來源：英力監(jiān)測

前瞻

在現(xiàn)代工業(yè)中，幾乎不可能有一臺機器不使用旋轉(zhuǎn)元件。例如，在機械系統(tǒng)中，軸承通常是旋轉(zhuǎn)運動的必備部件，齒輪在傳遞動力時也是必不可少的。旋轉(zhuǎn)機械(如發(fā)動機、齒輪箱、渦輪機)在航空、能源、陸/海/空運輸和制造業(yè)等許多行業(yè)中已成為必不可少的。人們一直希望保證它們的健康，以提高機械系統(tǒng)的可靠性，同時避免昂貴的維護和不必要的停機。因此，實施狀態(tài)監(jiān)測，獲取用于判斷旋轉(zhuǎn)機械健康狀態(tài)的指示性信息，就變得至關(guān)重要。

目前用于旋轉(zhuǎn)機械的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)主要包括振動監(jiān)測、熱成像和油液分析。振動監(jiān)測可以監(jiān)聽機械結(jié)構(gòu)故障引起的“噪聲”，適用于由滾動面組成的系統(tǒng)元件的監(jiān)測。然而，振動的原因是復(fù)雜的，因此所產(chǎn)生的信號不能毫無困難地解釋和理解。熱分析也能有效地指示旋轉(zhuǎn)機械的嚴重故障。但由于溫度變化的遲滯和衰減，這種技術(shù)往往對系統(tǒng)的健康狀況不敏感。此外，無論是振動監(jiān)測還是熱成像，都很難察覺到故障早期的異常變化，更不用說故障前的嚴重磨損。相比之下，大多數(shù)旋轉(zhuǎn)機械都有潤滑系統(tǒng)，以減輕接觸表面的摩擦和磨損。潤滑油攜帶大量與機械系統(tǒng)摩擦學(xué)行為相關(guān)的副產(chǎn)物，可以直接報告沾油部件的磨損情況。正如選擇血液測試來輔助疾病診斷一樣，油液分析可以為旋轉(zhuǎn)機器的即將發(fā)生的故障提供診斷和預(yù)后。此外，由于潤滑油在整個系統(tǒng)中流動，潤滑油狀態(tài)監(jiān)測可以在一個位置監(jiān)測所有油潤滑元件，這是其他技術(shù)所不具備的優(yōu)勢。因此，旋轉(zhuǎn)機械金屬磨損顆粒的在線監(jiān)測一直是研究的熱點。

意義

目前，潤滑油狀態(tài)監(jiān)測主要分為兩大類:潤滑油性質(zhì)分析和潤滑油碎屑監(jiān)測。前者可用于揭示潤滑油內(nèi)部的污染或潤滑油性能的惡化。后者側(cè)重于對磨損產(chǎn)生的顆粒進行分析，這些顆粒可以指示磨損的程度和趨勢。研究表明，潤滑油中出現(xiàn)的磨粒與摩擦副的摩擦學(xué)特性密切相關(guān)，其大小和濃度與磨損嚴重程度成正比，可作為反映旋轉(zhuǎn)機械健康狀態(tài)的良好指標。微觀層面的異常磨損是宏觀層面機械失效的前兆，磨損碎片的典型尺寸在10-100 um范圍內(nèi)，每個尺寸范圍內(nèi)的濃度加速增長和磨損顆粒的組成可以用來確定故障發(fā)生的位置。此外，磨損機制的顯著不同導(dǎo)致了這樣一個事實，即磨損碎片的形態(tài)特征是確定發(fā)生了哪種磨損類型并推斷其發(fā)生原因的關(guān)鍵證據(jù)。特別是近年來，由于集成電路的跨越式發(fā)展和軟件技術(shù)的爆發(fā)，磨損顆粒形態(tài)分析備受關(guān)注。鑒于這些事實，檢測磨損碎片的能力對于緩解部件劣化和實現(xiàn)預(yù)測性維護非常有意義。

在過去的幾十年里，研究報道了一些用于離線分析或在線監(jiān)測的油屑裝置。離線測量設(shè)備，如原子光譜儀和鐵譜儀能夠提供關(guān)于旋轉(zhuǎn)機器健康狀態(tài)的準確、詳細和全面的信息，這些方法被廣泛接受，并且仍然是潤滑劑狀態(tài)監(jiān)測中最常用的工具。然而，這種策略必須通過定期采集油樣來實現(xiàn)，這既耗時又耗費人力。此外，離線油分析無法提供實時信息，分析結(jié)果的滯后可能使操作人員無法對突發(fā)故障采取補救措施。因此，實驗室取樣后的檢測已逐漸不能滿足狀態(tài)維護的需求。在線油屑傳感器(在線傳感器:主回路監(jiān)測，在線傳感器:旁路監(jiān)測)能夠自動、實時、連續(xù)地獲取有關(guān)旋轉(zhuǎn)設(shè)備健康狀況的信號，正在被廣泛尋求。

原理

鐵和鋼等鐵合金在組成旋轉(zhuǎn)機械的材料中占有相當大的比例。此外，摩擦副表面還經(jīng)常采用含有銅、鉻、錳等特殊金屬材料的抗磨涂層，以減輕旋轉(zhuǎn)部件的磨損。就物質(zhì)對外加磁場的響應(yīng)而言，這些金屬材料可分為三類，包括鐵磁性、順磁性和抗磁性。

鐵磁材料具有較大的相對磁導(dǎo)率(例如碳鋼~100)，當它們被磁化時，可以生成一個與外部磁場具有相同的極性的磁場，生成磁場的磁通密度可達原磁場的數(shù)倍。對于順磁性材料，在外部磁場的作用下，也能產(chǎn)生與外加場方向一致的磁場。但由于磁導(dǎo)率較小(如鋁合金~1.000022)，產(chǎn)生的磁場較弱，其擾動可以忽略不計。與這兩種材料相反，抗磁性材料在磁場中會產(chǎn)生與外加磁場相反的磁場，因為它們的磁導(dǎo)率小于1(例如銅~0.999994)。另一方面，當存在交變磁場時，金屬材料內(nèi)部會激發(fā)閉合感應(yīng)電流，即渦流。渦流產(chǎn)生一個與現(xiàn)有磁場相抗衡的磁場。因此，外部磁場將會減弱。

       英力監(jiān)測的MPS2000和2008系列金屬磨損顆粒油液在線監(jiān)測傳感器恰好滿足了以上的需求。MPS產(chǎn)品采用先進的多組電感線圈原理用于檢測潤滑油中的金屬磨損顆粒。多組線圈繞在空心筒管上作為MPS的傳感元件。如圖所示。當金屬顆粒被油流引入感應(yīng)線圈時，由于磨損碎片對線圈磁場的擾動，感應(yīng)量發(fā)生變化。對于鐵磁顆粒，較高的相對磁導(dǎo)率使磁通量增加，而渦流有減小磁通量的趨勢。由于渦流隨激勵頻率的增加而增強，低頻下的總磁通量由磁導(dǎo)率決定，導(dǎo)致電感增大。相反，如果順磁或抗磁金屬顆粒與應(yīng)用磁場耦合，當它通過感應(yīng)區(qū)域時，線圈的電感會下降，原因有兩個:1)渦流在高頻時起主導(dǎo)作用;(2)磨粒相對滲透率之間的相關(guān)性可以忽略不計。根據(jù)傳感器輸出信號的相位，檢測到的磨損碎片可以分為兩組:(a)鐵磁顆粒(例如鑄鐵，鋼)，(b)順磁和抗磁顆粒(例如銅，鉻，鋁)。這也意味著磨損碎片的材料，如黑色金屬和有色金屬碎片，可以通過傳感器區(qū)分。此外，由于傳感器的滲透率和導(dǎo)電性較小，對氣泡和水滴不敏感。實驗結(jié)果表明，在內(nèi)徑為12mm的管道內(nèi)，MPS能夠檢測40um鐵磁性金屬顆粒和150um非鐵磁性金屬顆粒。