和切割等。与磨损有关的颗粒所显示出来的这些磁性就是铁谱油液分析系统的基础。

       铁谱系统由四个主要部件组成二一直读(D·R)铁谱仪、载片铁谱仪(或铁谱分析仪)、铁谱读数仪以及带拍摄附件的双色显微镜。铁谱利用一个特制的磁铁体,其两极附近产生超高梯度的滋场强使磨损颗粒在流动油液中沉淀下来。直读铁谱仪使颗粒从流动的油液中沿玻璃管轴向地聚集起来。分析铁谱仪则用一个倾斜的经化学处理的载片作为基片,被吸引的颗粒可聚集于其主。小心地调节油液试样的压力,以使油样连续地慢速通过玻璃管或沿基片的长度方向通过。春

       顾名思义,载片或谱片是用光密度计(铁谱读数仪)和双色显微镜来分析的。光密度计用手估计聚集的磨损颗粒数,而显微镜则用来鉴别颗粒材质和磨损方式。

       从铁谱系统中得到的数据是定量的,又是定性的。直读铁谱仪提供了位于沉淀管:入口附近位置的(流入油液)和出口附近位置的(流出油液)颗粒密度刻度值。铁谱读数仪则用光学方法可测出覆盖于谱片各位置上沉积的磨损颗粒的密度。某个特定位置上的颗粒密度读数总是以离谱片出自端的毫米距离来给定的,如指示为54毫米的密度读数便是取自离谱片端(即油液出口处)54毫米的那点。从双色显微镜得到的数据是定性的,因为操作者只提出凭经验和训练得来的知识就能判别和联系的东西。双色显微镜的照明特性,使操作者能够观察到颗粒形状、沉淀样式和颗粒的外观结构。因此,铁谱的测定为人们透彻地了解颗粒产生环境的化学条件提供了不可多得的手段。

       3空气浓度的测定

       空气在液压系统中的存在状态有几种一分离、混入和溶解。测量气化程度的方法提出过很多。例如分离和混入的空气量可以用称为封闭”工作油液压力计的装置来测量,先把需测定的封闭系统或容易通过注油口加压(儿个大气压),然后与测量装置隔离。把压力计调至零,并将预加压的系统向测量装置卸压,通过压力计测量出未知气体容积的膨胀。由于容积差为已知,故可用波意耳定律算出空气容积。

       测量液压系统油液含气浓度的另一种装置称为流动工作油液压力计。它利用流动系统的一条分离的低压流道,通过进、出口阀,接通压办计玻璃管。需要读数时,两阀关闭封闭容积用永银活塞加压至预定压力,测出油液压缩后容积变化百分比。

       只是为了测定混入的空气含量,已有三种技术。一种是建立在声速测量的基础上的。:由于声速在液压油液中近似为440呎/秒,而在空气中约为1100吹/秒,所以,.在混有空气的液压油液甲的声速是介于上述两秤速度之间的,其值视混入的空气含量而定。

常第种技术利用浊度计来测量混入的空气浓度。由于混入的空气改变了油液的容量所以这个特性可用手测量目的。流体动力研究中心所作的试验研究确定,混入空气的浓度很低往往使普通的浊度计趋手饱和。

       第三种方法利用音响衰减原理。这种装置对液压应用似乎有很大价值,但目前在市场上未见有供应。

       油液中溶解的空气量至少可用两种方法检测。水银压力计还可用来使少量已知容积的油液处于零压状态,随后,使试样恢复到大气压并测出释放的空气量。该装置虽可测量出去除的气体总量,装但并不完全准确。这种装置常常测出的多是其中一些混入的空气,因为溶解的空气在高压情况不不完全排出对测量有影响。

       第二种测量混入空气的装置实际上是一个改进的注射器。测量时用注射器吸入少量(约50毫升)试样,拉动柱塞使试样产生真空,空气就从试样里逸出,放松柱塞并测出释放的空气总容积。这种装置可测出溶解或混入油样中的空气总容积。碧(毫无疑问,测量工作液压系统的空气浓度尚需更好的方法。因为测量时油液的压力和温度在确定空气的状态方面要求很严,所以目前市面上还没有什么合适的装置可供使用。此外,液压系统的压力是个动态参数,即压力是随系统工作情况连续地变化的。制造出种更为必要的“管路”空气监测器的美好前景,有赖于音响衰减原理的采用。

      4水含量测定

       至少有两种工业上采用的测定液态石油产品含水量的方法。最常用的方法是卡尔(KarlFischer)方法(ASTM D1744),它是把有标准卡尔试剂的油液滴定到静电计的最终点。这种方法一般适用于含水率为百万分之50~1000(50~1000ppm)的场合。

       另一种可用的方法是离心法(ASTM D1796)。顾名思义,这方法利用离心力把水分离出来加以测量。离心法对游离水含量高的测定是最为有效的。

       5、颗粒分析

       5.1目测

       5.1.1光学颗粒计数

       五十年代末和六十年代初,液压系统的设计者开始认识到测量系统油液中掺入的颗粒污物的颗粒尺寸分布的必要性。初期,工程师们用显微镜来检测污染度。由于促进这项工作的主要动为是保护飞机液压系统免于颗粒污染的破坏,因此,很自然地,汽车工程师协会的航空委员会就想制定项显微镜颗粒计数的标准技米。这个委员会努力的成果就是提出了航空用标准(ARP598),它至今仍然是一个基础标准。

       该标准规定了去除油液中混入的污染物的方法,贸确定了最准确计数的浓度等级。油液中的颗粒是用试验室用薄膜过滤器过滤的。所用的油液量非常重要,因为颗粒数是按每单位容积油液来计算的。过滤薄膜是根据试样的统计原理使之具有某种形式的格点分布。测定颗粒的尺寸和数量至少有两种方法,一种是利用显微镜的目镜测微计,另一种是用拼合成像测量法。虽然许多部门利用显微镜计数技术也算满意膏然而,斑与自动方法比较起来,显微计数技术冗长费时,重复性极差。

       5.1.2  Milipore滤膜检测

       Milipore公司出售的滤膜检测装置可通过观察直径47毫米、网格孔径5微米的圆片滤膜的变色程度,迅速地检测烃基液压油和润滑油的颗粒污染程度。试验时,使标准容积的试液通过滤膜。该仪器附有一个滤膜色比刻度尺和颗粒估计数刻度尺与公认的标准污染度相对应,供确定观察的污染度时作比较用。这是一种带主观性的评价污染度的方法,如需更精确的数据,必须采用其他的方法。

       5.2重量分析

通过秤重测定系统污染度是一种可行的分析方法但是,这种方法所提供的重量数据不能用来确定颗粒尺寸的分布,它只是对混入系统油液虫的污染物总量对粗略的测定。方法细节详见SAE标准ARP785。这种方法的主要程序基本上是先将未过滤污物的滤膜精确秤重,随后小心地让待测的一定容积的系统油液通过滤膜,养再将滤膜称重。两次秤重的差值就是油样试样中存在的污染物量。

       5.3仪器分析

       5.3.1淤积指数

       污染度分析的淤积指数法是评定尺寸小于5微米的颗粒的污染影响的一种方法。大于5微米的污染物往往在滤材表面上以不太规则的方式形成相当松散的块状物,而小于5微米的颗粒则倾向于堵塞精细滤材的流道。在保持圆片滤膜的压力降为恒定的条件下,含有5微米以下颗粒的油液的流量下降比可用数学方法加以预测。淤积指数就是描述在恒定压差下通过标准滤膜的这种流量衰减的三个无量纲参数。在描述这种衰减时,淤积指数就是被试油液中0~5微米范围的污染度的一种度量。

       淤积指数装置实际上是一个一端装有网格孔径为0.8微米的圆片滤膜的量筒。把要作淤积性质测定的油液试样装进量筒内,加一个恒定的压差以迫使油液通过滤膜。把接连三次预定容积增量的油液通过滤膜所需要的时间分别记录下来,第一次容积增量V1是极小的量,于是,由其流动的时间所反映的流量接近于未污染油液预期的流量。第二次和第三次容积增量按V3=2V2来选取。

       淤积指数装置和试验程序很简单,且与油液性质〈如粘度、温度)无关,只要这些参数在给定的试验期间保持恒定就行了。这个方法看来对其他污染度分析方法是个合理的补充,特别是在微小尺寸范围的污染物方面,其他方法是难以处理的。

       5.3.2显像分析仪

       显像分析仪基本上就是题粒分析仪。通常,这些装置使用的是显微镜、电视摄像机、专用计算机以及类似电视萤屏的成像观测器。在操作时,把要检测的一一定量油液通过圆片滤膜来制得试样。然后把滤膜置于藏玻片上,并且用洁净溶剂使之透明。把制备的试样置于显微镜台架上,操作者边看试样,边调节光源亮度和焦距。电视摄像机摄下显微镜图象,并将摄下的图像转换成视频信号输送到算机里。计算机应用必要的“逻辑”,对视场中的颗粒进行测量和换算。操作者可以选择不同形式的数据,如平均面积、平均投影长度、总计数值等等。然后把视频信号输送到观测屏上,再现显微镜视场情况。

       5.3.3油液颗粒自动讨数器

       油液颗粒自动计数器的详细讨论见第6章。这类仪器用于测定混入试液里的颗粒尺寸和数量。让少量油液流过由光源和光电检测元件组成的传感器,当油液中含有颗粒时,就有一部分光被遮闭和散射,因此,光源抵达光电元件的光强就发生变化。光强的这种变化与颗粒尺寸成比例,于是,光电元件的输出也就与通过传感区的颗粒尺寸成比例。

       油液颗粒自动计数器于六十年代中期出现在市场上。液压传动工业从太平洋科学公司HIAC仪器分部所作的努力中得到很大的好处,这个公司是液压油液这一领域的先驱。从早期的油液颗粒自动计数器问世以来,已经作了许多改进和发展了许多附件。

日期:2022/7/26 阅读:2467次
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