直讀式鐵譜儀是繼分析式鐵譜儀之后發(fā)明的具有準確定量和快速測試特點的鐵譜儀。
一、直讀式鐵譜儀工作原理
直讀式鐵譜儀其核心部分仍是一塊高梯度強磁鐵，磁鐵以一定角度與油樣流動方向相反地傾斜設置，在其磁場狹縫處平行放置一透明玻璃制成的沉積管，被分析油樣在虹吸作用下由試管進入毛細管，再因自身重力流入沉積管即進入磁場。油中的磨粒在高梯度強磁場作用下克服油樣的粘滯阻力，依其自身粒度由大到小依序沉積在沉積管內(nèi)壁上，為了直接測出油樣中大磨粒和小磨粒的濃度，在相應的兩個測點處利用光導纖維引入兩束穩(wěn)定光源，這兩點相當于分析式鐵譜儀中鐵譜片入口區(qū)和50mm的位置，光束穿過沉積層和沉積管射入與其相對的兩個光電池，光電池將光信號轉換為電信號，再經(jīng)電子線路進行放大和A/D轉換，最終在兩個數(shù)顯屏上以數(shù)字形式顯示出來。由于穿過磨粒沉積層的光信號的衰減量與磨粒沉積量在一定條件下成正比關系，所以經(jīng)過電路的處理后可以在數(shù)顯屏上直接讀出與磨粒沉積量成線性關系的讀數(shù)(大磨粒直讀數(shù))和(小磨粒直讀數(shù))。這樣，就達到了直接測讀被分析油樣中大磨粒和小磨粒濃度的目的。
二、磨粒在沉積管中的沉積規(guī)律
與分析式鐵譜儀有所不同，直讀式鐵譜儀中磨粒是在一個透明的玻璃管---沉積管中被磁場分離和沉積下來的，因此，它的沉積規(guī)律以及與這個規(guī)律相關因素顯然與分析式鐵譜儀存在差異。
為了從理論上進行計算，同樣要對直讀式鐵譜儀中伴隨磨粒沉積過程的流體力學現(xiàn)象在其條件上做如下理論假設：
(1) 油樣是牛頓流體。其中所含的微粒可近似簡化為球形，且濃度較低均勻地懸浮在油樣液體中，它們的存在不會影響液體的粘度和流動。
(2) 液體中所有不同磁質(zhì)的顆粒其所受磁場作用力可以利用如下公式加以計算
(3) 液體在虹吸作用下流動的過程其試管中的液面因油樣不斷流下而逐漸降低，這個降低量可以忽略不計，因此，沉積管中的油液是在不變的壓強下流動，其流速保持恒定，玻璃管與油液流動方向是反向傾斜裝置，這保證了管內(nèi)的油流是一個穩(wěn)定的層流狀態(tài)。
(4) 油液分子的布朗運動所帶來的對磨粒運動的影響忽略不計
如圖所示是處在磁場中的沉積管之縱剖和橫剖圖，同樣只考慮A區(qū)內(nèi)情況可以使問題簡化，由于油樣與沉積管內(nèi)壁的粘滯作用，沉積管內(nèi)油液的流速是以管中軸為中心環(huán)形對稱分布的，中心最高，管壁處為零，如圖所示：
與分析式鐵譜儀所不同的是，沉積管與水平方向存在夾角(約15-20度)，因此重力、浮力與磁場作用力、粘滯力成一定角度，前兩者的量值比起后者相對極小，且在此條件下只是沿Z方向的分量起作用，因此可以忽略不計，根據(jù)牛頓第二定律
通過對此解的分析可以得出與分析式鐵譜儀相似的磨粒沉積規(guī)律
1、 在其他因素不變的條件下，處在沉積管內(nèi)同一高度上的磨粒其沉積距離與其自身的直徑平方成反比，即大磨粒先沉積，小磨粒后沉積，因此，油樣所經(jīng)過的第一個傳感器應是大磨粒濃度值測讀的位置，而第二個傳感器的位置則對應著小磨粒沉積區(qū)。
2、 必須創(chuàng)造一個高梯度的強磁場才能實現(xiàn)對微米級磨粒的沉積，按照測試結果，沉積管正處在磁場梯度達到最高值的空間區(qū)域內(nèi)。
但是，由于儀器的結構及油樣流動方式的不同，直讀式鐵譜儀中磨粒沉積規(guī)律與分析式鐵譜儀有以下三點主要區(qū)別：
1、 分析式鐵譜儀中鐵譜片上油膜厚度約為0.8mm，是油流寬度的(4.5-5mm)的1/6，油中處于不同流層的磨粒初始高度Z相差無幾，因而磨粒初始高度的差異對磨粒沉積距離Y影響不大，大磨粒與小磨粒沉積區(qū)間的界限比較清楚。然而，在直讀式鐵譜儀中，油樣和磨粒通過的是一個截面為圓形的玻璃管，磨粒的初始高度是不能忽略的因素，較高層的大磨粒與較低層的小磨粒有可能沉積在同一位置上。如圖示是這種特殊沉積狀態(tài)的示意圖
該式中己不再存在粘度這個物理量，這表明，用于直讀式鐵譜儀的毛細管的內(nèi)徑、長度一旦確定油樣中某特定粒度的磨粒之沉積位置不因油樣粘度的變化而改變，起重要作用的是C值的大小，這一點為直接操作儀器的分析人員提供這樣的指導：即比起準確掌握在油樣中加以稀釋粘度的固定劑之比例來說，嚴格控制裝有油樣的試管高度顯得更為重要。
3、 油樣和其中的固態(tài)磨粒同時通過的是管狀的而不是開放的通道，實驗觀測表明，這種流動方式會對固體顆粒產(chǎn)生一種“徑向遷移”效應。由于這種效應的存在，油樣中那些密度與液體相差不大的污染物顆粒會在毛細管中形成以管中心軸為圓心的環(huán)形分布而被沖出沉積管，那些密度大于油液的如銅、鋁有色金屬顆粒，除了其中有的因與鋼對磨發(fā)生金屬轉移后，增加了磁性而被磁場吸留在沉積管內(nèi)之外，大部分也由于此效應集中在油流流速最高的沉積管中心而軸附近而被油流沖出沉積管，因此，直讀式鐵譜儀幾乎不能沉積下非鐵磁性磨粒，它只對鐵磁性磨粒具有較高的靈敏度，大量的統(tǒng)計性實驗也表明：直讀式鐵譜讀數(shù)與光譜分析的鐵含量測量值其趨勢有著較好的吻合。
了解直讀式鐵譜儀中磨粒沉積規(guī)律的這些特點，對正確操作儀器和運用所測出直讀數(shù)據(jù)將是十分重要的。
本文摘自楊其明著《磨粒分析--磨粒圖譜與鐵譜技術》一書部分章節(jié)，版權歸原作者所有，出于傳遞更多信息和學習之目的，并不意味亞泰光電贊同其觀點或證實其內(nèi)容真實性，本文內(nèi)容僅供參考。本文首發(fā)亞泰光電官網(wǎng)，由深圳市亞泰光電技術有限公司編輯整理，亞泰光電，國內(nèi)知名工業(yè)內(nèi)窺鏡和油品分析儀研發(fā)、生產(chǎn)廠家，致力于為客戶提供針對性、專業(yè)化、系統(tǒng)性的設備診斷和狀態(tài)監(jiān)測產(chǎn)品解決方案，歡迎您的咨詢與洽談。0755-86656390)最新資訊文章
