什么是自动颗粒计数器
摘 要:介绍一种自动颗粒计数器的原理、检测方式、应用及其注意事项。摘自《液压气动与密封》
1 引言
国内外的资料统计说明,液压润滑系统的故障70%~85%是由油液的颗粒污染引起的,所以油液的颗粒污染问题在液压润滑行业引起了相当的重视,对油液的监控也就显得很有必要。在液压润滑系统中,所讨论的颗粒尺寸,其大小范围为0.5~200μm,最关键的是5~15μm。一般颗粒分为软质和硬质二种,软质颗粒有填加剂与水的凝聚物、油料基本成分分解与聚合物、棉绒纤维等,这些物质可包围在热交换器表面,降低散热能力,导致系统发热;由于软颗粒在元件的动态间隙中堵塞与沉积,导致阀芯卡塞,动作失灵;纤维可以粘附于滤网与孔口、喷嘴上并捕集碎屑。硬质颗粒有制造过程中带入的切屑、维护与工作环境中侵入的微粒,以及系统中的磨损产物及氧化物等。
这些硬质颗粒的危害最大,较大的颗粒可引起突发性失效,较小的可引起冲蚀磨损或淤塞使阀芯卡死,总之它能加速元件的磨损而使元件失效。污染颗粒引起的磨损有切削磨损、疲劳磨损、黏着磨损、冲蚀磨损等。目前能对污染颗粒进行有效监控的设备有自动颗粒计数器,其外形图如图1所示。下面就对其进行简要的介绍。
2 自动颗粒计数器的原理
自动颗粒计数器主要有遮光型、光散射型和电阻型等几种,测量范围可为0.5~9000μm。常见的自动颗粒计数采用遮光原理。遮光型自动颗粒计数器采用遮了遮光型传感器,光型传感器由光源、传感区窗口、光电二极管、前置放大器、计数处理器等组成,光源是由白炽灯泡或激光二极管的发出平行光束,传感区窗口是由透明的光学材料制成的,油流由垂直方向从其中间流过,光电二极管是将接收的光能转换为电压信号,前置放大器和计数处理器是将采集的电压信号通过比对判别污染颗粒的大小和个数。遮光型传感器的原理图如图2所示,来自白炽灯泡或激光二极管的光源透过透明的传感区窗口,照射到光电二极管上,当透明传感区里的油液有污染颗粒通过时,光电二极管上所接收的光量减少,被遮挡的光量与该污染颗粒的尺寸成正比,通过用标准的污染物来校准,可以得到光电二极管的输出电压—污染颗粒尺寸的关系,从而可以分辨出污染颗粒的大小,计数处理器按颗粒的大小等级来进行计数。
目前使用的自动颗粒计数器中大多为单激光自动颗粒计数器,从4μm到68μm的污染物均由一个光电二极管来检测,其量程大,所以其检测精度就要受到影响。为了解决这个难题,有的自动颗粒计数器使用了双激光技术,检测精度和重复精度得到很大的提高。双激光自动颗粒计数器的原理图如图3所示,其中一个单点的高精度激光,用于测量小于6μm以下的污染物,另一个标准精度的激光,用于测量在6μm到68μm之间的污染物,并使用了双激光束独特的光路和光电二极管,通过测量在8个粒度分布段(>4、6、14、21、25、38、50、68μm)中的粒子数,给出超高精度的结果和极佳的重复性。
以上介绍了自动颗粒计数器的检测原理,具体的一台自动颗粒计数器是由遮光型传感系统、减压阀、冲洗阀、慢速伺服缸、输出设备等组成。双激光自动颗粒计数器工作原理图如图4所示,遮光型传感系统是自动颗粒计数器核心元件,其性能的好坏决定了自动颗粒计数器质量的优劣;减压阀用来对系统进行减压,经过减压阀后系统的压力维持一个恒定值,确保了慢速伺服缸的输入压力为恒定值,使慢速伺服缸可以对流量进行准确计量;冲洗阀的作用有冲洗、关闭测试、打开排放等,在测试之前要对系统进行冲洗,这样可以保证测试时不受上次测试的影响,测试结果真实,避免交叉污染;慢速伺服缸是用来对进入测试油液体积的准确计量,由于油液清洁度的标准是在某一容积内的颗粒总数,所以对进入测试油液体积的准确计量是至关重要的;输出设备主要有打印机、计算机输出接口等,用于打印测试结果或让计算机保存测试结果,测试结果一般采用ISO4406、NAS1638、SAE4059等标准。
3 自动颗粒计数器的检测方式
自动颗粒计数器的检测方式主要有在线快速测试、在线常规测试、在线动态测试、油样/瓶测试、连续工作测试等方式。
(1)在线快速测试
只进行一次的在线测试,对一个8 mL的油样进行测试,典型的测试时间小于2 min。
(2)在线常规测试
只进行一次的在线测试,测试一个15 mL的油样,常规测试时间小于3 min。
(3)在线动态测试
精密的三重油样测试,连续分析3个在线油样,对结果取平均值,油样量为24 mL,测试分析时间小于5 min。
(4)油样/瓶测试
对选择的油样作“离线”的测试,所用设备为光学取样瓶,容量为110 mL矿物油,容量为250 mL矿物油或磷酸酯类。
(5)连续工作测试
自动颗粒计数器可根据一个设定的时间间隔,自动对一个液压润滑系统连续地作取样分析,时间间隔可为1到30000 min。
4 自动颗粒计数器的应用
自动颗粒计数器主要有以下几项应用。
(1)对重要的液压润滑系统(或设备)进行在线检测(或监测),可以减少人工的费用,消除人为因素的影响,获得准确的油液清洁度状况,尽早发现问题,方便及时解决问题,做到对液压润滑系统(或设备)的主动预防性维护,减少故障,减少停机损失,提高工作寿命。
(2)作为离线检测工具对所生产的液压润滑元件定周期进行检查,发现污染及时清洁油液或更换油液,确保生产的产品符合规定清洁度的要求。
(3)作为一种服务工具为没有购买自动颗粒计数器,但又有这项服务要求的单位提供有偿服务。
(4)安装在飞机、汽车或工程机械中,随时对其油液进行监测,并按要求设置报警点,报警后启动清洁过滤装置的运行。
(5)用于大型液压系统循环过滤净化中,无须人员监控,只要达到设定的清洁度要求时,自动颗粒计数器发出信号,自动停止循环过滤。
(6)用于军事设备中,对精确的液压润滑系统进行监视和操作,增强了在敌对环境中的自信心。
(7)作为实验室或科研单位的检测设备,提供科研人员准确的清洁度报告,为实验和科研提供准确的科学依据。
5 自动颗粒计数器的使用注意事项
使用自动颗粒计数器时,要注意以下几个方面。
(1)在自动颗粒计数器首次使用之前,至少充电16h,以使镍镉电池电力饱满;应该每月将镍镉电池放电一次,将电放尽,然后再充电16 h,这样能保持镍镉电池好的充电效果,延长电池的使用寿命。
(2)切勿使用丙酮或者类似的溶剂作为清洁剂,否则,在清洁自动颗粒计数器内部或在清洁取样瓶时,会损坏密封件,应该使用石油醚作为清洁剂。
(3)在线取样软管接到待测量的液压系统管路上时,要注意被测的油压必须小于自动颗粒计数器规定的最高压力,否则会损坏自动颗粒计数器,但不得小于自动颗粒计数器规定的最小压力,否则会无法完成测试。
(4)切不可将自动颗粒计数器的排油软管与任何的压力管道相连,否则,压力将进入排油管道,导致仪器工作失常,甚至损坏。自动颗粒计数器排出的废油,只能排放到废油收集瓶中,或到其它与大气相通的容器中。
(5)自动颗粒计数器进行测试之前,要打开冲洗阀对仪器冲洗至少1 min,或者是流过200 mL以上的油液,以排除自动颗粒计数器内的空气和上次测试残存的油液,消除交叉污染,确保测试结果的准确。
(6)为确保自动颗粒计数器提供的测试结果既准确又一致,必须对其进行定期校验。因为校验时使用的是测试用专用粒子,它必须借助现代的扫描电子显微镜和图象分析技术来进行标定,所以只有到自动颗粒计数器的生产厂家或其指定的单位,他们才有能力对自动颗粒计数器进行校验。
(7)取样瓶以及取样器具应清洁无污染,如果在油样中混入了太多的空气,测试结果将不精确,测试前必须对其进行抽真空以消除空气。
(8)自动颗粒计数器要求其测试的流体是半透明的和均质的,不能用来测试乳化液、两相液体、液体混合物、含水油液、含气油液等液体的清洁度。
6 结语
随着电子技术的快速发展,自动颗粒计数器在油液清洁度检测中得到日益广泛的应用,它具有计数速度快、准确度高、操作简便等优点。
参考文献:
[1]路甬祥.液压气动技术手册[M].北京:机械工业出版社,2002.
[2]夏志新.液压系统污染控制[M].北京:机械工业出版社,1992.
[3]胡邦喜.液压润滑系统的清洁度控制[M].北京:冶金工业出版社,2003.
[4] MP FILTRI产品样本.
作者简介:朱小明(19672),男,江西南康人,1988年毕业于甘肃工业大学流体传动与控制专业,工程师,从事液压系统及液压元件的应用工作。