在分析式鐵譜儀原理基礎(chǔ)上，用戶和生產(chǎn)制造商針對不同應(yīng)用對象，為適應(yīng)不同的應(yīng)用場合研制和開發(fā)了各種各樣的基于磁性分離的鐵譜儀或其他儀器，從形式上，為了提高速度并方便使用生產(chǎn)了由兩個(gè)分析式鐵譜儀組合的雙聯(lián)鐵譜儀和由一個(gè)分析式一個(gè)直讀式組合的復(fù)式鐵譜儀，從應(yīng)用上，為了適應(yīng)高污染環(huán)境下的分析工作和簡化油樣處理過程，生產(chǎn)了旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀。為了進(jìn)行磨料磨損的研究，研制了氣動(dòng)式鐵譜儀，從方式上為了實(shí)現(xiàn)工作現(xiàn)場的連續(xù)測試從而更及時(shí)地得到機(jī)械狀態(tài)的判斷生產(chǎn)了在線式鐵譜儀，為了實(shí)現(xiàn)快速的簡易診斷，生產(chǎn)了磨粒定量儀、鐵量儀、磨粒分析儀器等。隨著油液監(jiān)測技術(shù)不斷的發(fā)展，還會有新的鐵譜儀或其他同樣原理的儀器出現(xiàn)，在此不可能一一介紹。本文僅僅介紹具有代表性的兩種。
一、旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀
旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀的設(shè)計(jì)思想是英國斯旺西大學(xué)的D.G.Jones和韓國機(jī)械工程研究院的O.K.Kwon在斯旺西摩擦學(xué)中心進(jìn)行鐵譜技術(shù)的應(yīng)用研究中為改進(jìn)分析式鐵譜儀的不足而于1982年提出的，當(dāng)時(shí)取名為旋轉(zhuǎn)式磨粒沉積器。
如圖為該中心和英國Analex公司共同生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀的外形，我國高等院校和研究單位的科技工作者也于20世紀(jì)80年代中期研制成功國產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀。
旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀的核心部分是一塊高梯度強(qiáng)磁鐵，與分析式和直讀式鐵譜儀不同的是，它形成的是兩個(gè)環(huán)形的狹縫磁場，利用一個(gè)環(huán)形的橡膠吸盤將一方形的鐵譜片緊緊地吸附在圓柱形的磁鐵上平面上，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，方形鐵譜片與圓柱形磁鐵一起以較慢的速度旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，將被分析油樣沿軸心滴落在方形鐵譜片和圓柱形磁鐵的中心位置上，在離心力的作用下，油樣以螺旋式的油流形式被“甩”出方形鐵譜片，而其中的磨粒在經(jīng)過兩個(gè)環(huán)形的磁隙和磁鐵邊界時(shí)，被磁場吸附下來而形成三個(gè)由磨粒組成的圓環(huán)，在全部油樣滴完之后，同樣用滴落固定劑的方法清洗鐵譜片上的殘油和固定磨粒，經(jīng)自然揮發(fā)后，制成鐵譜片，如圖示
出于與分析式鐵譜儀相同的沉積機(jī)理，油樣首先掠過的第一個(gè)磁隙內(nèi)環(huán)上沉積的是大于20um的磨粒，第二個(gè)磁隙中環(huán)上沉積的是1-50um的磨粒;而圓柱磁鐵的邊界外環(huán)上沉積的是1-10um的磨粒。
同時(shí)將磨粒按自身大小有序分離，然而與分析式鐵譜儀相比，旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、 分析式鐵譜儀中磨粒是按其粒度分布不同的“點(diǎn)”上，而旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀是將不同粒度的磨粒分布在3個(gè)環(huán)上，這種展開更有利于磨粒的分隔，使磨粒邊界更為清晰可辨，易于觀察和進(jìn)行圖像處理。
2、 油樣在鐵譜片上的流動(dòng)借助了離心力，而不是如分析式鐵譜儀中僅依靠自身的重力，因此操作者不但可以省略在鐵譜技術(shù)中常用的稀釋油樣粘度以加速磨粒沉積的做法，而且還可通過調(diào)整磁鐵組的轉(zhuǎn)速來適應(yīng)不同粘度的油樣，大大簡化了抽取鐵譜片的步驟。
3、 對于無法避免外界嚴(yán)重污染的油樣，旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀可以甩除那些往往是磁化率很低的無機(jī)或有機(jī)污染物，而留下所關(guān)心的、真正反映摩擦副磨損狀態(tài)的磨粒，起到“去偽存真”的作用。
雖然旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀有以上優(yōu)點(diǎn)，然而它不能完全替代分析式鐵譜儀，首先，依靠離心力驅(qū)使油樣在二維的鐵譜片平面上流動(dòng)，往往各向流速不均勻而且很難形成層流，這樣就影響了磨粒沉積的重復(fù)性，這種影響在制取磨粒濃度較低的油樣之鐵譜片時(shí)更為明顯。其次，離心力的作用在去除己知污染物的同時(shí)，也十分有可能去除了那些同樣是磁化率較低的磨損產(chǎn)物和有價(jià)值的磨粒。因此，分析式鐵譜儀和旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀同是有效的鐵譜儀，并非是后者青出于藍(lán)而可代之于藍(lán)，要根據(jù)不同的使用場合選擇恰當(dāng)?shù)蔫F譜儀以發(fā)揮它們的最佳效用。
二、在線式鐵譜儀
無論是分析式鐵譜儀、直讀式鐵譜儀還是旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀，其工作方式都是離線式的，即心須要由分析人員從被檢測的機(jī)器中取出油樣送往裝備鐵譜儀的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析后才能得出分析結(jié)果，整個(gè)分析程序中離不開油樣的提取和傳遞，這種離線的工作方式有可能出現(xiàn)兩方面的弊端：一方面，由于油樣的提取與結(jié)果的得出之間有一段時(shí)間差，而這段時(shí)間差可能會長至數(shù)日之久，這樣就有可能在機(jī)器操作人員收到分析報(bào)告時(shí)被檢測的機(jī)器己發(fā)生故障，另一方面，油樣的提取有一套嚴(yán)格的方法和程序，往往由于取樣的不規(guī)范而造成最終分析結(jié)果的不準(zhǔn)確，以上兩種離線工作方式的弊端所帶來的遲判、誤判在生產(chǎn)實(shí)踐中偶有發(fā)生。
因此，國內(nèi)外生產(chǎn)廠家和科研機(jī)構(gòu)研制和開發(fā)了在生產(chǎn)現(xiàn)場即能得到鐵譜檢測結(jié)果的在線工作方式鐵譜儀----在線式鐵譜儀。
在線式鐵譜儀的傳感器一般以旁路形式裝入機(jī)器潤滑油系統(tǒng)，主機(jī)安放在機(jī)器操作人員可以直接觀察的操作臺或其他恰當(dāng)?shù)奈恢蒙?，如下圖示，傳感器內(nèi)在油路旁裝有高梯度強(qiáng)磁場的電磁鐵和表面電容傳感器，當(dāng)開始測量時(shí)，電磁鐵通電產(chǎn)生磁場，潤滑油中的磨粒在磁場作用下，按照分析式鐵譜儀的沉積規(guī)律由大到小依序沉積在一個(gè)密封的平面上，同時(shí)，在兩個(gè)相應(yīng)大磨粒沉積區(qū)和小磨粒沉積區(qū)的位置上安裝離兩個(gè)平面電容器，磨粒沉積量的多少改變了平面電容器極間電介質(zhì)的介電常數(shù)，平面電容器的電容值隨之發(fā)生變化，電容值的變化引起己預(yù)置的整個(gè)檢測電路的變化。
為了實(shí)現(xiàn)不間斷地自動(dòng)顯示潤滑油中磨粒濃度的狀態(tài)，在線式鐵譜儀主機(jī)中的單片機(jī)指揮控制單元按照一定程序和規(guī)范工作，其動(dòng)作主要是以下兩個(gè)方面：
1、 單片機(jī)發(fā)出開始測量指令，電磁鐵通電產(chǎn)生磁場，在測量程序按一定要求完成之時(shí)，單片機(jī)便自動(dòng)發(fā)出指令，切斷電磁鐵電流，磁場消失后進(jìn)入沖洗程序，由潤滑油自身沖去沉積在表面電容器位置上的磨粒并自動(dòng)檢測是否達(dá)到?jīng)_凈要求，以便進(jìn)行下一個(gè)測量循環(huán)。
2、 表面電容器的電容值只是在磨粒沉積量處于一定范圍之內(nèi)才與其成線性關(guān)系，故而為了使讀數(shù)具有可比性，傳感器開始讀出數(shù)據(jù)或稱采集數(shù)據(jù)的條件不是以時(shí)間為準(zhǔn)，而是以達(dá)到一個(gè)恒定讀數(shù)值為準(zhǔn)。
正由于在線式鐵譜儀具有其他任何離線式鐵譜儀所不具備的實(shí)時(shí)監(jiān)控優(yōu)勢，故而特別受到那些裝備大型機(jī)組的流程工業(yè)系統(tǒng)的關(guān)注，因?yàn)檫@些設(shè)備必須保證長時(shí)間可靠地不停機(jī)運(yùn)行，由于技術(shù)上的原因，在線式鐵譜儀開發(fā)較為緩慢，僅曾在液壓系統(tǒng)上取得應(yīng)用結(jié)果，我國的科技工作者在20世紀(jì)90年代開發(fā)研制了具有特色的在線式鐵譜儀，它除了在傳感器上加以改進(jìn)之外還形成了多探頭、多測點(diǎn)，計(jì)算機(jī)統(tǒng)一采集、處理、存儲、顯示和打印輸出的在線式鐵譜儀系統(tǒng)。在煉油廠渦輪機(jī)變速箱、電廠柴油機(jī)以及艦船柴油機(jī)的成功應(yīng)用表明，在線式鐵譜儀不但有著很好的開發(fā)和應(yīng)用前景，而且在技術(shù)上能夠取得突破，20世紀(jì)90年代末，國內(nèi)外又有許多基于與鐵譜儀相似原理的和種類型在線式潤滑油系統(tǒng)監(jiān)測儀問世，并進(jìn)入市場，其應(yīng)用效果有待加以總結(jié)。
本文摘自楊其明著《磨粒分析--磨粒圖譜與鐵譜技術(shù)》一書部分章節(jié)，版權(quán)歸原作者所有，出于傳遞更多信息和學(xué)習(xí)之目的，并不意味亞泰光電贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其內(nèi)容真實(shí)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(shù)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(shè)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)
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