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1、振动诊断技术振动诊断技术(2)(2)测振传感器是用来测量振动参量的传感器测振传感器是用来测量振动参量的传感器。根据所测振动参量和频响范围的不同，测振传感根据所测振动参量和频响范围的不同，测振传感器分为三大类器分为三大类 ：振动振动位移位移传感器传感器振动振动速度速度传感器传感器振动振动加速度加速度传感器传感器1 1 测振传感器测振传感器 振动传感器的选用原则 在在实实际际测测试试中中，选选用用振振动动传传感感器器应应本本着着可可用用和和优化优化的原则。的原则。可可用用就就是是要要使使所所选选的的传传感感器器满满足足最最基基本本的的测测试要求；试要求；优优化化就就是是在在满满足足基基本本测测试试
2、要要求求的的前前提提下下，尽尽量降低传感器的费用，即取得最佳的性能价格比。量降低传感器的费用，即取得最佳的性能价格比。具体要考虑以下问题具体要考虑以下问题1 1测量范围测量范围测量范围又称量程，必须保证不超过测量范围又称量程，必须保证不超过 传感器的测量量程传感器的测量量程。2.2.频响范围频响范围振动参量的最显著特性就是其频率构振动参量的最显著特性就是其频率构 成特性，即一个机械振动信号往往是成特性，即一个机械振动信号往往是 由许多频率不同的信号叠加而成。由许多频率不同的信号叠加而成。传感器的频响特性要好，也就是要求其传感器的频响特性要好，也就是要求其幅频特性幅频特性的水平范围尽可能宽的水平
3、范围尽可能宽 频率下限尽可能地低，频率上限尽可能地高。频率下限尽可能地低，频率上限尽可能地高。3.3.灵敏度灵敏度 一般而言，总是希望传感器的灵敏度尽量高，一般而言，总是希望传感器的灵敏度尽量高，以便检测微小信号。以便检测微小信号。要求传感器的信噪比要求传感器的信噪比(S/N)(S/N)要高，有效地抑制要高，有效地抑制 噪声信号噪声信号 4.精度精度 5.5.稳定性稳定性时间稳定性和环境稳定性时间稳定性和环境稳定性 此此外外，传传感感器器的的工工作作方方式式、外外形形尺尺寸寸、重量重量等也是需要考虑的因素。等也是需要考虑的因素。信号记录与处理设备信号记录与处理设备 光线示波器、电子示波器、笔式
4、记录仪、光线示波器、电子示波器、笔式记录仪、磁带机磁带机以及以及数据采集器数据采集器 磁带机磁带机和和数据采集器：数据采集器：广泛应用广泛应用 模拟式磁带机模拟式磁带机是模拟式记录仪器的典型代表是模拟式记录仪器的典型代表 数据采集器数据采集器则代表着数字式仪表的发展方向则代表着数字式仪表的发展方向 随着随着计算机技术计算机技术的飞速发展，基于的飞速发展，基于A/D转换转换原理的数据采集器功能日趋强大，性能价格原理的数据采集器功能日趋强大，性能价格比越来越高，且能集记录与分析于一体，从比越来越高，且能集记录与分析于一体，从而简化了分析测试过程。而简化了分析测试过程。数据采集器数据采集器采样采样过
5、程过程是先将模拟信号分为一系列间隔为是先将模拟信号分为一系列间隔为t t 的时间离散信号并加以采集的时间离散信号并加以采集量化量化过程过程然后将这些时间离散信号的幅值修约然后将这些时间离散信号的幅值修约 为某些规定的量级为某些规定的量级编码编码过程过程将这些时间和幅值均不连续的离散信将这些时间和幅值均不连续的离散信 号编码成一定长度的二进制序列号编码成一定长度的二进制序列 模拟信号模拟信号 数字信号数字信号 即即A/DA/D转换转换过程，也称过程，也称数据采集数据采集数据采集数据采集包括采样、量化采样、量化与编码编码三个过程 2.数据采集器的主要性能指标数据采集器的主要性能指标(1)通通道道数
6、数 也就是指采集器可同时记录的信号路数 一般为1、2、4、8、16不等(2)采样频率采样频率 指采集器采集数据的快慢，单位为Hz，其值越大越好。(3)分分辨辨力力 是指采集器感知信号幅值微小变化的能力(5)信噪比 是决定采集器动态范围的指标，单位为dB，要求越大越好。(6)输入输出阻抗 是采集器与其他仪器相联时需要考虑的指标，要求输入阻抗尽量大些而输出阻抗尽量小些。(7)存贮容量 振动诊断的基础工作振动诊断的基础工作 1确定诊断对象确定诊断对象 2选定测量参数选定测量参数 位移、速度和加速度位移、速度和加速度 3选择监测点选择监测点 测测量量点点选选择择的的正正确确与与否否，关关系系到到能能否
7、否对对设设备备故故障障作作出出正正确确的的诊诊断断能能对对设设备备振振动动状状态态作作出出全全面面的的描描述述；应应是是设设备备振振动动的的敏敏感感点点；应应是是离离机机械械设设备备核核心心部部位位最最近近的的关关键键点点；应应是是容容易易产产生生劣劣化现象的化现象的易损点易损点。4确定测量周期确定测量周期 2）随机点检）随机点检 1）定期检测）定期检测 3）长期监测）长期监测 5确定判断标准确定判断标准振动振动诊断技术诊断技术的应用的应用振动诊断技术应用领域广泛，振动诊断技术应用领域广泛，如应用于如应用于转轴、轴承、齿轮转轴、轴承、齿轮的故障诊断的故障诊断 齿轮装置故障类型及原因齿轮装置故障
8、类型及原因齿轮装置齿轮装置:齿轮齿轮、旋转机构旋转机构、润滑系统润滑系统、箱体箱体由于齿轮在由于齿轮在制造制造和和装配装配中出现差错中出现差错,就会造成故障。就会造成故障。在各种故障中在各种故障中,因因轮齿轮齿损伤而引起的故障最为普遍。损伤而引起的故障最为普遍。不能运行不能运行驱驱动动源源齿轮装置齿轮装置旋转机构旋转机构轴、联轴节、键、轴承等严重损伤、折断轴、联轴节、键、轴承等严重损伤、折断齿轮轮体齿轮轮体折断、严重变形、严重损伤折断、严重变形、严重损伤齿轮轮齿齿轮轮齿折断、烧伤、严重变形、咬入异物折断、烧伤、严重变形、咬入异物齿轮箱体齿轮箱体变形、有夹杂物变形、有夹杂物动力源动力源电源中断、
9、燃料中断、电动机或内燃机故障电源中断、燃料中断、电动机或内燃机故障其他其他组合磨损组合磨损轮齿断裂轮齿断裂齿面损伤齿面损伤轮体折断轮体折断轮体变形轮体变形轮体损伤轮体损伤松松动动不对中不对中不平衡不平衡油质劣化油质劣化严重漏油严重漏油油温升高油温升高密封不良密封不良精精度度差差刚度不足刚度不足尚能运行尚能运行能耗增大能耗增大磨损加剧磨损加剧严重漏油严重漏油温度升高温度升高噪声异常噪声异常振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大齿面疲劳齿面疲劳粘着撕伤粘着撕伤齿面磨损齿面磨损烧烧伤伤齿面塑性变形齿面塑性变形疲劳折断疲劳折断过载折断过载折断轮
10、齿断裂轮齿断裂轮齿塑性变形轮齿塑性变形腐蚀磨损腐蚀磨损气蚀严重磨损严重磨损断齿断齿电蚀电蚀图齿轮装置故障原因分析图齿轮装置故障原因分析齿轮加速时齿轮加速时 ,有时还会出现具有非线有时还会出现具有非线性振动特点的跳跃现象性振动特点的跳跃现象 齿轮磨损齿轮磨损 啮合啮合频率中产生频率中产生为啮合为啮合频率频率 2 2 倍、倍、3 3 倍、倍、等高次谐波等高次谐波 齿轮磨损齿轮磨损 啮合啮合频率的频率的 1/2 1/2、1/3 1/3 倍倍等等分数谐波分数谐波 齿轮磨损齿轮磨损 齿轮齿轮制造缺陷制造缺陷引起的振引起的振动动图图(d)(d)为高频域的振动波形为高频域的振动波形 齿轮齿轮不同轴不同轴引起
11、的振动引起的振动 齿轮齿轮局部异常局部异常引起的振动引起的振动 齿轮故障的振动诊断齿轮故障的振动诊断 1.检测参数与检测周期检测参数与检测周期据据美国齿轮制造协会美国齿轮制造协会(AGMA)推荐推荐：1）f10Hz以下时以下时,将将位移级位移级作为诊断的判定标准作为诊断的判定标准,2)1Hzf1kHz以上的振动以上的振动,则以则以加速度级加速度级为判定标准。为判定标准。对于与齿轮的旋转频率或对于与齿轮的旋转频率或啮啮合频率相关的合频率相关的低频振动低频振动 振动速度振动速度作为检测参数作为检测参数 对于与固有振动频率相关的对于与固有振动频率相关的高频振动高频振动 振动加速度振动加速度作为检测参
12、数。作为检测参数。为了提高诊断的有效性为了提高诊断的有效性 ,可考虑用两种方法同时进行检测。可考虑用两种方法同时进行检测。2.2.检测部位与检测方向检测部位与检测方向 普通减速器普通减速器 ,其检测部位选择在轴承座盖其检测部位选择在轴承座盖 高高速速增增速速器器 ,如如轴轴承承座座在在机机箱箱内内部部 ,则则选选择择轴轴承承座座附附近近刚刚性性较较好好的的部部位位 ,或或测测量量基基础础的的振振动动。通通 常常要要求求测测定定部部位位的的表表面面应应是是光光滑滑的的 ,而而且且为为了了获获得得准准确确的的测测定定值值 ,应应保保持持每每次的检测位置不变次的检测位置不变。由于齿轮发生不同异常情况
13、时发生最大振动的方向各不相同由于齿轮发生不同异常情况时发生最大振动的方向各不相同 ,所以应尽可能地沿所以应尽可能地沿水平、垂直、轴向水平、垂直、轴向三个方向进行测定。三个方向进行测定。高高频频振振动动,由由于于振振动动在在所所有有方方向向上上同同样样传传递递,所所以以 ,利利用用高高频频域域的的振振动动进进行行故故障障诊诊断断时时,只只需需在在最最容容易易测测定定的的一一个个方方向上检测。向上检测。3.3.诊断程序和检测类型诊断程序和检测类型 A-v4.时域诊断时域诊断 时标可以将某一齿轮轴的一整转定为脉冲周期 T,乘以一定的传动比后,化为指定的周期,输入信号即可依周期分段采样再迭加平均,再经
14、平滑化后输出。正常齿轮齿面严重磨损齿轮安装错位 个别齿断裂图齿轮在各种状态下的时域平均信号5.功率谱分析功率谱分析a)a)有一个齿存在局部缺陷有一个齿存在局部缺陷,以载频以载频、2 2、3 3，为中心的一系列边频为中心的一系列边频 b)均匀分布的轮齿缺陷时的时域曲线和功率谱均匀分布的轮齿缺陷时的时域曲线和功率谱c)如图如图（b）所示谱所示谱图上的边频带高而窄。图上的边频带高而窄。鬼鬼线线（GhostGhost）分分析析也也是是齿齿轮轮功功率率谱谱诊诊断断的的一一个个重重要要内内容容。所所谓谓鬼鬼线线 ,是是指指功功率率谱谱上上的的一一个个频频率率分分量量 ,其其产产生生的的原原因因为为加加工工
15、过过程程给给齿齿轮轮带带来来的的周周期期性性缺缺陷陷 ,缺缺陷陷来来源源于于分分度度蜗蜗 轮、蜗杆及齿轮的误差轮、蜗杆及齿轮的误差 。鬼线是由一定的几何误差产生的鬼线是由一定的几何误差产生的 ,载荷载荷改变对其影响很小改变对其影响很小。图 载荷对鬼线分量和啮合分量的影响(a)轻载 （b）满载无损诊断技术无损诊断技术渗透检测渗透检测磁粉检测磁粉检测涡流检测涡流检测射线检测射线检测声发射检测声发射检测 超声检测超声检测温度诊断技术温度诊断技术温度也是引发机械设备故障的一个重要因素。由此可以温度也是引发机械设备故障的一个重要因素。由此可以得出结论：温度与机械设备的运行状态密切相关，温度得出结论：温度
16、与机械设备的运行状态密切相关，温度监测也因此而在机械设备故障诊断的整个技术体系中占监测也因此而在机械设备故障诊断的整个技术体系中占有重要的地位有重要的地位。接触式温度检测接触式温度检测 非接触测温技术非接触测温技术在太阳光谱中，位于红光光谱之外的区域里存在着在太阳光谱中，位于红光光谱之外的区域里存在着一种看不见的、具有一种看不见的、具有强烈热效应的辐射波强烈热效应的辐射波，称为，称为红红外线外线。一般可见光的波长为。一般可见光的波长为0.40.40.70.7，红外线的，红外线的波长范围相当宽，达波长范围相当宽，达0.750.7510001000。通常它又分为四类：通常它又分为四类：近红外近红外
17、，波长，波长0.750.753 3，中红外中红外，波长，波长3 36 6，远红外远红外，波长，波长6 61515，超远红外超远红外，波长，波长151510001000。红外测温仪器红外测温仪器红外测温的仪器很多，就其主要工作原理可分为三红外测温的仪器很多，就其主要工作原理可分为三种：种：红外测温仪、红外热象仪和红外热电视。红外测温仪、红外热象仪和红外热电视。红红外外测测温温的的工工作作原原理理是是：被被测测物物体体发发出出的的红红外外线线，通通过过光光学学系系统统聚聚集集后后，入入射射到到红红外外探探测测器器上上。在在红红外外辐辐射射的的作作用用下下，探探测测器器产产生生一一个个正正比比于于辐
18、辐射射能能量量的的电电信信号号，由由放放大大器器放放大大和和A/DA/D转转换换后，在数字显示器上显示温度值。后，在数字显示器上显示温度值。红外探测器红外探测器是红外检测系统中最关键、最重要的部分，它把所是红外检测系统中最关键、最重要的部分，它把所接收的红外辐射变换成易于测量的电量。接收的红外辐射变换成易于测量的电量。图红外测温仪的组成2.2.红外热象仪红外热象仪红红外外热热象象仪仪是是利利用用红红外外成成象象技技术术，将将被被测测物物体体的的热热图图象显示到视频显示器屏幕上的装置。象显示到视频显示器屏幕上的装置。这这种种装装置置自自问问世世以以来来，随随着着计计算算机机的的出出现现，得得到到
19、迅迅猛猛的的发发展展。现现在在红红外外热热象象仪仪种种类类较较多多，其其中中应应用用较较多多的的是是光机扫描热象仪。光机扫描热象仪。图红外热成像示意图3.红外热电视红外热电视红外热电视又称为热释电摄象管成象装置。红外热电视又称为热释电摄象管成象装置。它它与光机扫描与光机扫描不同之处在于不同之处在于,前者是机械扫描前者是机械扫描,后者为后者为电子扫描电子扫描。和。和电电视机工作原理视机工作原理相似相似,它由它由成象镜头成象镜头,热释电摄象管热释电摄象管、摄象摄象机电路、显示器和温度标定电路机电路、显示器和温度标定电路组成。其中关键元件是摄组成。其中关键元件是摄象管。象管。图热释电摄象管结构示意图
20、1-热成象镜头 2-热释电效应靶 3-聚焦和扫描线圈 红外测温的特点红外测温的特点红外测温有以下几个特点：红外测温有以下几个特点：1.非接触式测量非接触式测量这这一一特特点点使使得得远远距距离离、高高速速运运动动或或带带电电的的目目标标其其温温度度测测量量变变得得方方便，而且不影响被测目标的温度分布。便，而且不影响被测目标的温度分布。2.反应速度快反应速度快辐射是次光速传播的，红外测温取决于测温仪表的响应时间，辐射是次光速传播的，红外测温取决于测温仪表的响应时间，一般比依靠热平衡原理测温的仪器响应时间短两个数量级以上，一般比依靠热平衡原理测温的仪器响应时间短两个数量级以上，可用于实时显示可用于
21、实时显示。3.灵敏度高灵敏度高只只要要目目标标有有微微小小的的温温度度差差就就能能分分辨辨出出来来，一一般般红红外外测测温温仪仪都都具具有有0.1的温度分辨率和毫米级的空间分辨率。的温度分辨率和毫米级的空间分辨率。4.测温范围广测温范围广根据不同要求，可以选择不同类型的仪器来实现负几十度到上千根据不同要求，可以选择不同类型的仪器来实现负几十度到上千度的温度测量。度的温度测量。红外诊断的应用红外诊断的应用红外监测技术最早是在军事应用中发展起来的红外监测技术最早是在军事应用中发展起来的 1.火车轴箱温度检测火车轴箱温度检测利利用用红红外外测测温温技技术术制制成成了了 “热热轴轴探探测测仪仪”，仪仪
22、器器安安放放在在车车站站外外两两侧侧，当当火火车车通通过过时时，探探测测器器逐逐个个测测出出各各个个车车轴轴箱箱的的温温度度，并并把把探探测测器器输输出出的的每每一一脉脉冲冲(轴轴箱箱温温度度的的函函数数)输输送送到到站站内内检检测测室室，根根据据脉脉冲冲高高低低就就可可判判断断轴轴箱箱发发热热情情况况及及热热轴轴位位置置，以以便便采采取取措措施施。目目前前，全全国国铁铁路路90%90%的的列列检检所所安安装装了了轴轴温温红红外外探探测仪，其准确率高达测仪，其准确率高达99%99%。2.航空发动机壳体红外无损缺陷主动探查航空发动机壳体红外无损缺陷主动探查3.化工塔罐的检测化工塔罐的检测4.检查
23、焊接质量检查焊接质量在在电电器器设设备备中中，特特别别是是在在高高压压输输变变线线路路中中，常常会会出出现现隔隔离离刀刀闸闸接接点点发发热热、高高压压断断路路器器引引线线接接点点发发热热、电电缆缆接接头头发发热热等等等等，这这些些都都是是故故障障点点。检检查查人人员员可可以以用用红红外外测测温温仪仪或或红红外外热热象象仪仪将将这这些些故故障障点点很很方方便便地地检检测测出来，以便及时采取措施，避免了事故的发生。出来，以便及时采取措施，避免了事故的发生。5.电器设备各种裸露接头的热故障的红外诊断电器设备各种裸露接头的热故障的红外诊断润滑油样分析技术润滑油样分析技术光谱分析技术光谱分析技术油样光谱
24、分析的简单原理油样光谱分析的简单原理油油样样光光谱谱分分析析，就就是是利利用用油油样样中中所所含含金金属属元元素素原原子子的的光光学学电电子子在在原原子子内内能能级级间间跃跃迁迁产产生生的的特特征征谱谱线线来来检检测测该该种种元元素素的的存存在在与与否否，而而特特征征谱谱线线的的强强度度则则与与该该种种金金属属元元素素的的含含量量多多少少有有关关，这这样样，通通过过光光谱谱分分析析，就就能能检检测测出出油油样样中中所所含含金金属属元元素素的的种种类类及及其其浓浓度度，以以此此推推断断产产生生这这些些元元素素的的磨磨损损发发生生部部位及其严重程度，并依此对相应零部件的工况作出判断。位及其严重程度
25、，并依此对相应零部件的工况作出判断。图图 原子发射光谱分析法原子发射光谱分析法1 1一激发电源一激发电源;2;2一回转石墨盘一回转石墨盘;3;3一油样一油样;4;4一入口缝隙一入口缝隙;5;5一光栅一光栅;6;6一特征光谱一特征光谱;7;7一焦一焦点曲线点曲线;8;8一出口缝隙一出口缝隙;9;9一光电探测器一光电探测器;10;10一信号积分器一信号积分器;11;11一数据处理系统一数据处理系统;12;12一打印机一打印机在在光光谱谱分分析析的的应应用用中中，根根据据光光谱谱分分析析仪仪激激发发表表征征辐辐射射光光谱谱方方法法的的不不同同，主主要要有有原原子子发发射射光光谱谱和和原原子子吸吸收收
26、光光谱谱两两种种方方法法，因因发发射射光光谱谱法法的的设设备备昂昂贵贵，故故目目前前应应用用不如吸收光谱法普遍。不如吸收光谱法普遍。发射光谱是以发射光谱是以15kV15kV高压产生的电高压产生的电火花直接激发油液中的金属元素，火花直接激发油液中的金属元素，使之发射出供进行光谱分析的表使之发射出供进行光谱分析的表征辐射，此辐射经过征辐射，此辐射经过光栅或棱镜光栅或棱镜分光系统分光系统进行分光后，便形成了进行分光后，便形成了所含元素各自的特征光谱，并按所含元素各自的特征光谱，并按波长顺序在聚焦处排列波长顺序在聚焦处排列，通过各，通过各自的自的光电探测器光电探测器在聚焦处对其特在聚焦处对其特征光谱能
27、量的接收和放大。征光谱能量的接收和放大。原原子子吸吸收收光光谱谱分分析析，又又称称原原子子吸吸收收分分光光光光度度分分析析法法,简简称称原原子子吸吸收收分分析析。其其基基本本根根据据是是：给给一一束束特特定定的的入入射射光光投投射射至至被被测测元元素素的的基基态态原原子子蒸蒸气气，部部分分入入射射光光将将被被蒸蒸气气吸吸收收。未未吸吸收收部部分分的的光光则则透透射射过过去去。若若被被测测元元素素原原子子蒸蒸气气浓浓度度愈愈大大，对对光光的的吸吸收收量量就就越越多多，其其透透射射部部分分也也就就愈愈小小。于于是是根根据据样样品品中中被被测测元元素素浓浓度度N N、入入射射光光强强及及透透射射光光
28、强强三三者者之之间间存存在在一一定定关关系系，并并把把它它与与被被测测元元素素已已知知浓浓度度的的标标准准溶溶液液对对光光的的吸吸收收作作比比较较，就就可可以以求求得得试试样样中中被被测测元元素素的的含含量量。利利用用原原子子吸吸收收的的光光谱谱波波长长可可确确定定油油液液中中各各种种金属元素。分析中几种常见金属的典型波长见表金属元素。分析中几种常见金属的典型波长见表4-44-4。原子吸收光谱分析法原子吸收光谱分析法铁谱分析技术铁谱分析技术铁谱分析技术铁谱分析技术(FerrographyFerrography)是是7070年代年代国际摩擦学领域出国际摩擦学领域出现的一项新技术，现的一项新技术，
29、19701970年年，美国麻省理工学院美国麻省理工学院(MIT)(MIT)的的W.W.SeifertW.W.Seifert教授和福克斯波洛教授和福克斯波洛(Foxboro)(Foxboro)公司的公司的V.C V.C WestcottWestcott首先提出了铁谱技术的原理，并研制成功了用首先提出了铁谱技术的原理，并研制成功了用于分离磨屑和进行观察分析的仪器于分离磨屑和进行观察分析的仪器铁谱仪铁谱仪。此后，。此后，铁谱技术迅速被许多国家的摩擦学工作者所接受，开始铁谱技术迅速被许多国家的摩擦学工作者所接受，开始主要用作实验室磨损机理研究的一种手段，接着发展成主要用作实验室磨损机理研究的一种手段，
30、接着发展成为直接用于机械设备工况监测诊断的工具。为直接用于机械设备工况监测诊断的工具。经经过过各各国国学学者者和和广广大大工工程程技技术术人人员员的的共共同同努努力力，铁铁谱谱技技术术的的理理论论日日臻臻完完善善，应应用用范范围围也也日日趋趋扩扩大大，铁铁谱谱技技术术已已从从最最初初的的在在发发动动机机上上的的应应用用扩扩展展到到液液压压系系统统、齿齿轮轮蜗蜗轮轮传传动动箱箱、轴轴承承等等部部件件，并并广广泛泛地地应应用用于于冶冶金金、矿矿山山、机机械械、汽汽车车、铁铁路路、船船舶舶、煤煤炭炭、化工、建筑化工、建筑等行业。等行业。在在机机械械故故障障诊诊断断的的油油样样分分析析方方法法中中居居
31、主主导导地地位。位。所所谓谓铁铁谱谱分分析析，就就是是利利用用铁铁谱谱仪仪(FerrographFerrograph)从从润润滑滑油油(脂脂)试试样样中中，分分离离和和检检测测出出磨磨屑屑和和碎碎屑屑，从从而而分分析析和和判判断断机机器器运运动动副副表表面面的的磨磨损损类类型型、磨磨损损程程度度和和磨磨损损部部位位的的技技术术。铁铁谱谱仪仪是是铁铁谱谱分分析析的的关关键键设设备备，根根据据其其工工作作方方式式的的不不同同，铁铁谱谱仪仪可可分分为为直直读读式式铁铁谱谱仪仪、分分析析式式铁铁谱谱仪仪和和旋旋转转式式铁铁谱谱仪仪。近年来，又研究成功了在线式铁谱仪。近年来，又研究成功了在线式铁谱仪。铁
32、谱分析的仪器与原理铁谱分析的仪器与原理1.直读式铁谱仪直读式铁谱仪直直读读式式铁铁谱谱仪仪能能方方便便、迅迅速速且且较较准准确确地地测测定定油油样样内内大大小小磨磨粒粒的的相相对对数数量量,因因而而能能对对机机械械设设备备工工况况进进行行检检测测,但但不不能能对对磨磨粒粒的的形态和成分形态和成分进行进一步的观察。进行进一步的观察。磨粒的沉淀速度取决于本身的尺寸、形状、密度和磁化率，以及润滑油的粘度、密度和磁化率等许多因素。当其他因素固定后，磨粒的沉降速度与其尺寸的平方成正比，图直读式铁谱仪示意图1-油样管 2-吸油毛细管 3-沉淀管 4-集油管 5-铁磁装置 6-灯泡 7、8-导光管 9、10
33、-光电检测器 11-数量装置 图沉淀管磨粒的沉淀情况1-第一束光2-第二束光磨粒沉积磨粒沉积越多越多，光电检测器能接光电检测器能接收到的光强度收到的光强度越越弱弱，经转换后，经转换后，在数字显示装置在数字显示装置上显示光密度读上显示光密度读数。数。2.分析式铁谱仪分析式铁谱仪分析式铁谱仪与直读式铁谱仪的不同是用分析式铁谱仪与直读式铁谱仪的不同是用玻璃玻璃基片基片代替代替玻璃沉淀管玻璃沉淀管,将经过稀释的油样放在将经过稀释的油样放在磁场中使磨粒沉淀在玻璃基片上制成谱片磁场中使磨粒沉淀在玻璃基片上制成谱片,然然后用后用双色光学显微镜双色光学显微镜或或扫描电子显微镜扫描电子显微镜对磨粒对磨粒进行观察
34、分析。进行观察分析。磨粒在玻璃基片上的沉淀原理与直读式铁谱仪磨粒在玻璃基片上的沉淀原理与直读式铁谱仪相似。磨粒沉淀后相似。磨粒沉淀后,用四氯乙烯溶液清洗残油用四氯乙烯溶液清洗残油,使磨粒固定在基片上形成了谱片。使磨粒固定在基片上形成了谱片。利用分析式铁谱仪及其利用分析式铁谱仪及其显微镜显微镜,可以确定可以确定磨磨粒的类型粒的类型和和成分成分,例如例如金属磨粒金属磨粒、氧化物氧化物和和各各种化合物种化合物,润滑油中添加剂所形成的聚合物和润滑油中添加剂所形成的聚合物和其他外部污染颗粒等。还可以对金属磨粒的形其他外部污染颗粒等。还可以对金属磨粒的形貌进行观察分析并对各类颗粒进行读数。貌进行观察分析并
35、对各类颗粒进行读数。3.旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪 分析式铁谱仪进入工业应用以后分析式铁谱仪进入工业应用以后,发现设计上存在下列不足发现设计上存在下列不足：1 1）铁谱片制备时间过长）铁谱片制备时间过长,因而在生产中的使用受到一定的限制因而在生产中的使用受到一定的限制2)2)每制备一个谱片需消耗一支输送管每制备一个谱片需消耗一支输送管,因而操作费用较高。因而操作费用较高。3)3)谱片入口区磨粒堆积重叠谱片入口区磨粒堆积重叠,影响对颗粒的观察与分析。影响对颗粒的观察与分析。4)4)对对颗颗粒粒浓浓度度较较高高的的油油样样,需需要要高高度度稀稀释释,从从而而造造成成对对某某些些判判断断磨磨损损状状态
36、态有有重重要要价价值值的的“临临界界颗颗粒粒 可可能能被遗漏被遗漏,造成判断误差。造成判断误差。5)5)含含有有大大量量残残炭炭的的柴柴油油机机油油样样,经经高高度度稀稀释释后后,谱谱片上仍留有大量片上仍留有大量污染物污染物。6)6)微微量量泵泵在在输输送送油油样样时时的的辗辗压压作作用用使使某某些些大大颗颗粒粒被被破碎或不能通过。破碎或不能通过。因因此此,英英国国在在19841984年年研研制制出出一一种种利利用用磁磁场场力力和和离离心心力力共共同同作作用用使使磨磨粒粒沉沉降降下下来来的的旋旋转转式式铁铁谱谱仪仪。旋旋转转式式铁铁谱仪与其他铁谱仪的主要区别在于谱片的制作方法上。谱仪与其他铁谱
37、仪的主要区别在于谱片的制作方法上。铁谱分析技术及其应用铁谱分析技术及其应用 铁谱分析技术包括油样的制取、铁谱仪操作、铁谱读数处理及磨粒识别等几个方面 铁铁谱谱分分析析技技术术分分定定性性和和定定量量两两个个方方面面。定定性性方方面面主主要要是是指指对对磨磨粒粒形形态态进进行行观观察察,从从磨磨粒粒形形态态特特征征、颜颜色色差差异异、尺尺寸寸大大小小并并结结合合扫扫描描电电子子显显微微镜镜,来来识识别别磨磨损损的的类类型型、部部位位、程程度度和和机机理理。定定量量方方面面主主要要是是根根据据测测量量磨磨粒粒覆覆盖盖面面积积,来来确确定定大大小小磨磨粒粒的相对含量的相对含量,从而对零件磨损程度进行
38、量的判断。从而对零件磨损程度进行量的判断。1.铁谱定量分析铁谱定量分析铁铁谱谱定定量量分分析析是是铁铁谱谱分分析析的的基基本本功功能能之之一一。无无论论是是哪哪种种铁铁谱谱仪仪,均均可可以以直直接接(或或借借助助于于读读数数器器)读读出出油油样样中中磨磨粒粒浓浓度度的的铁铁谱谱读读数数。在在生生产产实实际际中中,用用这这些些读读数数分分析析设设备备的的磨磨损损及及故故障障时时,还还要要作作一一些些数数字字上上的的处处理理。目目前前常常用用的的有有以以下下几几种方法：种方法：铁谱定量读数是用光密度值铁谱定量读数是用光密度值（）或磨粒覆盖面）或磨粒覆盖面积百分数积百分数（）来表示磨粒浓度的。）来表
39、示磨粒浓度的。1.用磨损烈度指数用磨损烈度指数Is描述设备描述设备磨损磨损状况状况 用用(DL+DS)或或(AL+AS)来表征设备的总磨损值来表征设备的总磨损值(DLDS)或或(ALAS)来表征设备磨损的烈度来表征设备磨损的烈度 对于直读式铁谱仪对于直读式铁谱仪对于分析式铁谱仪对于分析式铁谱仪 磨损烈度指数磨损烈度指数,用用 Is Is 表示。表示。IsIs数值的变化与设备的总磨损有关数值的变化与设备的总磨损有关,又与磨损烈度有关。它又与磨损烈度有关。它不但反映了设备不同时刻的磨损情况的变化，而且反映了机不但反映了设备不同时刻的磨损情况的变化，而且反映了机械设备的故障状态和故障程度，因此，是铁
40、谱技术中的一个械设备的故障状态和故障程度，因此，是铁谱技术中的一个重要参数。重要参数。用标准磨粒浓度用标准磨粒浓度SWPC和大磨粒和大磨粒百分数百分数PLP描述机器磨损情况描述机器磨损情况标准磨粒浓度标准磨粒浓度SWPC是指每毫升油样的磨粒浓度是指每毫升油样的磨粒浓度,即即:式中，式中，N为流过直读式铁谱仪的油样毫升数。为流过直读式铁谱仪的油样毫升数。SWPC反映了设备总磨损变化情况。反映了设备总磨损变化情况。大磨粒百分数大磨粒百分数(PLP)是指大磨粒在磨料是指大磨粒在磨料总数中的百分数总数中的百分数,即即:它反映了大磨粒在总磨粒浓度中所占有的比例它反映了大磨粒在总磨粒浓度中所占有的比例 铁
41、铁谱谱定定性性分分析析是是指指用用光光学学仪仪器器(如如铁铁谱谱显显微微镜镜、电电子子显显微微镜镜)对对铁铁谱谱基基片片上上的的磨磨粒粒进进行行观观测测，分分析析磨磨粒粒的的形形态态、种种类类、大大小小以以及及材材质质，从从而而判判断断机机器器磨磨损损部部位位、磨磨损损形形式式以以及及磨磨损损程程度度的的技技术术。铁铁谱谱定定性性分分析析的的主主要要工工作为磨粒的观测和磨粒的识别。作为磨粒的观测和磨粒的识别。2.铁谱定性分析铁谱定性分析3.铁谱分析技术的应用铁谱分析技术的应用铁铁谱谱技技术术虽虽然然是是一一门门较较年年轻轻的的技技术术，但但是是，自自从从它它问问世世以以来来，得得到到了了广广泛
42、泛的的应应用用。无无论论在在摩摩擦擦磨磨损损机机理理的的研研究究方方面面，还还是是在在机机械械设设备备的的状状态态监监测测与与故故障障诊诊断断中中，以以及及新新机机器器设设计计、润润滑滑油油性性能能评评价价等方面都发挥着重要的作用。等方面都发挥着重要的作用。铁谱技术在机械设备状态监测与故障诊断中的应用，铁谱技术在机械设备状态监测与故障诊断中的应用，主要分为四个方面主要分为四个方面:根据主要磨粒的类型、形态、尺寸等特征，判定零根据主要磨粒的类型、形态、尺寸等特征，判定零件所处的磨损阶段，进而判断设备的寿命状况件所处的磨损阶段，进而判断设备的寿命状况;根据所绘制的磨损曲线，判断设备的磨损情况；根据所绘制的磨损曲线，判断设备的磨损情况；依据磨粒尺寸的相对关系，判断设备发生剧烈磨损的依据磨粒尺寸的相对关系，判断设备发生剧烈磨损的程度；程度；按照磨粒的材料成分，确定磨粒来源，以判断设备按照磨粒的材料成分，确定磨粒来源，以判断设备磨损的具体部位。如铁谱技术在柴油机、齿轮、液压磨损的具体部位。如铁谱技术在柴油机、齿轮、液压系统和轴承故障诊断中应用。系统和轴承故障诊断中应用。