浅谈使用液体自动颗粒计数器的必要性

2014-02-06李开放

汽车零部件 2014年3期

关键词：计数器油液液体

李开放

(国防科技工业颗粒度一级计量站,河南新乡 453019)

0 引言

人的肉眼所能分辨的颗粒的粒径大约为40 μm，但是一些尺寸更小的颗粒对机械装备系统也存在着潜在的较大危害。随着现代科技的发展，人们迫切需要了解这些颗粒的类型、数量和尺寸等特征。

1 油液中颗粒的分类与来源

伴随着泵、阀及各种过滤器等零部件在机械装备系统中的大量使用，能够引发机械故障的因素也随之增加。它们不仅包括存在于油液中的水分、机械杂质，甚至还包括微生物。它们可能造成机械部件的磨损、腐蚀、堵塞细小流道，甚至使一些关键部件失效。

众所周之，油液从生产到使用的各个环节都存在受到污染的可能。首先油液在生产过程中要采用大量与颗粒接触的工艺过程，如脱酸、脱色、添加颗粒状添加剂等，这些颗粒要经过过滤工艺才能去除。没有过滤彻底的固体颗粒将进入储运环节，甚至过滤工艺本身存在滤料中的纤维，从而进入油液，危害机械系统。此外，油液在储运及加注过程同样不可避免地会有污染物侵入。比如容器中的颗粒、不同牌号的油液、进入油罐中的空气所携带的尘埃、水分都会使油液中的污染物增加。当然机械液压系统、润滑系统本身的污染液也不可忽略不计。最后系统及其附件在运行过程中，会与型砂、切屑、磨料、焊渣、氧化皮和灰尘等接触，从而成为系统故障的又一种隐患。

前面提到的油液中的各种污染物指的就是油液中存在的对系统的存储性能、使用性能有危害的物质，这些污染物无外乎固体、液体或气体3种类型。其中固体污染物包括颗粒状的添加剂、尘土、纤维、锈蚀颗粒、金属颗粒、塑料等各种存在于油液中的悬浮颗粒；液体污染物主要指的是油液中混入的其他馏分和其他牌号的油液，以及侵入油液的水分；而气态污染物主要指的就是液压油液中的空气。

2 油液中颗粒的危害

大量的颗粒污染物以悬浮状态进入油液，并随油液在系统中一起运动。当较大的固体颗粒物进入到摩擦副表面时，将使工作摩擦力增大，产生磨料磨损，甚至使系统卡死。虽然小颗粒的粒径很小，但是它也能卡死伺服阀之类的精密元件。此外大量的固体颗粒污染物在系统元件的节流孔、节流缝隙或者过滤器处淤积甚至堵塞流道，使系统失灵。含有固体颗粒污染物的油液在系统中的高速流动，将产生冲蚀现象，迫使间隙增大，从而使控制性能变差或因泄漏增大使系统性能变坏。

软质颗粒的危害在于：它们可以包住热交换器的表面，导致热交换效率下降；沉积在过滤器滤层表面，增大流量阻力；堵塞动态间隙引起静摩擦，使运动部件的动力增加，严重的甚至导致伺服阀与油缸卡死。

纤维则可以黏附于滤网与孔口，堵塞小孔的同时也妨碍了颗粒、碎屑的通过。

3 自动颗粒计数的必要性

油液中颗粒的危害如此之大，因此对油液中的固体颗粒污染物进行控制就势在必行。首先需要对污染物进行识别和量化，如测量油液中的含水量、知道油液中固体颗粒污染物的等级、判断油液中悬浮物的可滤性等；其次是根据系统的组成确定油液应达到的清洁度等级；然后根据要求确定具体污染控制方案，选择合适的过滤器对系统中不同部位的油液进行过滤，对储运油液的管道、储藏、加注设备进行清洗，对机械装备的油箱、阀门甚至整个系统进行清洗。当然只有清洗是远远不够，除了采取措施减少混入系统的颗粒，如何才能知道清洗的结果也不可或缺。由于处理的对象基本都是肉眼不可见的微米级别的颗粒，因此迫切需要一种可以对油液进行评价的仪器。

然而固体颗粒污染度的测量不仅包括对单位体积液体中的颗粒尺寸、尺寸分布的测量，还包括对油液中颗粒数以及油液固体污染度等级的测量。虽然方法有很多种，但是目前国内常用的方法主要有：重量分析法，颗粒计数分析法。

重量分析法是通过测量单位体积液体中所含颗粒的质量，从而来确定颗粒物污染度等级的一种方法。不可否认，重量分析法所需的测量装置比较简单，费用较低，但是同时应该注意到这种方法操作所耗费的时间长，且测量结果只能反映油液中颗粒的含量，却不能反映颗粒的尺寸、颗粒的数量及尺寸分布。说到底重量分析法只是一种定性的测量方法。

颗粒分析法则是通过测量单位体积液体中所含的特定尺寸段的颗粒数量，从而来确定颗粒污染度等级或进行颗粒分布和污染的研究。

随着电子技术和污染检测技术的飞速发展，作为颗粒分析法的一个代表，液体自动颗粒计数器凭借其计数速度快、准确度高、重复性好、操作简便且结果不受人为因素的影响，既可以在线用于现场工作，也可以离线用于实验室分析，降低了系统维护的成本和停机时间等诸多优点在液体颗粒污染分析中获得广泛应用。目前在国内与国际上，遮光型自动颗粒计数器是目前液体颗粒污染分析中使用最广泛的。通过使用它，工作人员可以迅速确定固体悬浮颗粒的污染程度，从而采取相应的措施来了解油液从生产到使用的各个环节固体悬浮颗粒的污染状况。

4 遮光型自动颗粒计数器的原理及特性

既然遮光型自动颗粒计数器的使用如此广泛，那么了解它的的原理也是必须的。如图1所示。

油液中的悬浮颗粒随油液一同流经一个细小透明通道，一束与油液流动方向相垂直、经过精密光学系统调整过的平行光束照射在透明通道上形成一个窗口。透明通道以及激光束的设计保证在一定的颗粒容度下同时只有一个颗粒处在激光的照射下。激光束的对面是一套激光接收及光电转换器件。当激光束中没有颗粒时，激光接收器件将接收到通过窗口的全部激光。当有颗粒流经这个窗口时，一部分激光将被颗粒遮挡或因散射、反射等减少，这样到达激光接收器件的激光将减少。激光的衰减量与颗粒的尺寸，也即在激光光束中颗粒的投影面积成正比。激光接收器件将接收到的激光经过光电转换、信号放大等环节后进入自动颗粒计数器主机进一步处理。

而颗粒计数器的校准曲线、阀值噪声水平、取样体积误差、体积测量变动系数、重合误差极限、流速极限和分辨力则是决定一台自动颗粒计数器的性能优劣与否的重要因素。

在颗粒尺寸和脉冲电压幅值之间存在着严格的一一对应关系，并且是唯一的关系，将这种关系绘制在双对数坐标纸上，就是颗粒计数器的校准曲线，技术人员对颗粒计数器进行尺寸校准，就是在寻找颗粒尺寸和脉冲电压幅值之间的这种一一对应关系。对于任何颗粒计数器中的传感器，它都有能够识别的最小颗粒。定义传感器的传感区无颗粒通过时，液体自动颗粒计数器第一通道的计数频率不超过60个/min时所设定的最低电压值，为自动颗粒计数器的阀值噪声水平。它的大小直接决定了液体自动颗粒计数器所能检测的最小颗粒尺寸。由于使用液体自动颗粒计数器测试油液的污染度时，每次的取样体积很少，若取样体积不准确，判定污染度的等级时，往往会将测试误差放大，因此取样体积的准确与否，也对液体自动颗粒计数器的最终结果有重要影响。取样器重复输送特定流体体积的能力，使得计数器每次的实际测量体积并不一样，这也是造成液体自动颗粒计数器测量重复性变动的重要因素。理论上当传感器中有多个颗粒通过时，必然会导致计数误差。实际测量中也不可能实现同一时间内只有一个颗粒通过传感器，因此规定能够使液体自动颗粒计数器的计数误差小于5%的颗粒的最高浓度为液体自动颗粒计数器的重合极限误差，其值越高，则仪器的性能越好。油液只有在工作流速下通过传感器的窗口，才能保证所测得的颗粒数与实际相符，所以必须使工作流速所测得颗粒数与流速上下限时的颗粒数的差值不超过5%，此时的流速上下限就是仪器的流速极限。而分辨力则决定了液体自动颗粒计数器相邻两通道所能检测颗粒尺寸的最小差值。其值越小，计数器的分辨性能越好。

因此只有一台自动颗粒计数器的这些性能完好，测试人员才能真实地了解油液及系统的状况。