里 Ｙｉｎｇｙｏｎｇ Ｊｉａ。¨ｕ 自动颗粒计数器在液压油污染度检测中的应用 刘广平 （重庆交通大学，重庆４０００７４） 摘要：以目前业内广泛使用的油液污染度检测设备——遮光型液体自动颗粒计数器为例，介绍了其工作原理与过程、主要性能指标以及 国内外的发展情况等方面，详细讨论了各种性能指标对自动颗粒计数器的选择和使用的重要性。 关键词：颗粒计数器；污染度：检测 在液压系统中，液压油既是润滑剂又是功率传递介质，而液压 当液流中没有颗粒污染物，前置放大器的输出电压为一定值，即小 油的污染问题已成为液压技术发展和系统故障频繁出现的主要障 碍。其中固体颗粒是液压系统中最普遍、危害最大的污染物。目前 常见的固体颗粒污染度的测定方法有重量法、显微镜计数法、自动 颗粒计数法（遮光型）、铁谱技术。 自动颗粒计数器是目前分析油液中污染物的主要工具之一， 它可以测定油液中污染物的浓度及尺寸分布，并且测定结果的准 确性对系统的维护以及可靠性的提高有着很重要的意义。因而被 广泛应用于航空、电力、冶金、机械等领域的液压设备中。 １ 固体颗粒污染物的来源 由于工程机械工作环境恶劣，受到的载荷变化多样，外界的杂 质污染物经常以多种方式混入到油液中，其中颗粒污染物对于整 机的影响最为突出。 通常，液压系统颗粒污染源有３种：（１）在维修装配过程中，金 属、铁屑、灰尘沙石等进入系统产生的“装配污染物”；（２）液压系统 工作中，颗粒存在于运动副表面并随之继续加速磨损产生切削磨 损、疲劳磨损、黏着磨损、冲蚀磨损，造成磨料和磨粒磨损的连锁反 应，从而产生“生成污染物”；（３）通过液压系统的密封元件即各种 间隙从外界侵入的颗粒、灰尘，产生“吸入污染物”。＿ｌ ２固体颗粒污染物的危害 固体颗粒进入液压系统后，使液压系统油液中的颗粒浓度（或 污染度）不断升高，容易形成磨料磨损而降低液压油的润滑性能、 冷却性能。当系统污染度超过一定值后，就会造成系统卡死、停机， 甚至系统报废。因此固体颗粒是液压系统中最普遍、危害最大的污 染物。 ３ 自动颗粒计数器的组成和基本原理（遮光型） 常见的国内外自动颗粒计数器有遮光式和电阻式两大类，其 中遮光式的颗粒计数器具有计数速度快、精确度高和操作简便等 优点，本文就普遍使用的遮光型做一介绍。 ３．１基本组成 遮光型颗粒计数器的组成是由遮光传感器（内含光源、光电转 换器、放大器）、放大器、比较器、计数器、微处理器、显示器、键盘、 触摸屏、ＲＳ２３２接口、打印等组成。 ３．２颗粒计数器工作原理及工作过程 原理：是基于光电检测元件（遮光传感器——光电二极管）工 作特性为原理的一种自动计数器，其基本的检测工作原理图如图１ 所示。它主要是通过遮光传感器接受被颗粒遮挡后的光通量，由于 颗粒遮挡了部分光线，光电转换器靶面上接到的光能量就变弱，并 将之转换成电信号，经前置放大器传输到计数器，并与预先已经设 定好的阈值或者基准电压比较，然后进行计数。最后通过ＰＣ输出 测量结果并打印。 过程：当被测油液通过以透光材料为基体的液流通道时，激光 光源发射一束光，通过传感区（检测区），照在光电转换器靶面上。 于等于基准电压，所以不产生脉冲电压、不计数；当流动的液体中 含有颗粒时，检测光量被遮住，接受光电转换器上的光量减弱，前 置放大器的输出产生一个脉冲，脉冲经过放大器放大后变成幅度 更大的脉冲，然后与基准电压比较，比较器就输出一个计数脉冲。 （其中脉冲电压的个数代表颗粒数目，其幅度反映了颗粒的大小 （粒径））计数器将计数结果送到微处理器，微处理器记下该数目， 并送显示器加以显示。因此就可以准确测量出颗粒的数量和尺寸 的分布情况。 图１激光遮蔽式自动颗粒计数器 ｌ一光源２一液流通道３一窗口４一光电二极营 ４ 自动颗粒计数器关键参数指标 ４．１ 传感器的分辨率 遮光传感器的作用是将颗粒的尺寸转换成相应的电脉冲，并 应产生相同的脉冲幅度，但是由于传感器、连接机构以及电器元件 的生产设计等因素的影响，颗粒产生的电压信号有差异，从而影响 了颗粒计数结果的准确性。“传感器的分辨率’’这一特性指标准确 地反映了计数器的测量结果。 ＧＢ／Ｔ １８８５４－－２００２给出了分辨率的定义和计算方法。ｆ３ 公式如下式（１）： ， ——— Ｒ：一１Ｏ０Ｖｓ￣－Ｓ；（１） ｄ 式中，Ｒ为分辨率；Ｓ，为颗粒计数器测得标准粒子的视在标准偏 差；ｓ，为该标准粒子给定的标准偏差；ｄ为该标准粒子的直径。 通过公式（１），可得颗粒计数器测得的视在标准偏差Ｓ 与给 定的标准偏差ｓ，越接近，分辨率数Ｒ越小，传感器的分辨率越高。 则差异越小，测量精度高。 ４．２重合误差极限 在利用颗粒计数器测定油液的污染度时，液体中的颗粒应在 一个合适的浓度范围内，即在所用传感器的浓度极限范围内测定。 如果样液的污染浓度高于所用传感器的浓度极限，就会有两个或 者多个颗粒同时通过传感器的窗口，从而引起计数误差，该误差称 Ｙｉｎｇｙｏｎｇ Ｊｉａｏｌｉｕ——Ｉ 为叠合误差。这时，所测得的油液污染度并不能反映油液真实的污 新型油液污染度检测设备呈现高精度、便携式、分析范围大、 染程度，而是低于油液的真实污染度。 并可在线检测等特点的发展趋势。面临有关新国际标准的制定和 当污染浓度低于极限值时，污染浓度与颗粒计数器的测值结 颁布，将会对国内油液污染控制技术的应用和发展起到巨大的推 果基本上是线性增加关系；当污染浓度高于极限值时，污染浓度与 动作用。密切注意国际动向，了解国际技术的发展情况，积极地采 颗粒计数器的测值结果并不继续线性增加关系，这说明如果颗粒 取相应对策，加快我国与国际标准的接轨，以促进相关行业技术的 的污染浓度太大，颗粒计数器的实测值与真实值之间就会存在误 发展。 差，且实测值低于真实值。重合误差极限越高，颗粒计数器可检测 ６结语 的浓度范围越大，适用度越好。 叠合误差的确定在国际标准ＧＢ／Ｔ １８８５４－－２００２给出了具体 遮光型自动颗粒计数器在油液污染度检测方面发挥着重要的 方法。通过绘制实测颗粒计数平均值ｘ与理论浓度Ｎ之间的关系 作用，它具备快速、便携、准确的颗粒尺寸分析手段和许多不可比 曲线，利用最小二乘法计算出Ｏ％～４Ｏ％稀释样液的线性回归方程 拟的优点，但是也会受到传感器元件的性能、操作规程和手段等影 曲线与从Ｏ％～ｌ５Ｏ％的线性回归方程线，然后加以比较，得出两条 响。任何形成光学界面的成分，例如乳化液、两相液体、液体混合 曲线的交点即为叠合误差。 物、含水和外来液体的油基液体以及空气等，都将被当作颗粒记录 ４．３尺寸的校准与鉴定 下来。 由于颗粒尺寸的多样性和不规则性，为了保证数据的准确和 减少检测的误差，必须要有一个标准尺寸作为基准，当前根据 【参考文献】 ＮＩＳＴ标准悬浮液给定的粒径和计数值，找到颗粒计数器的合适阈 ［１］马丽英，曹源文，归少雄．液压油污染度自动监测技术研究．重庆交 值，在该阈值下，颗粒计数器测得的计数值与ＮＩＳＴ标准悬浮液的 通大学学报（自然科学版），２００７（８） 计数值吻合。根据此原则进行数据取样（即找一系列阂值点），找出 ［２］曲丹丹，张志军，薛剑英，等．液压油污染度的检测设备——颗粒计 阈值和颗粒实际尺寸的关系，然后绘出校准曲线。 数器（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｃｏｕｎｔｅｒ，简称ＳＰＯ．石油仪器，２００５，４（２） ［３］国家标准ＧＢ／Ｔ １８８５４－－２００２液压传动液体自动颗粒计数器的校准 ５我国自动颗粒计数器的发展前景 目前，国内市场虽然也有国产的台式机型，如天津罗根的 ＬＪ１５０型颗粒计数器，但是由于我国所制定的油液污染的有关标准 收稿日期：２０１０—０３—２２ 并没有得到广泛推广，也使得我国在颗粒计数器方面整体技术水 作者简介：刘广平（１９８２一），男，陕西宝鸡人，助教，主要从事工程 平上与国外公司仍然存在相当差距。 机械方面的教学、研究。 （上接第２１７页） ４温度过高类故障 题。后来经过仔细检查，发现触摸屏的压力数据有时稳定、有时紊 （１）检查变频器的通风情况，变频器工作时风机必须投入运 乱的现象，咨询西门子公司技术员后，发现原来是我们将屏蔽层两 行，且冷却风机的进风口不允许有任何阻塞。 端都接地的原因，当将屏蔽层拆除一端后就一切正常了，随后使用 （２）检查环境温度，变频器内部是大功率的电力半导体元件， 了１年多也没再出现过频繁起动、切换的现象。 极易受工作温度的影响，为了保证其工作安全、可靠，使用时工作 总之，变频器的常见故障中，外围原因引起的故障所占比例较 温度应控制在４０℃以下。如果现场温度过高可采用增加排风扇冷 大。在日常维护时，应注意检查电网电压，改善变频器、电动机及线 却的方法来处理。 路的周边环境，定期消除变频器内部灰尘，通过加强设备管理与Ｆｔ ５变频器产生的干扰及解决方法 常巡检最大限度的降低变频器的故障率。同时做好运行及故障记 录注意分析故障发生时的负载状态，操作过程、故障现象等都十分 电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测 重要，以利于日后的工作。 信号等弱电信号受到干扰，严重时使系统无法得到正确的检测信 号或使控制系统紊乱。 【参考文献】 处理方法：（１）输入线路要尽量短。（２）配线时避免和动力线接 ［１］西门子ＭＩＣＲＯｌｄｌｄＡＳＴＥＲ４４０使用大全．２００３ 近，信号线与动力线分开配线，把信号线放在有屏蔽的金属管内， ［２］变频器应用手册［Ｍ］．第２版．机械工业出版社，２００２ 或者动力线和信号线分开距离要在４０ ｃｍ以上。（３）使用屏蔽线 ［３］变频器基础及应用［Ｍ］．冶金工业出版社会，１９９７ 时，屏蔽层只一端接地。因为若两端接地，由于接地电位差在屏蔽 层内会流过电流而产生干扰，因此只要～端接地即可防止干扰。 收稿日期：２０１０—０３—１８ 如我们公司的ｌ套恒压供水设备，所控制的４台１５ ｋＷ电动 作者简介：章仁荣（１９７７一），男，浙江临海人，助理工程师，研究方 机存在频繁起动、切换的现象，对参数进行检查也不是参数的问 向：变频器故障维修。 机电信息２０１０年第１２期总第２５８期２２１