第4章 機械設備故障診斷實施技術

1、機械設備故障診斷實施技術機械設備故障診斷實施技術 概述：機械故障診斷技術包括對機械零件、機械設機械故障診斷技術包括對機械零件、機械設備機械系統(tǒng)備機械系統(tǒng) 功能診斷和運行診斷功能診斷和運行診斷定期診斷和連續(xù)診斷定期診斷和連續(xù)診斷直接診斷和間接診斷直接診斷和間接診斷 常規(guī)診斷和特殊診斷常規(guī)診斷和特殊診斷 簡易診斷和精密診斷簡易診斷和精密診斷1 振動診斷技術振動診斷技術2 無損診斷技術無損診斷技術3 溫度診斷技術溫度診斷技術4 潤滑油樣分析技術潤滑油樣分析技術 機械故障診斷技術的分類機械故障診斷技術的分類振動診斷技術振動診斷技術測振傳感器是用來測量振動參量的傳感器測振傳感器是用來測量振動參量的傳感器

2、。根據(jù)所測振動參量和頻響范圍的不同，測振傳感根據(jù)所測振動參量和頻響范圍的不同，測振傳感器分為三大類器分為三大類 ：振動振動位移位移傳感器傳感器振動振動速度速度傳感器傳感器振動振動加速度加速度傳感器傳感器1 1 測振傳感器測振傳感器 1 1 壓電加速度傳感器壓電加速度傳感器 某些電介質，當沿著一定的方向對其施力而使之變形某些電介質，當沿著一定的方向對其施力而使之變形時，其內部將發(fā)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上時，其內部將發(fā)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上產生符號相反的電荷；當外力去除后，電介質又重新產生符號相反的電荷；當外力去除后，電介質又重新恢復到不帶電的狀態(tài)?；謴偷讲粠щ姷臓顟B(tài)。介質的這種

3、介質的這種機械能機械能轉換為轉換為電能電能的現(xiàn)象即為的現(xiàn)象即為壓電效應壓電效應 圖圖5-2 5-2 壓電式加速度傳感器典型結構壓電式加速度傳感器典型結構 1一基座，一基座，2一壓電元件，一壓電元件，3一質量塊，一質量塊，4一預緊彈簧一預緊彈簧2 2 電渦流振動位移傳感器電渦流振動位移傳感器 電渦流傳感器是一種新近研制成功的傳感器，電渦流傳感器是一種新近研制成功的傳感器，它利用導體在交變磁場作用下的電渦流效應，它利用導體在交變磁場作用下的電渦流效應，將將形變形變、位移位移與與壓力壓力等物理參量的改變轉化等物理參量的改變轉化為為阻抗、電感阻抗、電感等電磁參量的變化。等電磁參量的變化。由于電渦流傳感

4、器具有靈敏度高、頻響范圍寬、測量由于電渦流傳感器具有靈敏度高、頻響范圍寬、測量范圍大、抗干擾能力強、不受介質影響、結構簡單以范圍大、抗干擾能力強、不受介質影響、結構簡單以及非接觸測量等優(yōu)點，而被廣泛地應用于各工業(yè)領域，及非接觸測量等優(yōu)點，而被廣泛地應用于各工業(yè)領域，在汽輪發(fā)電機組、壓縮機、離心機等大型旋轉機械的在汽輪發(fā)電機組、壓縮機、離心機等大型旋轉機械的軸振動、軸端竄動以及軸心軌跡監(jiān)測中都有應用。軸振動、軸端竄動以及軸心軌跡監(jiān)測中都有應用。此外此外，電渦流傳感器還可用于，電渦流傳感器還可用于測厚測厚、測、測表面粗表面粗糙度糙度、無損探傷無損探傷、測、測流體壓力流體壓力、轉速轉速等一切可等一切

5、可轉化為位移的物理參量，以及轉化為位移的物理參量，以及硬度、溫度硬度、溫度等。等。5-3 電渦流傳感器的工作原理圖5-4 CZF1型電渦流傳感器結構圖 2 2電渦流傳感器的結構電渦流傳感器的結構高頻反射式電渦流傳感器目前被廣泛應用，一般由高頻反射式電渦流傳感器目前被廣泛應用，一般由傳感器頭部傳感器頭部、殼體殼體、固定電纜固定電纜和和接頭接頭四部分組成四部分組成 在機械故障的振動診斷方法中，在機械故障的振動診斷方法中，振動速振動速度度也是一個經(jīng)常需要觀測的物理參量，因也是一個經(jīng)常需要觀測的物理參量，因為為振動速度振動速度與與振動能量振動能量直接對應，而振動直接對應，而振動能量常常是造成振動體破壞

6、的根本原因能量常常是造成振動體破壞的根本原因 3 3 磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器4 振動傳感器的選用原則 在實際測試中，選用振動傳感器應本著在實際測試中，選用振動傳感器應本著可用可用和和優(yōu)化優(yōu)化的原則。的原則?？捎每捎镁褪且顾x的傳感器滿足最基本的測就是要使所選的傳感器滿足最基本的測試要求；試要求；優(yōu)化優(yōu)化就是在滿足基本測試要求的前提下，盡就是在滿足基本測試要求的前提下，盡量降低傳感器的費用，即取得最佳的性能價格比。量降低傳感器的費用，即取得最佳的性能價格比。具體要考慮以下問題具體要考慮以下問題1 1測量范圍測量范圍測量范圍又稱量程，必須保證不超過測量范圍又稱量程，必須保證不超過 傳感

7、器的測量量程傳感器的測量量程。 2. 2. 頻響范圍頻響范圍振動參量的最顯著特性就是其頻率構振動參量的最顯著特性就是其頻率構 成特性，即一個機械振動信號往往是成特性，即一個機械振動信號往往是 由許多頻率不同的信號疊加而成。由許多頻率不同的信號疊加而成。 傳感器的頻響特性要好，也就是要求其傳感器的頻響特性要好，也就是要求其幅頻特性幅頻特性的水平范圍盡可能寬的水平范圍盡可能寬 頻率下限盡可能地低，頻率上限盡可能地高。頻率下限盡可能地低，頻率上限盡可能地高。 3. 3. 靈敏度靈敏度 一般而言，總是希望傳感器的靈敏度盡量高，一般而言，總是希望傳感器的靈敏度盡量高， 以便檢測微小信號。以便檢測微小信號

8、。 要求傳感器的信噪比要求傳感器的信噪比(S/N)(S/N)要高，有效地抑制要高，有效地抑制 噪聲信號噪聲信號 4. 精度精度 5. 5. 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 時間穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性時間穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性 此外，傳感器的此外，傳感器的工作方式工作方式、外形尺寸外形尺寸、重量重量等也是需要考慮的因素。等也是需要考慮的因素。4.1.2 信號記錄與處理設備信號記錄與處理設備 光線示波器、電子示波器、筆式記錄儀、光線示波器、電子示波器、筆式記錄儀、磁帶機磁帶機以及以及數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)采集器 磁帶機磁帶機和和數(shù)據(jù)采集器：數(shù)據(jù)采集器：廣泛應用廣泛應用 模擬式磁帶機模擬式磁帶機是模擬式記錄儀器的典型代表是模擬式記錄

9、儀器的典型代表 數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)采集器則代表著數(shù)字式儀表的發(fā)展方向則代表著數(shù)字式儀表的發(fā)展方向 隨著隨著計算機技術計算機技術的飛速發(fā)展，基于的飛速發(fā)展，基于A/D轉換轉換原理的數(shù)據(jù)采集器功能日趨強大，性能價格原理的數(shù)據(jù)采集器功能日趨強大，性能價格比越來越高，且能集記錄與分析于一體，從比越來越高，且能集記錄與分析于一體，從而簡化了分析測試過程。而簡化了分析測試過程。 數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)采集器采樣采樣過程過程是先將模擬信號分為一系列間隔為是先將模擬信號分為一系列間隔為t t 的時間離散信號并加以采集的時間離散信號并加以采集量化量化過程過程然后將這些時間離散信號的幅值修約然后將這些時間離散信號的幅值修約

10、為某些規(guī)定的量級為某些規(guī)定的量級編碼編碼過程過程將這些時間和幅值均不連續(xù)的離散信將這些時間和幅值均不連續(xù)的離散信 號編碼成一定長度的二進制序列號編碼成一定長度的二進制序列 模擬信號模擬信號 數(shù)字信號數(shù)字信號 即即A/DA/D轉換轉換過程，也稱過程，也稱數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集包括采樣、量化采樣、量化與編碼編碼三個過程 數(shù)據(jù)采集的基本原理數(shù)據(jù)采集的基本原理圖5-6 采樣示意圖序號項目 t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12采樣值采樣值1.752.34-0.65-1.661.681.051.402.552.05-0.5-1.95-1.73量化值量化值1.802.20-0.6

11、-1.81.801.01.402.602.20-0.6-1.80-1.80量化誤量化誤差差0.05-0.140.05-0.140.12-0.0500.050.150.10.15-0.07編碼值編碼值1213631210111413633二進制二進制1100110101100101110010101011111011010110010101012 .數(shù)據(jù)采集器的主要性能指標數(shù)據(jù)采集器的主要性能指標(1)通通 道道 數(shù)數(shù) 也就是指采集器可同時記錄的信號路數(shù) 一般為1、2、4、8、16不等 (2)采樣頻率采樣頻率 指采集器采集數(shù)據(jù)的快慢，單位為Hz， 其值越大越好。 (3)分分 辨辨 力力 是指采集

12、器感知信號幅值微小變化的能力 (5)信噪比 是決定采集器動態(tài)范圍的指標，單位 為dB，要求越大越好。(6)輸入輸出阻抗 是采集器與其他儀器相聯(lián)時需要考慮 的指標，要求輸入阻抗盡量大些而輸 出阻抗盡量小些。(7)存貯容量 4.1.2.3 信號分析與處理設備信號分析與處理設備 理論上的各種數(shù)學運算必須借助一定的硬件設備理論上的各種數(shù)學運算必須借助一定的硬件設備才能真正得以實現(xiàn)，這就是信號的分析與處理設備。才能真正得以實現(xiàn)，這就是信號的分析與處理設備。信號分析與處理設備分為兩大類 通用型和專用型 所謂通用型信號分析與處理設備，是指由通用計算機硬件和基于其上的信號分析與處理軟件組成的系統(tǒng)；所謂專用型信

13、號分析與處理設備，則是指除通用型之外的其他各種信號分析與處理設備。 信號處理的輸出結果來看，信號處理的輸出結果來看，數(shù)據(jù)形式數(shù)據(jù)形式的輸出外，的輸出外，圖形圖形( (二維二維/ /三維、單色三維、單色/ /彩色彩色) )輸出功能，輸出功能，從其體積或重量方面來看從其體積或重量方面來看有的信號分析與處理設備因體積小、重有的信號分析與處理設備因體積小、重 量輕、供電方式靈活等而便于攜帶至現(xiàn)量輕、供電方式靈活等而便于攜帶至現(xiàn) 場使用場使用4.1.3 振動診斷的基礎工作振動診斷的基礎工作 1確定診斷對象確定診斷對象 2選定測量參數(shù)選定測量參數(shù) 位移、速度和加速度位移、速度和加速度 3選擇監(jiān)測點選擇監(jiān)測

14、點 測量點選擇的測量點選擇的正確與否，關系到能否對設備故正確與否，關系到能否對設備故障作出正確的診斷能對設備振動狀態(tài)作出全面障作出正確的診斷能對設備振動狀態(tài)作出全面的描述；應是設備振動的的描述；應是設備振動的敏感點敏感點；應是離機械；應是離機械設備核心部位最近的設備核心部位最近的關鍵點關鍵點；應是容易產生劣；應是容易產生劣化現(xiàn)象的化現(xiàn)象的易損點易損點。4確定測量周期確定測量周期 2）隨機點檢）隨機點檢 1）定期檢測）定期檢測 3）長期監(jiān)測）長期監(jiān)測 5確定判斷標準確定判斷標準4.1.4 振動振動診斷技術診斷技術的應用的應用 振動診斷技術應用領域廣泛，振動診斷技術應用領域廣泛，如應用于如應用于轉

15、軸、軸承、齒輪轉軸、軸承、齒輪的故障診斷的故障診斷 4.1.4.1 齒輪裝置故障類型及原因齒輪裝置故障類型及原因 齒輪裝置齒輪裝置:齒輪齒輪、旋轉機構旋轉機構、潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)、箱體箱體 由于齒輪在由于齒輪在制造制造和和裝配裝配中出現(xiàn)差錯中出現(xiàn)差錯, , 就會造成故障。就會造成故障。在各種故障中在各種故障中, , 因因輪齒輪齒損傷而引起的故障最為普遍。損傷而引起的故障最為普遍。 不能運行不能運行驅驅 動動 源源齒輪裝置齒輪裝置旋轉機構旋轉機構軸、聯(lián)軸節(jié)、鍵、軸承等嚴重損傷、折斷軸、聯(lián)軸節(jié)、鍵、軸承等嚴重損傷、折斷齒輪輪體齒輪輪體折斷、嚴重變形、嚴重損傷折斷、嚴重變形、嚴重損傷齒輪輪齒齒輪輪齒折

16、斷、燒傷、嚴重變形、咬入異物折斷、燒傷、嚴重變形、咬入異物齒輪箱體齒輪箱體變形、有夾雜物變形、有夾雜物動力源動力源電源中斷、燃料中斷、電動機或內燃機故障電源中斷、燃料中斷、電動機或內燃機故障其他其他組合磨損組合磨損輪齒斷裂輪齒斷裂齒面損傷齒面損傷輪體折斷輪體折斷輪體變形輪體變形輪體損傷輪體損傷松松 動動不對中不對中不平衡不平衡油質劣化油質劣化嚴重漏油嚴重漏油油溫升高油溫升高密封不良密封不良精精 度度 差差剛度不足剛度不足尚能運行尚能運行能耗增大能耗增大磨損加劇磨損加劇嚴重漏油嚴重漏油溫度升高溫度升高噪聲異常噪聲異常振動增大振動增大振動增大振動增大振動增大振動增大振動增大振動增大振動增大振動增大

17、振動增大振動增大齒面疲勞齒面疲勞粘著撕傷粘著撕傷齒面磨損齒面磨損燒燒 傷傷齒面塑性變形齒面塑性變形疲勞折斷疲勞折斷過載折斷過載折斷輪齒斷裂輪齒斷裂輪齒塑性變形輪齒塑性變形腐蝕磨損腐蝕磨損氣蝕嚴重磨損嚴重磨損斷齒斷齒電蝕電蝕圖圖4-74-7齒輪裝置故障原因分析齒輪裝置故障原因分析齒輪加速時齒輪加速時 , , 有時還有時還 會出現(xiàn)具有非線會出現(xiàn)具有非線性振動特點的跳性振動特點的跳 躍現(xiàn)象躍現(xiàn)象 齒輪磨損齒輪磨損 嚙合嚙合頻率中產生頻率中產生為嚙合為嚙合頻率頻率 2 2 倍、倍、 3 3 倍、倍、等高次諧波等高次諧波 齒輪磨損齒輪磨損 嚙合嚙合頻率的頻率的 1/2 1/2 、 1/3 1/3 倍倍等

18、等分數(shù)諧波分數(shù)諧波 齒輪磨損齒輪磨損 齒輪齒輪制造缺陷制造缺陷引起的振引起的振動動圖圖4-8(d)4-8(d)為高頻域的振動波形為高頻域的振動波形 齒輪齒輪不同軸不同軸引起的振動引起的振動 齒輪齒輪局部異常局部異常引起的振動引起的振動 4.1.4.3 齒輪故障的振動診斷齒輪故障的振動診斷 1. 檢測參數(shù)與檢測周期檢測參數(shù)與檢測周期據(jù)據(jù)美國齒輪制造協(xié)會美國齒輪制造協(xié)會(AGMA)推薦推薦：1） f 10Hz 以下時以下時, 將將位移級位移級作為診斷的判定標準作為診斷的判定標準,2) 1Hzf 1kHz 以上的振動以上的振動, 則以則以加速度級加速度級為判定標準。為判定標準。 對于與齒輪的旋轉頻率

19、或嚙合頻率相關的對于與齒輪的旋轉頻率或嚙合頻率相關的低頻振動低頻振動 振動速度振動速度作為檢測參數(shù)作為檢測參數(shù) 對于與固有振動頻率相關的對于與固有振動頻率相關的高頻振動高頻振動 振動加速度振動加速度作為檢測參數(shù)。作為檢測參數(shù)。為了提高診斷的有效性為了提高診斷的有效性 , , 可考慮用兩種方法同時進行檢測?？煽紤]用兩種方法同時進行檢測。2. 2. 檢測部位與檢測方向檢測部位與檢測方向 普通減速器普通減速器 , , 其檢測部位選擇在軸承座蓋其檢測部位選擇在軸承座蓋 高速高速增速器增速器 , , 如軸承座在機箱內部如軸承座在機箱內部 , , 則選擇軸承座附近剛則選擇軸承座附近剛性較好的部位性較好的部

20、位 , , 或測量基礎的振動。通或測量基礎的振動。通 常要求測定部位的常要求測定部位的表面應是光滑的表面應是光滑的 , , 而且為了獲得準確的測定值而且為了獲得準確的測定值 , , 應保持每應保持每次的檢測位置不變次的檢測位置不變。由于齒輪發(fā)生不同異常情況時發(fā)生最大振動的方向各不相同由于齒輪發(fā)生不同異常情況時發(fā)生最大振動的方向各不相同 , , 所以應盡可能地沿所以應盡可能地沿水平、垂直、軸向水平、垂直、軸向三個方向進行測定。三個方向進行測定。 高頻振動高頻振動, , 由于振動在所有方向上同樣傳遞由于振動在所有方向上同樣傳遞, , 所以所以 , , 利用利用高頻域的振動進行故障診斷時高頻域的振動

21、進行故障診斷時, , 只需在最容易測定的一個方只需在最容易測定的一個方向上檢測。向上檢測。3. 3. 診斷程序和檢測類型診斷程序和檢測類型 加速度傳感器 電荷放大器 積分器 頻率分析 帶通濾波器 平均響應 電荷放大器 普通濾波器 絕對值處理 頻率分析 平均響應 診斷對象齒輪 低頻域 高頻域 A-v4. 時域診斷時域診斷 時標可以將某一齒輪軸的一整轉定為脈沖周期 T, 乘以一定的傳動比后 , 化為指定的周期 , 輸入信號即可依周期分段采樣再迭加平均, 再經(jīng)平滑化后輸出。 TT正常齒輪齒面嚴重磨損齒輪安裝錯位 個別齒斷裂圖4-12 齒輪在各種狀態(tài)下的時域平均信號 5. 功率譜分析功率譜分析a)a)

22、 有一個齒存在局部缺陷有一個齒存在局部缺陷, ,以載頻以載頻、2 2、3 3， 為中心的一系列邊頻為中心的一系列邊頻 b) 均勻分布的輪齒缺陷時的時域曲線和功率譜均勻分布的輪齒缺陷時的時域曲線和功率譜 如圖（如圖（b）所示譜）所示譜 圖上的邊頻帶高而窄。圖上的邊頻帶高而窄。鬼線（鬼線（GhostGhost）分析分析也是齒輪功率譜診斷的一也是齒輪功率譜診斷的一個重要內容。所謂個重要內容。所謂鬼線鬼線 , , 是指功率譜上的一是指功率譜上的一個頻率分量個頻率分量 , , 其產生的原因為加工過程給齒其產生的原因為加工過程給齒輪帶來的周期性缺陷輪帶來的周期性缺陷 , , 缺陷來源于分度蝸缺陷來源于分度

23、蝸 輪、蝸桿及齒輪的誤差輪、蝸桿及齒輪的誤差 。 鬼線是由一定的幾何誤差產生的鬼線是由一定的幾何誤差產生的 , , 載荷載荷改變對其影響很小改變對其影響很小。 圖4-15 載荷對鬼線分量和嚙合分量的影響(a)輕載 （b）滿載4.2 無損診斷技術無損診斷技術 4.2.1 4.2.1 滲透檢測滲透檢測4.2.2 4.2.2 磁粉檢測磁粉檢測4.2.3 4.2.3 渦流檢測渦流檢測4.2.4 4.2.4 射線檢測射線檢測4.2.5 4.2.5 聲發(fā)射檢測聲發(fā)射檢測 4.2.6 4.2.6 超聲檢測超聲檢測滲透檢測是用黃綠色的熒光滲透液或者紅滲透檢測是用黃綠色的熒光滲透液或者紅色的著色滲透液來顯示放大

24、了的缺陷圖像色的著色滲透液來顯示放大了的缺陷圖像的痕跡的痕跡, 從而能夠用肉眼檢查出試件表面從而能夠用肉眼檢查出試件表面的開口缺陷的一種檢測方法。的開口缺陷的一種檢測方法。 4.2.1.1滲透檢測的簡單原理滲透檢測的簡單原理由由 滲透、清洗、顯象、觀察組成滲透、清洗、顯象、觀察組成 根據(jù)滲透液的不同色調，滲透檢測大致可分為：根據(jù)滲透液的不同色調，滲透檢測大致可分為：熒光滲透檢測法熒光滲透檢測法和和著色滲透檢測法著色滲透檢測法兩種兩種 熒光滲透檢測法熒光滲透檢測法是采用含是采用含熒光材料的滲透液熒光材料的滲透液進行進行檢測，它用波長為檢測，它用波長為 360nm 的紫外線進行照射，使的紫外線進行

25、照射，使缺陷顯示痕跡發(fā)出黃綠色的光線，熒光滲透檢測缺陷顯示痕跡發(fā)出黃綠色的光線，熒光滲透檢測的觀察必須在暗室中采用紫外線燈進行。的觀察必須在暗室中采用紫外線燈進行。 著色滲透檢測法著色滲透檢測法是采用含是采用含紅色染料的滲透液紅色染料的滲透液進行進行檢測的，它在自然光或在白光下可以觀察出紅色檢測的，它在自然光或在白光下可以觀察出紅色的缺陷痕跡。與熒光滲透法相比，著色滲透檢測的缺陷痕跡。與熒光滲透法相比，著色滲透檢測法受場所、電源和檢測裝置等條件的限制較少。法受場所、電源和檢測裝置等條件的限制較少。特點：特點：檢測效率高、適用范圍廣、設備簡單、檢測效率高、適用范圍廣、設備簡單、檢測結果受表面粗糙

26、度影響、對多孔性材料檢測檢測結果受表面粗糙度影響、對多孔性材料檢測仍很困難。仍很困難。 4.2.2.1 4.2.2.1磁粉檢測的簡單原理磁粉檢測的簡單原理 4.2.2 4.2.2 磁粉檢測磁粉檢測圖 4-19 缺陷漏磁磁粉檢測由磁粉檢測由預處理、磁化、施加磁粉、觀察、記預處理、磁化、施加磁粉、觀察、記錄以及后處理錄以及后處理 4.2.5 4.2.5 聲發(fā)射檢測聲發(fā)射檢測聲發(fā)射檢測技術聲發(fā)射檢測技術是上世紀是上世紀 50 50 年代年代初興起的一種初興起的一種新的無損檢測方法。自從新的無損檢測方法。自從 19501950 年德國科學家年德國科學家 Kaiser Kaiser 發(fā)現(xiàn)了材料的聲發(fā)射現(xiàn)

27、象以來，人們對聲發(fā)現(xiàn)了材料的聲發(fā)射現(xiàn)象以來，人們對聲發(fā)射技術的研究熱潮先后傳遍美國、日本和歐洲發(fā)射技術的研究熱潮先后傳遍美國、日本和歐洲一些國家。我國對聲發(fā)射的研究起步于一些國家。我國對聲發(fā)射的研究起步于19731973年年, , 并首先就著眼于應用研究。幾十年來并首先就著眼于應用研究。幾十年來, , 聲發(fā)射技聲發(fā)射技術已經(jīng)在術已經(jīng)在壓力容器的安全性檢測與評價壓力容器的安全性檢測與評價、焊接過焊接過程的監(jiān)控和焊縫焊后的完整性程的監(jiān)控和焊縫焊后的完整性 檢測檢測、核反應堆的核反應堆的安全性監(jiān)測以及斷裂力學研究安全性監(jiān)測以及斷裂力學研究等諸多領域都取得等諸多領域都取得了重要進展了重要進展 。4.2

28、.5.1 4.2.5.1 聲發(fā)射與檢聲發(fā)射與檢測測金屬材料由于內部晶格的位錯，晶界滑移，或者由于內金屬材料由于內部晶格的位錯，晶界滑移，或者由于內部裂紋的發(fā)生和發(fā)展，均要以部裂紋的發(fā)生和發(fā)展，均要以彈性波彈性波的形式釋放出應變的形式釋放出應變能，這種現(xiàn)象稱為能，這種現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。聲發(fā)射。 各種材料聲發(fā)射的頻率很寬，從各種材料聲發(fā)射的頻率很寬，從次聲頻、聲頻到超次聲頻、聲頻到超聲頻聲頻。所以，聲發(fā)射也稱作。所以，聲發(fā)射也稱作應力波發(fā)射應力波發(fā)射。聲發(fā)射是一種。聲發(fā)射是一種常見的物理現(xiàn)象，如果釋放的應變能足夠大，就產生聽常見的物理現(xiàn)象，如果釋放的應變能足夠大，就產生聽得見的聲音，如得見的聲音，如

29、錫片受力彎曲時就可聽見劈啪聲錫片受力彎曲時就可聽見劈啪聲，這就，這就是錫受力產生孿生變形的聲發(fā)射。是錫受力產生孿生變形的聲發(fā)射。 但多數(shù)金屬材料受力發(fā)生塑性變形或斷裂時的聲但多數(shù)金屬材料受力發(fā)生塑性變形或斷裂時的聲發(fā)發(fā)射信號很微弱射信號很微弱，人耳難以查覺人耳難以查覺，需要借助電子儀器放大需要借助電子儀器放大處理后才能被檢測出來。處理后才能被檢測出來。 4.2.5.2 4.2.5.2 聲發(fā)射檢測儀器聲發(fā)射檢測儀器聲發(fā)射儀器的作用主要有三聲發(fā)射儀器的作用主要有三個個: 即即接收聲發(fā)射信號、處接收聲發(fā)射信號、處理信號、顯示聲發(fā)射數(shù)據(jù)理信號、顯示聲發(fā)射數(shù)據(jù)等儀器等儀器。按接收聲發(fā)射信號的。按接收聲發(fā)

30、射信號的通道數(shù)目通道數(shù)目, 聲發(fā)射儀器分為三類聲發(fā)射儀器分為三類: 即即單通道聲發(fā)射儀、雙單通道聲發(fā)射儀、雙通道聲發(fā)射儀、多通道聲發(fā)射儀通道聲發(fā)射儀、多通道聲發(fā)射儀。傳感器前置放大器濾波器主放大器信號形成計數(shù)器儀時基4.2.5.3 4.2.5.3 聲發(fā)射檢測的應用聲發(fā)射檢測的應用在工業(yè)生產中，聲發(fā)射檢測主要應用在以下幾方面：在工業(yè)生產中，聲發(fā)射檢測主要應用在以下幾方面：(1)(1)金屬塑性變形的聲發(fā)射分析金屬塑性變形的聲發(fā)射分析 (2)(2)評價表面滲層的脆性評價表面滲層的脆性(3)(3)斷裂韌性的聲發(fā)射分析斷裂韌性的聲發(fā)射分析 (4)(4)檢測疲勞裂紋擴展檢測疲勞裂紋擴展 此外，控制焊接質量

31、、評價壓力容器安全性、此外，控制焊接質量、評價壓力容器安全性、泄漏監(jiān)測、運轉機械的狀況監(jiān)測，以及內部放電監(jiān)泄漏監(jiān)測、運轉機械的狀況監(jiān)測，以及內部放電監(jiān)測等都是聲發(fā)射檢驗的典型應用場合。測等都是聲發(fā)射檢驗的典型應用場合。4.2.6 4.2.6 超聲波故障診斷技術超聲波故障診斷技術在聲學中，人耳可聽到的聲波范圍大致在在聲學中，人耳可聽到的聲波范圍大致在 20Hz20Hz到到 20kHz 20kHz ，低于，低于 20Hz20Hz的稱為的稱為次聲波次聲波，高于，高于 20kHz 20kHz 的就的就叫做叫做超聲波超聲波。用于探傷的超聲波頻率主要為。用于探傷的超聲波頻率主要為 1 15MHz5MHz。

32、 電極伸縮晶片電壓超聲波探傷所用的高頻超聲波超聲波探傷所用的高頻超聲波是在壓電材料，如是在壓電材料，如石英、鈦酸石英、鈦酸鋇等晶片鋇等晶片上施加上施加高頻電壓高頻電壓后產后產生的。在晶片的上、下兩面都生的。在晶片的上、下兩面都鍍上很薄的鍍上很薄的銀層銀層作為作為電極電極，在，在電極上加上電極上加上高頻電壓高頻電壓后，晶片后，晶片就在厚度方向上產生就在厚度方向上產生伸縮伸縮。這。這樣就把樣就把電的振蕩電的振蕩轉換為轉換為機械振機械振動動，并在介質中進行傳播。，并在介質中進行傳播。圖4-22 超聲波波型a)縱波 b)橫波 c)表面波 d)非對稱型板波 e)對稱板波a)b)表 面介 質空 氣平 均平

33、 均c)d)e)縱波縱波橫波橫波空氣介質表面平均平均非對稱板波非對稱板波對稱板波對稱板波表面波表面波4.2.6.5 4.2.6.5 超聲波探頭超聲波探頭在超聲波探傷中是實現(xiàn)電能和聲能相互轉換的關鍵元件在超聲波探傷中是實現(xiàn)電能和聲能相互轉換的關鍵元件 入射點折射角直探頭斜探頭脈沖反射法是用一定持續(xù)時間按一定頻率發(fā)射的超脈沖反射法是用一定持續(xù)時間按一定頻率發(fā)射的超聲脈沖進行缺陷診斷的方法，其結果用示波管顯示。聲脈沖進行缺陷診斷的方法，其結果用示波管顯示。4.2.6.6 4.2.6.6 超聲波探傷方法超聲波探傷方法1 1、脈沖反射法、脈沖反射法振蕩器探頭接收器示波管探傷面被檢物缺陷探頭被檢物缺陷4.

34、2.6.7 超聲波探傷的應用超聲波探傷的應用 4.3 溫度診斷技術溫度診斷技術溫度也是引發(fā)機械設備故障的一個重要因素。由此可以溫度也是引發(fā)機械設備故障的一個重要因素。由此可以得出結論：溫度與機械設備的運行狀態(tài)密切相關，溫度得出結論：溫度與機械設備的運行狀態(tài)密切相關，溫度監(jiān)測也因此而在機械設備故障診斷的整個技術體系中占監(jiān)測也因此而在機械設備故障診斷的整個技術體系中占有重要的地位有重要的地位 。4.3.1 接觸式溫度檢測接觸式溫度檢測 4.3.2 非接觸測溫技術非接觸測溫技術在太陽光譜中，位于紅光光譜之外的區(qū)域里存在著在太陽光譜中，位于紅光光譜之外的區(qū)域里存在著一種看不見的、具有一種看不見的、具有

35、強烈熱效應的輻射波強烈熱效應的輻射波，稱為，稱為紅紅外線外線。一般可見光的波長為。一般可見光的波長為0.40.40.70.7，紅外線的，紅外線的波長范圍相當寬，達波長范圍相當寬，達0.750.7510001000。mm通常它又分為四類：通常它又分為四類：近紅外近紅外，波長，波長0.750.753 3，中紅外中紅外，波長，波長3 36 6，遠紅外遠紅外，波長，波長6 61515，超遠紅外超遠紅外，波長，波長151510001000。 mmmm4.3.2.2紅外測溫儀器紅外測溫儀器紅外測溫的儀器很多，就其主要工作原理可分為三紅外測溫的儀器很多，就其主要工作原理可分為三種：種：紅外測溫儀、紅外熱象儀

36、和紅外熱電視。紅外測溫儀、紅外熱象儀和紅外熱電視。 紅外測溫的工作原理是：被測物體發(fā)出的紅外線，通過光學系紅外測溫的工作原理是：被測物體發(fā)出的紅外線，通過光學系統(tǒng)聚集后，入射到紅外探測器上。在紅外輻射的作用下，探測統(tǒng)聚集后，入射到紅外探測器上。在紅外輻射的作用下，探測器產生一個正比于輻射能量的電信號，由放大器放大和器產生一個正比于輻射能量的電信號，由放大器放大和A/DA/D轉換轉換后，在數(shù)字顯示器上顯示溫度值。后，在數(shù)字顯示器上顯示溫度值。紅外探測器紅外探測器是紅外檢測系統(tǒng)中最關鍵、最重要的部分，它把所是紅外檢測系統(tǒng)中最關鍵、最重要的部分，它把所接收的紅外輻射變換成易于測量的電量。接收的紅外輻

37、射變換成易于測量的電量。光學系統(tǒng)調制系統(tǒng)放大器記錄顯示被測物體紅外探測器圖4-32紅外測溫儀的組成 2. 2. 紅外熱象儀紅外熱象儀紅外熱象儀是利用紅外成象技術，將被測物體的熱圖紅外熱象儀是利用紅外成象技術，將被測物體的熱圖象顯示到視頻顯示器屏幕上的裝置。象顯示到視頻顯示器屏幕上的裝置。這種裝置自問世以來，隨著計算機的出現(xiàn)，得到迅猛這種裝置自問世以來，隨著計算機的出現(xiàn)，得到迅猛的發(fā)展。現(xiàn)在紅外熱象儀種類較多，其中應用較多的是的發(fā)展?，F(xiàn)在紅外熱象儀種類較多，其中應用較多的是光機掃描熱象儀。光機掃描熱象儀。光學系統(tǒng)探測器在物體空間投影水平掃描器物體空間現(xiàn)場垂直掃描器探測器視頻顯示信號處理器圖4-3

38、5 紅外熱成像示意圖 3. 紅外熱電視紅外熱電視紅外熱電視又稱為熱釋電攝象管成象裝置。它與光機掃描紅外熱電視又稱為熱釋電攝象管成象裝置。它與光機掃描不同之處在于不同之處在于, , 前者是機械掃描前者是機械掃描, , 后者為后者為電子掃描電子掃描。和。和電電視機工作原理視機工作原理相似相似, , 它由它由成象鏡頭成象鏡頭, , 熱釋電攝象管、攝象熱釋電攝象管、攝象機電路、顯示器和溫度標定電路機電路、顯示器和溫度標定電路組成。其中關鍵元件是攝組成。其中關鍵元件是攝象管。象管。 圖4-36 熱釋電攝象管結構示意圖1-熱成象鏡頭 2-熱釋電效應靶 3-聚焦和掃描線圈 4.3.2.3 紅外測溫的特點紅外

39、測溫的特點紅外測溫有以下幾個特點：紅外測溫有以下幾個特點：1.非接觸式測量非接觸式測量這一特點使得遠距離、高速運動或帶電的目標其溫度測量變得方這一特點使得遠距離、高速運動或帶電的目標其溫度測量變得方便，而且不影響被測目標的溫度分布。便，而且不影響被測目標的溫度分布。2.反應速度快反應速度快輻射是次光速傳播的，紅外測溫取決于測溫儀表的響應時間，輻射是次光速傳播的，紅外測溫取決于測溫儀表的響應時間，一般比依靠熱平衡原理測溫的儀器響應時間短兩個數(shù)量級以上，一般比依靠熱平衡原理測溫的儀器響應時間短兩個數(shù)量級以上，可用于實時顯示可用于實時顯示 。3.靈敏度高靈敏度高只要目標有微小的溫度差就能分辨出來，一

40、般紅外測溫儀都具有只要目標有微小的溫度差就能分辨出來，一般紅外測溫儀都具有0.1的溫度分辨率和毫米級的空間分辨率。的溫度分辨率和毫米級的空間分辨率。4.測溫范圍廣測溫范圍廣根據(jù)不同要求，可以選擇不同類型的儀器來實現(xiàn)負幾十度到上千根據(jù)不同要求，可以選擇不同類型的儀器來實現(xiàn)負幾十度到上千度的溫度測量。度的溫度測量。 4.3.2.4 紅外診斷的應用紅外診斷的應用紅外監(jiān)測技術最早是在軍事應用中發(fā)展起來的紅外監(jiān)測技術最早是在軍事應用中發(fā)展起來的 1.火車軸箱溫度檢測火車軸箱溫度檢測利用紅外測溫技術制成了利用紅外測溫技術制成了 “熱軸探測儀熱軸探測儀”，儀器安放在車站，儀器安放在車站外兩側，當火車通過時，

41、探測器逐個測出各個車軸箱的溫度，外兩側，當火車通過時，探測器逐個測出各個車軸箱的溫度，并把探測器輸出的每一脈沖并把探測器輸出的每一脈沖( (軸箱溫度的函數(shù)軸箱溫度的函數(shù)) )輸送到站內檢輸送到站內檢測室，根據(jù)脈沖高低就可判斷軸箱發(fā)熱情況及熱軸位置，以測室，根據(jù)脈沖高低就可判斷軸箱發(fā)熱情況及熱軸位置，以便采取措施。目前，全國鐵路便采取措施。目前，全國鐵路90%90%的列檢所安裝了軸溫紅外探的列檢所安裝了軸溫紅外探測儀，其準確率高達測儀，其準確率高達99%99%。2.航空發(fā)動機殼體紅外無損缺陷主動探查航空發(fā)動機殼體紅外無損缺陷主動探查3.化工塔罐的檢測化工塔罐的檢測4. 檢查焊接質量檢查焊接質量在

42、電器設備中，特別是在在電器設備中，特別是在高壓輸變線路高壓輸變線路中，常會出中，常會出現(xiàn)現(xiàn)隔離刀閘隔離刀閘接點發(fā)熱、接點發(fā)熱、高壓斷路器高壓斷路器引線接點發(fā)熱、引線接點發(fā)熱、電電纜接頭纜接頭發(fā)熱等等，這些都是故障點。檢查人員可以用發(fā)熱等等，這些都是故障點。檢查人員可以用紅外測溫儀紅外測溫儀或或紅外熱象儀紅外熱象儀將這些故障點很方便地檢測將這些故障點很方便地檢測出來，以便及時采取措施，避免了事故的發(fā)生。出來，以便及時采取措施，避免了事故的發(fā)生。 5.電器設備各種裸露接頭的熱故障的紅外診斷電器設備各種裸露接頭的熱故障的紅外診斷4.4 潤滑油樣分析技術潤滑油樣分析技術 4.4.1光譜分析技術光譜分析

43、技術4.4.1.1油樣光譜分析的簡單原理油樣光譜分析的簡單原理油樣光譜分析，油樣光譜分析， 就是利用油樣中所含金屬元素原子的光學就是利用油樣中所含金屬元素原子的光學電子在原子內能級間躍遷產生的特征譜線來檢測該種元素的電子在原子內能級間躍遷產生的特征譜線來檢測該種元素的存在與否，存在與否， 而特征譜線的強度則與該種金屬元素的含量多而特征譜線的強度則與該種金屬元素的含量多少有關，這樣，通過光譜分析，就能檢測出油樣中所含金屬少有關，這樣，通過光譜分析，就能檢測出油樣中所含金屬元素的種類及其濃度，以此推斷產生這些元素的磨損發(fā)生部元素的種類及其濃度，以此推斷產生這些元素的磨損發(fā)生部位及其嚴重程度，并依此

44、對相應零部件的工況作出判斷。位及其嚴重程度，并依此對相應零部件的工況作出判斷。圖圖4-37 4-37 原子發(fā)射光譜分析法原子發(fā)射光譜分析法1 1一激發(fā)電源一激發(fā)電源; 2; 2一回轉石墨盤一回轉石墨盤; 3; 3一油樣一油樣; 4; 4一入口縫隙一入口縫隙; 5; 5一光柵一光柵; 6; 6一特征光譜一特征光譜; 7; 7一焦點曲線一焦點曲線;8;8一一出口縫隙出口縫隙; 9; 9一光電探測器一光電探測器; 10; 10一信號積分器一信號積分器; 11; 11一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng); 12; 12一打印機一打印機在光譜分析的應用中，根據(jù)光譜分析儀激發(fā)表征輻射在光譜分析的應用中，根據(jù)光譜分

45、析儀激發(fā)表征輻射光譜方法的不同，主要有光譜方法的不同，主要有原子原子發(fā)射發(fā)射光譜光譜和和原子原子吸收吸收光光譜譜兩種方法，因發(fā)射光譜法的設備昂貴，故目前應用兩種方法，因發(fā)射光譜法的設備昂貴，故目前應用不如吸收光譜法普遍。不如吸收光譜法普遍。發(fā)射光譜是以發(fā)射光譜是以15kV15kV高壓產高壓產生的電火花直接激發(fā)油液生的電火花直接激發(fā)油液中的金屬元素，使之發(fā)射中的金屬元素，使之發(fā)射出供進行光譜分析的表征出供進行光譜分析的表征輻射，此輻射經(jīng)過輻射，此輻射經(jīng)過光柵或光柵或棱鏡分光系統(tǒng)棱鏡分光系統(tǒng)進行分光后，進行分光后，便形成了所含元素各自的便形成了所含元素各自的特征光譜，并按特征光譜，并按波長順序波長

46、順序在聚焦處排列在聚焦處排列，通過各自，通過各自的的光電探測器光電探測器在聚焦處對在聚焦處對其特征光譜能量的接收和其特征光譜能量的接收和放大。放大。 原子吸收光譜分析，又稱原子吸收光譜分析，又稱原子吸收分光光度分析法原子吸收分光光度分析法, , 簡稱簡稱原子原子吸收分析吸收分析。其基本根據(jù)是：給一束特定的入射光投射至被測元。其基本根據(jù)是：給一束特定的入射光投射至被測元素的基態(tài)原子蒸氣，部分入射光將被蒸氣吸收。未吸收部分的素的基態(tài)原子蒸氣，部分入射光將被蒸氣吸收。未吸收部分的光則透射過去。若被測元素原子蒸氣濃度愈大，對光的吸收量光則透射過去。若被測元素原子蒸氣濃度愈大，對光的吸收量就越多，其透射

47、部分也就愈小。于是根據(jù)樣品中就越多，其透射部分也就愈小。于是根據(jù)樣品中被測元素濃度被測元素濃度N N、入射光強及透射光強入射光強及透射光強三者之間存在一定關系，并把它與被測元三者之間存在一定關系，并把它與被測元素已知濃度的標準溶液對光的吸收作比較，就可以求得試樣中素已知濃度的標準溶液對光的吸收作比較，就可以求得試樣中被測元素的含量。利用原子吸收的光譜波長可確定油液中各種被測元素的含量。利用原子吸收的光譜波長可確定油液中各種金屬元素。分析中幾種常見金屬的典型波長見表金屬元素。分析中幾種常見金屬的典型波長見表4-44-4。oIoII4.4.1.3原子吸收光譜分析法原子吸收光譜分析法圖4-38 原子

48、吸收分析裝置示意圖1-空心陰極燈 2-火焰 3-分析油液 4-凸透鏡 5-分光系統(tǒng) 6-光電倍增管 7-檢波放大器8-讀數(shù)記錄系統(tǒng) 9-調制電源 10-霧化器 11-光電倍增管電源 12-空氣和助燃氣 13-排廢管1. 光源光源原子吸收所使用的銳線光源主要由原子吸收所使用的銳線光源主要由空心陰極燈空心陰極燈供給。它是由供給。它是由被測元素的被測元素的純金屬純金屬做成的一個空心陰極，低壓密封在一個圓柱做成的一個空心陰極，低壓密封在一個圓柱形的玻璃筒內，其中充有約形的玻璃筒內，其中充有約2mm2mm汞柱的惰性氣體汞柱的惰性氣體( (一般為一般為氖或氬氖或氬) )。當供給它適應的電流時，就可產生為原

49、子吸收分析所需要。當供給它適應的電流時，就可產生為原子吸收分析所需要的銳線光源。的銳線光源。2原子化系統(tǒng)原子化系統(tǒng)原子化系統(tǒng)的作用是將測試祥品中的被測元素轉變?yōu)樵踊到y(tǒng)的作用是將測試祥品中的被測元素轉變?yōu)椴换喜换?、不激發(fā)、不電離、不締合、不激發(fā)、不電離、不締合的自由基態(tài)原子。為達到原子化的的自由基態(tài)原子。為達到原子化的目的，最常用的有火焰原子化系統(tǒng)及非火焰原子化系統(tǒng)兩大類目的，最常用的有火焰原子化系統(tǒng)及非火焰原子化系統(tǒng)兩大類?；鹧嬖踊到y(tǒng)包括噴霧器及燃燒器兩部分?；鹧嬖踊到y(tǒng)包括噴霧器及燃燒器兩部分。 3分光系統(tǒng)分光系統(tǒng)將非吸收線分離掉，使它不被接收器接收和放大，這可以將非吸收線分離

50、掉，使它不被接收器接收和放大，這可以由棱鏡或光柵來完成。由棱鏡或光柵來完成。 4接收放大系統(tǒng)接收放大系統(tǒng) 接收放大系統(tǒng)主要由接收放大系統(tǒng)主要由接收器接收器光電倍增管光電倍增管及及檢波放大器檢波放大器兩部分組成。光電倍增管的作用是在接收的同時，將測定的兩部分組成。光電倍增管的作用是在接收的同時，將測定的特定接收線由特定接收線由光信號光信號轉變?yōu)檗D變?yōu)殡娦盘栯娦盘?，便于利用近代電子線路，便于利用近代電子線路放大技術。放大技術。 5讀數(shù)系統(tǒng)讀數(shù)系統(tǒng)經(jīng)過接收放大的信號，必須把它顯示或記錄下來，通常用表經(jīng)過接收放大的信號，必須把它顯示或記錄下來，通常用表頭、記錄器、數(shù)字顯示或電傳打字等來完成。此外，為了

51、提頭、記錄器、數(shù)字顯示或電傳打字等來完成。此外，為了提高分析的準確性及自動化程度，分析裝置還配有許多輔助設高分析的準確性及自動化程度，分析裝置還配有許多輔助設備。備。 4.4.2 鐵譜分析技術鐵譜分析技術鐵譜分析技術鐵譜分析技術(Ferrography(Ferrography) )是是7070年代年代國際摩擦學領域出國際摩擦學領域出現(xiàn)的一項新技術，現(xiàn)的一項新技術，19701970年年，美國麻省理工學院美國麻省理工學院(MIT)(MIT)的的W.W.SeifertW.W.Seifert教授和?？怂共褰淌诤透？怂共?Foxboro)(Foxboro)公司的公司的V.C V.C Westcott

52、Westcott首先提出了鐵譜技術的原理，并研制成功了用首先提出了鐵譜技術的原理，并研制成功了用于分離磨屑和進行觀察分析的儀器于分離磨屑和進行觀察分析的儀器鐵譜儀鐵譜儀。此后，。此后，鐵譜技術迅速被許多國家的摩擦學工作者所接受，開始鐵譜技術迅速被許多國家的摩擦學工作者所接受，開始主要用作實驗室磨損機理研究的一種手段，接著發(fā)展成主要用作實驗室磨損機理研究的一種手段，接著發(fā)展成為直接用于機械設備工況監(jiān)測診斷的工具。為直接用于機械設備工況監(jiān)測診斷的工具。經(jīng)過各國學者和廣大工程技術人員的共同努力，鐵經(jīng)過各國學者和廣大工程技術人員的共同努力，鐵譜技術的理論日臻完善，應用范圍也日趨擴大，鐵譜技術的理論日臻

53、完善，應用范圍也日趨擴大，鐵譜技術已從最初的在發(fā)動機上的應用擴展到譜技術已從最初的在發(fā)動機上的應用擴展到液壓系液壓系統(tǒng)統(tǒng)、齒輪蝸輪傳動箱齒輪蝸輪傳動箱、軸承軸承等部件，并廣泛地應用等部件，并廣泛地應用于于冶金、礦山、機械、汽車、鐵路、船舶、煤炭、冶金、礦山、機械、汽車、鐵路、船舶、煤炭、化工、建筑化工、建筑等行業(yè)。等行業(yè)。在機械故障診斷的油樣分析方法中居主導地在機械故障診斷的油樣分析方法中居主導地位。位。所謂鐵譜分析，就是利用鐵譜儀所謂鐵譜分析，就是利用鐵譜儀(Ferrograph(Ferrograph) )從潤滑油從潤滑油( (脂脂) )試樣中，分離和檢測出試樣中，分離和檢測出磨屑和碎屑磨屑

54、和碎屑，從而分析和判斷機器運動副表面的磨損類型、磨從而分析和判斷機器運動副表面的磨損類型、磨損程度和磨損部位的技術。鐵譜儀是鐵譜分析的損程度和磨損部位的技術。鐵譜儀是鐵譜分析的關鍵設備，根據(jù)其工作方式的不同，鐵譜儀可分關鍵設備，根據(jù)其工作方式的不同，鐵譜儀可分為為直讀式鐵譜儀直讀式鐵譜儀、分析式鐵譜儀分析式鐵譜儀和和旋轉式鐵譜儀旋轉式鐵譜儀。近年來，又研究成功了在線式鐵譜儀。近年來，又研究成功了在線式鐵譜儀。4.4.2.1鐵譜分析的儀器與原理鐵譜分析的儀器與原理1. 直讀式鐵譜儀直讀式鐵譜儀直讀式鐵譜儀能方便、迅速且較準確地測直讀式鐵譜儀能方便、迅速且較準確地測定油樣內大小磨粒的定油樣內大小磨

55、粒的相對數(shù)量相對數(shù)量, , 因而能對因而能對機械設備工況進行檢測機械設備工況進行檢測, , 但不能對磨粒的但不能對磨粒的形態(tài)和成分形態(tài)和成分進行進一步的觀察。進行進一步的觀察。圖4-39 直讀式鐵譜儀示意圖 1-油樣管 2-吸油毛細管 3-沉淀管 4-集油管 5-鐵磁裝置 6-燈泡 7、8-導光管 9、10-光電檢測器 11-數(shù)量裝置 磨粒的沉淀速度取決于本身的尺寸、形狀、密度和磁化率，以及潤滑油的粘度、密度和磁化率等許多因素。當其他因素固定后，磨粒的沉降速度與其尺寸的平方成正比， 圖4-40 沉淀管磨粒的沉淀情況1-第一束光 2-第二束光磨粒沉積磨粒沉積越多越多，光電檢測器能接光電檢測器能接

56、收到的光強度收到的光強度越越弱弱，經(jīng)轉換后，經(jīng)轉換后，在數(shù)字顯示裝置在數(shù)字顯示裝置上顯示光密度讀上顯示光密度讀數(shù)。數(shù)。 2. 分析式鐵譜儀分析式鐵譜儀分析式鐵譜儀與直讀式鐵譜儀的不同是用分析式鐵譜儀與直讀式鐵譜儀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, , 將經(jīng)過稀釋的油樣放在將經(jīng)過稀釋的油樣放在磁場中使磨粒沉淀在玻璃基片上制成譜片磁場中使磨粒沉淀在玻璃基片上制成譜片, , 然然后用后用雙色光學顯微鏡雙色光學顯微鏡或或掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡對磨粒對磨粒進行觀察分析。進行觀察分析。 磨粒在玻璃基片上的沉淀原理與直讀式鐵譜儀磨粒在玻璃基片上的沉淀原理與直讀式鐵譜儀相似。磨粒沉

57、淀后相似。磨粒沉淀后, , 用四氯乙烯溶液清洗殘油用四氯乙烯溶液清洗殘油, , 使磨粒固定在基片上形成了譜片。使磨粒固定在基片上形成了譜片。 利用分析式鐵譜儀及其利用分析式鐵譜儀及其顯微鏡顯微鏡, , 可以確定可以確定磨磨粒的類型粒的類型和和成分成分, , 例如例如金屬磨粒金屬磨粒、氧化物氧化物和和各各種化合物種化合物, , 潤滑油中添加劑所形成的聚合物和潤滑油中添加劑所形成的聚合物和其他外部污染顆粒等。還可以對金屬磨粒的形其他外部污染顆粒等。還可以對金屬磨粒的形貌進行觀察分析并對各類顆粒進行讀數(shù)。貌進行觀察分析并對各類顆粒進行讀數(shù)。3. 旋轉式鐵譜儀旋轉式鐵譜儀 分析式鐵譜儀進入工業(yè)應用以后

58、分析式鐵譜儀進入工業(yè)應用以后, ,發(fā)現(xiàn)設計上存在下列不足發(fā)現(xiàn)設計上存在下列不足：1 1）鐵譜片制備時間過長）鐵譜片制備時間過長, ,因而在生產中的使用受到一定的限制因而在生產中的使用受到一定的限制2) 2) 每制備一個譜片需消耗一支輸送管每制備一個譜片需消耗一支輸送管, , 因而操作費用較高。因而操作費用較高。3) 3) 譜片入口區(qū)磨粒堆積重疊譜片入口區(qū)磨粒堆積重疊, , 影響對顆粒的觀察與分析。影響對顆粒的觀察與分析。4) 4) 對顆粒濃度較高的油樣對顆粒濃度較高的油樣, , 需要高度稀釋需要高度稀釋, , 從而造從而造成對某些判斷磨損狀態(tài)有重要價值的成對某些判斷磨損狀態(tài)有重要價值的“臨界顆

59、粒臨界顆粒 可能可能被遺漏被遺漏, , 造成判斷誤差。造成判斷誤差。5) 5) 含有大量殘?zhí)康牟裼蜋C油樣含有大量殘?zhí)康牟裼蜋C油樣, , 經(jīng)高度稀釋后經(jīng)高度稀釋后, , 譜譜片上仍留有大量片上仍留有大量污染物污染物。6) 6) 微量泵在輸送油樣時的輾壓作用使某些大顆粒被微量泵在輸送油樣時的輾壓作用使某些大顆粒被破碎或不能通過。破碎或不能通過。因此因此, , 英國在英國在19841984年研制出一種利用年研制出一種利用磁場力磁場力和和離心離心力力共同作用使磨粒沉降下來的共同作用使磨粒沉降下來的旋轉式鐵譜儀旋轉式鐵譜儀。旋轉式。旋轉式鐵譜儀與其他鐵譜儀的主要區(qū)別在于譜片的制作方法鐵譜儀與其他鐵譜儀的主要區(qū)別在于譜片的制作方法上。上。4.4.2.2 鐵譜分析技術及其應用鐵譜分析技術及其應用 鐵譜分析技術包括油樣的制取、鐵譜儀操作、鐵譜讀數(shù)處理及磨粒識別等幾個方面 鐵譜分析技術分鐵譜分析技術分定性和定量定性和定量兩個方面。兩個方面。定性方面定性方面主要是指對磨粒主要是指對磨粒形態(tài)形態(tài)進行觀察進行觀察, ,