铁谱仪

一、铁谱分析技术简介
1. 铁谱分析技术是20世纪 年代发明的一种新的 世纪70年代 世纪 年代 机械磨损测试方法。是一种借助磁力 借助磁力将油液中 机械磨损测试方法 借助磁力 的金属颗粒 金属颗粒分离出来，并按照颗粒的大小 按照颗粒的大小排列 金属颗粒 按照颗粒的大小 在基片上，既能读出大小颗粒的相对浓度，也 能对微粒的物理性能作出进一步分析。 2. 铁谱分析法测定的主要内容： （1）磨粒浓度和大小 浓度和大小 （2）磨粒形貌（反应磨粒产生原因和机理） 形貌（ 形貌 反应磨粒产生原因和机理） （3）磨粒成分（反应产生的部位） 成分（ 成分 反应产生的部位） 3.铁谱分析法的特点： • 较宽的 较宽的尺寸检验范围； • 同时获得 同时获得磨粒的多种信息 多种信息。 多种信息
1、铁谱分析技术的基本原理和方法 、
铁谱分析技术的基本原理和方法就是用铁谱仪把混于润滑油 （或液压油）中的磨屑和碎屑分离出来 磨屑和碎屑分离出来，并按其尺寸大小 按其尺寸大小依次、 磨屑和碎屑分离出来 按其尺寸大小 沉淀到一块透明的基片上 基片上（即制作谱片），在显微镜 不重叠地沉淀到 沉淀到 基片上 在显微镜 下观察，以进行定性分析（指对磨粒的形态特征、尺寸大小及 下观察 其差异等表面形貌及成分进行监测和分析）。利用 利用加装在铁谱 利用 显微镜上的光密度计 光密度计，还可以对谱片上大小磨粒的相对含量进 光密度计 进 行定量分析，也可用计算机 用计算机对磨屑进行图像处理 进行图像处理，以获取磨屑 行定量分析 用计算机 进行图像处理 的有关参数。摩擦学的研究表明，磨粒的类别和数量的多少及 增加的速度与摩擦面材料的磨损程度及磨损速度 有直接的关系；而磨粒的形态、颜色及尺寸等则 与磨损类型、磨损进程有密切关系。因此铁谱分 铁谱分 析法在判断磨损故障的部位、严重程度、 析法在判断磨损故障的部位、严重程度、发展趋 势及产生的原因等方面能发挥全面的作用。 势及产生的原因
• 近年来，由于计算机技术的发展，已研究出用计算机 用计算机对铁 用计算机 谱片磨粒图像处理的定量分析方法 定量分析方法。它使用扫描摄影机 使用扫描摄影机将 定量分析方法 使用扫描摄影机 铁谱显微镜里的图像输入图像分析仪 输入图像分析仪，按照给定的灰度反 输入图像分析仪 给定的灰度反 面积、 差对几何图形进行定量分析。其测量的基本参数有面积、 面积 周长、弦长、方位、投影长度和计数等。利用计算机软件 周长、弦长、方位、投影长度和计数 利用计算机软件 对这些基本参数按照一定的数字模型进行处理，就可以再 派生出一系列所需要的参数，这样就为探索与磨损机理有 关的磨损微粒几何形态的内在规律 内在规律，并进一步发现能反映 内在规律 磨损特征的参数提供充分的依据，目前已使用的数学模型 线性回归法、 有线性回归法、中心取矩法和概率分布法 线性回归法 中心取矩法和概率分布法等。 • （4）结论 • 根据分析结果作出状态监测或 • 故障诊断结论，为制定设备维 • 护措施提供依据。
• 制作好的谱片可拿到双色显微镜 扫描电子显微 双色显微镜或扫描电子显微 双色显微镜 形貌和成分的观察，还可将光密度读数 镜上进行形貌和成分 形貌和成分 器与双色显微镜相连，进行光密度测量，以判断 判断 磨损程度。传统的光密度测试方法是测离出口 磨损程度 50mm和55mm两处的光密度读数，并以AL和AS 做各种定量计算。
直读式铁谱仪特征信息的提取用磨损烈度指数IA来指示： 磨损烈度指数I 磨损烈度指数 IA=(AL+AS)×(AL-AS)=AL2-AS2 使用直读式铁谱仪分析机器润滑油样的步骤: 1.制备 制备分析油样 制备 油样 2.油样 油样在吸虹作用下经毛细管流过铁谱沉淀管 油样 流过铁谱沉淀管 3.油样中的磨粒 磨粒在高梯度磁场的作用下进行沉积 磨粒 沉积 4.用光电转换系统测定磨粒的光密度读数 测定磨粒的光密度读数，并以DL、DS数码 测定磨粒的光密度读数 直接显示。
1、分析式铁谱仪简介 、
分析式铁谱仪是最先研制出来的铁谱仪器，由制 制 谱仪、铁谱显微镜和加装在铁谱显微镜上的光密 谱仪、铁谱显微镜和 光密 度测定仪三部分组成。分析式铁谱仪的工作原理 度测定仪 图如图1所示。
取自机械润滑系统的油样 油样，用微量泵 微量泵输送到放置 油样 微量泵 o 在强磁场装置上方且呈一定倾斜度 呈一定倾斜度（约1~3 ）的 呈一定倾斜度 玻璃基片上（也称铁谱基片）。油样流过高磁场 玻璃基片 高梯度磁场的作用，磨粒将按一定的 区时，由于高梯度磁场 高梯度磁场 规律排列沉积在基片上。经清洗残油和固定颗粒 的处理之后（用四氯乙烯），制成铁谱片。
取自机器的油样 油样，稀释后，在虹吸作用 虹吸作用下流经位于 油样 虹吸作用 磁场上方的玻璃沉积管 沉积管，油样中可磁化的磨屑在高 沉积管 高 梯度磁场作用下，依其粒度顺序排列在沉积管内壁 梯度磁场 不同位置上。在管入口区，在1~2µm的磨屑沉积上 层覆盖着大于5µm的大磨屑；而5mm之后的位置上 沉积的只有1~2µm的小磨屑。光导纤维 光导纤维将光引至与 光导纤维 这两个区域相对应的固定测点上，并由两只光敏探 光敏探 电子线路放大， 头接收穿过磨屑层的光信号，经电子线路 电子线路 数显屏上直接显示 A/D转换处理最终在AL和AS两个数显屏 数显屏 出磨粒沉积的覆盖值。
④取样周期应根据机器的性质和对状态检测要求来确定。 机器在新投入运行或刚经解体检修，其取样间隔应短， 机器在新投入运行或刚经解体检修，其取样间隔应短 通常应隔几小时取样一次，以监测分析整个磨合过程； 机器进入正常运行阶段后，取样间隔可加大；此后，当 当 发现磨损发展很快时，又应缩短取样时间间隔。 发现磨损发展很快时，又应缩短取样时间间隔 （2）制谱 制谱就是用铁谱仪分离油样 分离油样，将其中的铁磁性颗粒沉积 分离油样 铁磁性颗粒沉积 于玻璃基片上，经固化和清洗后完成。为便于油液中磁 于玻璃基片上 性金属颗粒的沉积，对所取油样应进行稀释 对所取油样应进行稀释，即在油样 对所取油样应进行稀释 中加入一定比例有机溶剂 加入一定比例有机溶剂（例如四氯乙烯），油样与四 加入一定比例有机溶剂 氯乙烯的体积混合比通常为3:1。
分析铁谱主要是借助高倍显微镜 借助高倍显微镜来观察磨损颗粒的 借助高倍显微镜 材料（颜色不同）、尺寸、特征和数量，从而分析 ）、尺寸 材料（颜色不同）、尺寸、特征和数量 零件的磨损状态。分析铁谱也是一种强烈依赖个人 强烈依赖个人 经验的技术，结论的正确与否与分析者的个人经验 经验 分析者的个人经验 关系极大，这也是这项技术仍在推广之中的原因之 一。
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利用分析铁谱技术，可将磨损颗粒分为以下几种： 1.粘着擦伤 粘着擦伤磨损颗粒 粘着擦伤 2.疲劳 疲劳磨损颗粒 疲劳 3.切削 切削磨损颗粒 切削 4.有色金属 有色金属颗粒 有色金属 污染杂质颗粒 5.污染杂质 污染杂质 6.腐蚀 腐蚀磨损颗粒 腐蚀 由于不同的磨损颗粒代表不同的磨损类型，因此很容易从 从 磨损颗粒的特征看出设备的主要磨损类 型。除了要分析磨损颗粒的特征外， 还必须分析磨损颗粒的尺寸和数量， 还必须分析磨损颗粒的尺寸和数量 只有这样，才能正确的判断设备的磨 损状态。
2、铁谱分析的流程 、
铁谱分析程序一般包括取样、制谱、观察与分析、结论4个基本 取样、制谱、观察与分析、结论 取样 环节。 （1）取样 取样就是用取油工具从管线上或油箱中抽取润滑油（或液压油） 样。取样操作必须保证 取样操作必须保证所取的油样含有 油样含有能反映机器工况变化的 取样操作必须保证 油样含有 磨损颗粒，只有这样才能通过铁谱分析做出正确的判断。因此， 磨损颗粒 取样时应遵循以下几条原则： ①应尽量选择在润滑油过滤之前 避免从死角、底部取样 在润滑油过滤之前并避免从死角 在润滑油过滤之前 避免从死角、底部取样； ②应尽量选择在机器运转时 或刚停机时取样 在机器运转时，或刚停机时取样 在机器运转时 或刚停机时取样； ③应始终在同一位置、同一条件下 在同一位置、 在同一位置 同一条件下（如停机则应 在相同的时间后）和同一运转状态 同一运转状态（转速、载荷 同一运转状态 相同）下取样；
2、直读式铁谱仪简介 、
直读式铁谱仪主要用来直接测定油样中磨屑浓度和尺寸分布 磨屑浓度和尺寸分布， 磨屑浓度和尺寸分布 只能做定量分析，但是比分析式铁谱仪的定量分析更准确 更准确， 只能做定量分析 更准确 更简单、 检测过程更简单、迅速，仪器成本更低廉 更简单 迅速，仪器成本更低廉。目前在工厂、基 地、港口船舶等方面得到广泛应用。 直读式铁谱仪的工作原理如图2所示。
直读式铁谱仪的特性
1.设有自动调零系统 设有自动调零系统，使用方便可靠加快了分析速度； 设有自动调零系统 2.LCD显示屏 LCD显示屏 LCD显示屏，可同时显示出Dl和Ds大 小磨粒浓度值； 3.仪器配备32k的EEROM（Electrically Erasable Read-Only Memory,电可擦只读存储器）存储器，可储存数百个油样 读数，并且掉电不会丢失数据 掉电不会丢失数据； 掉电不会丢失数据 • 4.仪器有配套软件 有配套软件，方便用户做数 有配套软件 • 据处理、趋势分析、曲线打印和分 • 析报告。 • • • •
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对于直读式铁谱仪 直读式铁谱仪，其定量分析式为 直读式铁谱仪 ID=(DL+DS)(DL-DS)=DL2-DS2 式中 ID——磨损烈度； DL——代表大于5μm磨损颗粒的光密度值； DS——代表1~2μm磨损颗粒的光密度值。 对于分析式铁谱仪 分析式铁谱仪，其定量分析式为 分析式铁谱仪 I'S=(A'L+A'S)(A'L-A'S)=A'L2-A'S2 式中 I'S——磨损烈度； A'L、A'S——大、小磨粒覆盖面积。
目录
一、铁谱分析技术 铁谱分析技术简介 铁谱分析技术 1、铁谱分析技术的基本原理和方法 基本原理和方法 2、铁谱分析的流程 流程 二、铁谱分析仪 铁谱分析仪简介 铁谱分析仪 1、分析式 分析式铁谱仪简介 分析式 2、直读式 直读式铁谱仪简介 直读式 直读式铁谱仪的特性 特性 3、旋转式 旋转式铁谱仪简介 旋转式 4、在线式 在线式铁谱仪简介 在线式 5、各种铁谱仪总结 总结
（3）观察与分析 包括定性分析和定量分析 ①定性分析 用显微镜观察谱片上颗粒的尺寸大小、形 观察谱片上颗粒的尺寸大小、 观察谱片上颗粒的尺寸大小 颜色，根据颗粒特征来定性分析设备运转润滑状态， 状、颜色 判断磨损类型和磨损部位。直读式铁谱仪不宜做定性分 直读式铁谱仪不宜做定性分 析，因为直读式铁谱仪不能提供关于磨屑形貌、磨屑来 源的信息。 ②定量分析 用光密度测量仪与显微镜配套使用 测出 光密度测量仪与显微镜配套使用，测出 光密度测量仪与显微镜配套使用 谱片上不同区域的磨屑颗粒覆盖面积 磨屑颗粒覆盖面积，再通过公式算出 磨屑颗粒覆盖面积 磨损指数。 对于旋转式铁谱仪 旋转式铁谱仪，其定量分析式为 旋转式铁谱仪 IS=AL2-(AM+AS)2 式中 IS——磨损烈度； AL、AM、AS——大、中、小磨粒 浓度的光密度读数。
二、铁谱分析仪简介
铁谱仪可广泛用于各行业的内燃机、燃气轮 机、齿轮箱、轴承、液压系统等大型机器和零部件 进行有效的磨损检测，有统计表明，应用铁谱技术 进行有效的磨损检测 所带来的保证重大设备安全运行，减少故障发生， 降低维修费用以及在摩擦学和润滑油品质评定研究 领域中，取得了显著的经济效益和社会效益。 根据分离磨粒、检测磨粒的不同方法， 根据分离磨粒、检测磨粒的不同方法 研制了不同的铁谱仪。目前铁谱分析仪 主要有三种类型：直读铁谱仪、分析铁 直读铁谱仪、 直读铁谱仪 谱仪和旋转式铁谱仪 旋转式铁谱仪。近年来，又成功 谱仪 旋转式铁谱仪 研究了在线式铁谱仪 在线式铁谱仪。此外，还有用于 在线式铁谱仪 收集干粉中铁磁性颗粒的气动式铁谱仪 气动式铁谱仪。 气动式铁谱仪