油液清潔度等級(jí)檢測(cè)方法
液壓系統(tǒng)油液污染控制
液壓油是液壓系統(tǒng)中的重要工作介質(zhì),對(duì)污染顆粒的尺寸和數(shù)量有嚴(yán)格的規(guī)定。過(guò)濾元件作為液壓系統(tǒng)中的“清道夫”,能對(duì)油液中污染顆粒做到有 效濾除。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)油液的污染控制,前提是定量的描述和評(píng)定系統(tǒng)油液的污染程度,方法是選擇能滿足所需清潔度等級(jí)要求的過(guò)濾元件類型。本文從實(shí)際運(yùn)用出發(fā),概述了油液清潔度等級(jí)的評(píng)價(jià)和檢測(cè)方法,探討了過(guò)濾器過(guò)濾性能的定義和檢測(cè)方法,并在此基礎(chǔ)上,對(duì)確立系統(tǒng)油液清潔度等級(jí)和過(guò)濾器選型給出了建議
二、油液清潔度等級(jí)檢測(cè)方法
分析油液的固體顆粒污染度對(duì)于提高設(shè)備可靠性、延長(zhǎng)設(shè)備壽命、改 善設(shè)備性能都有著重要意義。固體顆粒污染度的測(cè)量包括對(duì)單位體積液體中的顆粒質(zhì)量、顆粒尺寸分布、顆粒數(shù)以及污染等級(jí)的測(cè)量,檢測(cè)方法包括重量分析法、顯微鏡計(jì)數(shù)法、自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法和顯微鏡對(duì)比法。
重量分析法
1.1 檢測(cè)方法
重量分析法是通過(guò)測(cè)量單位體積液體中所含顆粒的質(zhì)量,從而來(lái)確定顆粒污染度等級(jí)的,通常用mg/L(或mg/100mL)表示。其方法是將一定體積液體中的顆粒收集在濾膜上,通過(guò)稱量濾膜過(guò)濾后和過(guò)濾前的質(zhì)量差即可測(cè)得顆粒的含量。
重量分析的標(biāo)準(zhǔn)方法為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO4405和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27613《液壓傳動(dòng) 油液污染 采用稱重法測(cè)定顆粒污染度》,等級(jí)判定的標(biāo)準(zhǔn)方法為美國(guó)宇航標(biāo)準(zhǔn)NAS1638《液壓系統(tǒng)零件的清潔度要求》。NAS1638給出了100毫升液體中顆粒質(zhì)量的等級(jí)表。
1.2 方法描述
重量分析法所需的測(cè)試裝置比較簡(jiǎn)單,費(fèi)用較低,但操作耗費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng),測(cè)定結(jié)果只能反映液體中所含顆粒的總量,而不反映顆粒的尺寸、顆粒數(shù)和尺寸分布,僅為一種定性的測(cè)量,且由于在分析過(guò)程中濾膜質(zhì)量的變化,因而重復(fù)性較差,對(duì)一些顆粒含量較少的試樣,常常無(wú)法得出結(jié)果,因此這一方法目前已很少采用,但在國(guó)內(nèi)的工程車輛、化工等行業(yè)仍在采用該方法。
顯微鏡計(jì)數(shù)法
2.1 光學(xué)顯微鏡法
2.1.1檢測(cè)方法
重量分析法所需的測(cè)試裝置比較簡(jiǎn)單,費(fèi)用較低,但操作耗費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng),測(cè)定結(jié)果只能反映液體中所含顆粒的總量,而不反映顆粒的尺寸、顆粒數(shù)和尺寸分布,僅為一種定性的測(cè)量,且由于在分析過(guò)程中濾膜質(zhì)量的變化,因而重復(fù)性較差,對(duì)一些顆粒含量較少的試樣,常常無(wú)法得出結(jié)果,因此這一方法目前已很少采用,但在國(guó)內(nèi)的工程車輛、化工等行業(yè)仍在采用該方法。
2.1.2 方法描述
光學(xué)顯微鏡法能夠直觀地觀察到顆粒的實(shí)際形狀和尺寸,并能大致判斷顆粒的種類,如:閃閃發(fā)光的顆粒是金屬、黑色的顆粒為橡膠、條狀物為纖維、暗色塊狀物為氧化皮等。另外,它不受液樣中的水珠、氣泡的影響,可用于乳化液和其它水基工作液的顆粒分析;不受液樣黏度及污染濃度干擾,所以比較適合對(duì)一般企業(yè)的工作液進(jìn)行污染分析。且所需的設(shè)備比較簡(jiǎn)單,費(fèi)用低,但制作膜片過(guò)程繁瑣,且容易二次污染;人工計(jì)數(shù)需要的時(shí)間長(zhǎng),操作人員容易疲勞,計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性很大程度上取決于操作人員的經(jīng)驗(yàn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步,目前多數(shù)光學(xué)顯微鏡都配有電子攝 像頭,可拍攝圖像后采用圖像分析軟件通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行顆粒分析,大大提高了測(cè)試效率,并減小了人為誤差和操作者的視覺(jué)疲勞。
2.2 電子顯微鏡法
2.2.1 檢測(cè)方法
電子顯微鏡法采用的儀器主要是掃描式電子顯微鏡,測(cè)量方法與光學(xué)顯微鏡法基本相似。采用微孔濾膜過(guò)濾一定體積的樣液,將樣液中的顆粒污染物全部收集在濾膜表面,該膜上的油漬必 須用超凈溶劑沖洗干凈,然后將收集有顆粒的濾膜制成試樣,放入掃描式電子顯微鏡中,利用電子槍發(fā)出各種物理信息,通過(guò)對(duì)這些信息的接收、放大和顯示以進(jìn)行試樣的顆粒分析。
2.2.2 方法描述
掃描式電子顯微鏡具有放大倍數(shù)大(從10倍到10萬(wàn)倍或更大),焦距深(為普通光學(xué)顯微鏡的300倍),等優(yōu)點(diǎn)不僅可以測(cè)量微小顆粒(至 小可達(dá)0.02μm)的形狀、尺寸和表面形貌,而且可以與波譜儀和能譜儀配合進(jìn)行化學(xué)成分分析,因而在對(duì)顆粒的研究中具有不可替代的作用。但該儀器價(jià) 格昂貴,操作復(fù)雜,不便成為日常的顆粒度分析儀器,目前僅在實(shí)驗(yàn)室中作研究用。
自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法
3.1 光阻法
3.1.1 檢測(cè)方法
應(yīng)用光阻原理的典型設(shè)備是遮光型自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器,該類儀器是目前液體顆粒污染分析中應(yīng)用至廣泛的一種類型,在國(guó)內(nèi)現(xiàn)用的自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器中,絕大多數(shù)為遮光型。 遮光型自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器的關(guān)鍵部件是一個(gè)由光源和光電管組成的顆粒傳感器,當(dāng)顆粒隨著液流通過(guò)傳感器窗口時(shí),就會(huì)有一部分光被顆粒遮蔽和散射,因此光的強(qiáng)度發(fā)生變化,由于被遮蔽的光的量與顆粒的投影面積成正比,傳感器每通過(guò)一個(gè)顆粒,光電管就會(huì)對(duì)應(yīng)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。根據(jù)脈沖信號(hào)的幅值和個(gè)數(shù),就可以換算出顆粒粒徑和數(shù)量濃度。
3.1.2 方法描述
該方法操作簡(jiǎn)單,測(cè)量迅速、準(zhǔn)確、重復(fù)性好。當(dāng)顆粒折射率與所測(cè)液體折射率相近、油中含氣泡或含水時(shí),會(huì)引起較大的誤差;容易受油液粘度和顏色的影響,當(dāng)油液粘度過(guò)大導(dǎo)致達(dá)不到儀器工作流速時(shí)或顏色過(guò)深、濃度過(guò)高時(shí)需要稀釋后進(jìn)行。
3.2 流式圖像分析法
3.2.1 檢測(cè)方法
該方法是數(shù)字顯微技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖像分析技術(shù)結(jié)合在了一起,其工作原理是在液流通道設(shè)置窗口,采用高速攝 像頭在窗口處以一定的統(tǒng)計(jì)頻率采集圖像,再通過(guò)圖像分析用軟件用設(shè)置好的算法對(duì)圖像進(jìn)行分析,圖像中的每一個(gè)顆粒將被統(tǒng)計(jì),根據(jù)采集單張圖像時(shí)的油液體積推算出單位油液體積的顆粒分布和顆粒數(shù)。
3.2.2 方法描述
該類設(shè)備操作簡(jiǎn)單,測(cè)量迅速,可通過(guò)調(diào)節(jié)圖像分析軟件的灰度門限值消 除水分、氣泡對(duì)測(cè)試的影響。工作流速范圍較寬,但其工作壽命相對(duì)光阻原理的自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器要短很多,其高頻攝 像頭經(jīng)過(guò)一定的工作周期后拍攝的圖像質(zhì)量會(huì)下降,進(jìn)而影響測(cè)試準(zhǔn)確度。
3.3 網(wǎng)式堵塞分析法
3.3.1 檢測(cè)方法
網(wǎng)式堵塞自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法是一種半定量分析方法,是通過(guò)測(cè)定帶有均勻性微孔濾膜或?yàn)V網(wǎng)的流量與其兩端壓差特性而工作的。當(dāng)被分析的試樣通過(guò)濾網(wǎng)時(shí),尺寸大于微孔尺寸的顆粒將被濾網(wǎng)收集,使濾網(wǎng)逐漸堵塞。若濾網(wǎng)兩端的壓差一定,則試樣通過(guò)濾網(wǎng)的流量將隨著濾網(wǎng)的堵塞而逐漸減?。蝗敉ㄟ^(guò)濾網(wǎng)的流量一定,則濾網(wǎng)兩端正的壓差逐漸增 大,而濾網(wǎng)流量或壓差的變化與被分析試樣的顆粒數(shù)有關(guān)。因此,通過(guò)檢測(cè)與流量和壓差有關(guān)的參數(shù),就可以大致地確定顆粒的尺寸和數(shù)量,半定量地評(píng)定工作液體的污染度。
3.3.2 方法描述
目前的網(wǎng)式堵塞型自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器只能給出1、2或3種尺寸下的顆粒數(shù)及其污染度等級(jí),且其計(jì)數(shù)結(jié)果必 須假定一種固定的顆粒尺寸分布通過(guò)外推來(lái)得到,但這對(duì)于大多數(shù)實(shí)際顆粒分布是不成立的。網(wǎng)式堵塞型自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器是新近幾年發(fā)展起來(lái)的,目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少。其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試結(jié)果不受試樣狀態(tài)的影響,可以分析混合液、乳化液、深色試樣和含空氣的試樣,且其結(jié)果不會(huì)由于混入空氣、水或者高濃度的顆粒而失真。不足之處是測(cè)量誤差較大,只能用于半定量分析。
顯微鏡對(duì)比法
4.1 檢測(cè)方法
顯微鏡對(duì)比法與光學(xué)顯微鏡法基本相同,只不過(guò)顯微鏡對(duì)比法是將過(guò)濾樣液制成的樣片(其制備方法與光學(xué)顯微鏡法相同)放在專用的顯微鏡下與標(biāo)準(zhǔn)污染度等級(jí)樣片進(jìn)行對(duì)比,而不需進(jìn)行各種顆粒尺寸計(jì)數(shù),根據(jù)顆粒分布確定樣液的污染度等級(jí),即樣液中所含的顆粒濃度。
測(cè)試所用的對(duì)比顯微鏡由一組目鏡、兩組物鏡和兩個(gè)工作臺(tái)(測(cè)試樣片臺(tái)和標(biāo)準(zhǔn)樣片臺(tái))組成。標(biāo)準(zhǔn)樣片臺(tái)為一可以轉(zhuǎn)動(dòng)或沿軸向移動(dòng)的圓盤,在圓盤上裝有各種污染度等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)樣片,轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)圓盤可以將任一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣片對(duì)準(zhǔn)在物鏡的下面。測(cè)試時(shí),將所測(cè)樣液制成的濾膜樣片放在測(cè)試樣片臺(tái)上,通過(guò)調(diào)節(jié)焦距,使測(cè)試樣片和標(biāo)準(zhǔn)樣片上的顆粒分布在同一個(gè)視場(chǎng)內(nèi)顯現(xiàn)清晰的圖像,如圖6所示。對(duì)比左右視場(chǎng)內(nèi)的顆粒分布,轉(zhuǎn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)樣片臺(tái),選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)污染度等級(jí)樣片,當(dāng)左右視場(chǎng)內(nèi)的顆粒分布基本一致時(shí),則所選擇標(biāo)準(zhǔn)樣片的污染度等級(jí)即為被測(cè)樣液的污染度等級(jí)。帶有攝 像頭的普通光學(xué)顯微鏡也可采用這種方法進(jìn)行,方法是將污染度標(biāo)準(zhǔn)樣片以一定的放大倍數(shù)通過(guò)攝 像頭采集到計(jì)算機(jī)中, 再把所測(cè)樣液制成的濾膜樣片圖像以同樣的放大倍數(shù)采集到計(jì)算機(jī)中,然后在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行對(duì)比分析,可有 效降低視覺(jué)疲勞。
4.2 方法描述
顯微鏡對(duì)比法使用的設(shè)備簡(jiǎn)單,費(fèi)用低,檢測(cè)時(shí)間短,操作簡(jiǎn)便,是一種適合于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行液體顆粒污染度分析的簡(jiǎn)易方法。但不能提供具體的顆粒分布,是一種定性分析方法。
結(jié) 論
油液顆粒污染度分析方法有很多種,每種方法都有其特點(diǎn),而油液污染控制又是一種十分重要的工作,必 須全 面準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)油液污染檢測(cè)技術(shù)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),掌握各種測(cè)量方法的技術(shù)原理、適用范圍和測(cè)量結(jié)果的敏 感影響因素等內(nèi)容,才能準(zhǔn)確真實(shí)的了解油液污染狀況,為下一步進(jìn)行油液污染控制提供依據(jù)
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