典型的铁谱分析仪器有直读式和分析式两种类型。
1.直读式铁谱仪的组成及工作原理直读式铁谱仪由微粒沉淀系统和光电检测系统两部分构成。沉淀系统主要是一根斜放在高强度磁场中的玻璃沉淀管,其作用是使磨粒按尺寸大小分开沉淀。油样流经沉淀管时,油样中的铁磁性颗粒受到重力、浮力、磁力和黏性阻力的综合作用,在随着油样流过沉积管的过程中,因磁力的大小和磨粒的体积成正比,而油的黏性阻力近似与磨粒表面积:成正比,所以对大颗粒(>5μm)来说磁力大于黏性阻力,一流入沉淀管便首先沉淀下来,小颗粒(1~2μm)则往下流动,另一方面磁力大小还决定于磁场强度和磁场梯度,由于沉淀管斜放,磁场梯度由油样入口至出口逐渐增强,较小的磨粒最终也要依尺寸大小依次沉淀下来。光电检测系统的作用是检出因磨粒沉淀而引起的管的光强(透射)变化显示出光密度值,间接反映出磨粒的数量和尺寸分布情况,由距进口1mm左右的导光孔测出的是大颗粒:沉淀区的光密度值(Dc)而距第一导光孔5mm处的第二导光孔测得的是小磨粒沉淀区光密度值(Ds)。
2.分析式铁谱仪的组成及工作原理
分析式铁谱仪是最早开发出来的铁谱仪,它包含了铁谱技术的全部基本原理。实际上它是一个分析系统,由铁谱仪和铁谱显微镜组成。
(1)铁谱仪
铁谱仪是制备铁谱基片的装置,它的结构与工作原理简图如图69所示,它由磁铁装置、微量泵、铁谱基片和胶管支架等所组成。铁谱仪工作时,先将微量泵的流量调至使分析油液沿基片连续稳定流动为宜,玻璃基片安放在高强度、高梯度的磁铁装置上端并与水平面成一定倾斜角,这样可沿油流方向形成一逐步增强的高强度磁场,同时又便于油液沿倾斜的基片向下流动,从玻璃基片下端经导流管排入废油杯中。油样中的铁磁性金属磨粒在基片上流动时受到高梯度磁力、液体黏性阻力和重力联合作用,按尺寸大小有序地沉积在玻璃基片上,磨粒在磁场中磁化后相互吸引而沿垂直于油样流动方向形成链状条带。各条带之间磁极:又相互排斥而形成均匀的间距而不会产生叠置现象。铁谱基片上再经四氯乙烯溶液洗涤、清除残余油液和固定处理后便制成了可供观察和检测的铁谱片。
铁谱片的磨粒尺寸分布。用于沉积磨粒的玻璃基片又称铁谱基片,在它的表面上制有U形栅栏,用于引导油液沿基片中心流向下端的出口端到废油杯。
(2)铁谱显微镜
铁谱显微镜是一种双色光学显微镜。配用双色显微镜或扫描电子显微镜(SM)的原因是磨粒中的金属磨粒不透明,而各种化合物、聚合物磨粒以及外来的污染颗粒是透明或半透明的。应用普通显微镜难以清楚地观察与鉴别。铁谱双色显微镜具有透射(绿色)和反射(红色)两套照明系统,两个光源可单独使用也可以同时使用,使分析鉴别功能大为加强。铁谱显微镜配有光密度计和铁谱读数器,可对铁谱基片同时进行定性定量分析。它还同时带有摄影装置,可方便地观察记录在谱片上的磨粒的尺寸分布、形态、表面形貌、成分及数量等情况 。
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