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油液光譜儀技術(shù)深度解析:中科諦聽的探索與應(yīng)用

2025年01月10日 15:20 來源:廣東中科諦聽科技有限公司

中科諦聽油液光譜儀:原子發(fā)射光譜技術(shù)于油液監(jiān)測(cè)的深度剖析

在現(xiàn)代工業(yè)的復(fù)雜機(jī)械體系中,設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行高度依賴于潤滑系統(tǒng)的良好狀態(tài)。油液光譜儀作為一種關(guān)鍵的檢測(cè)工具,在油液監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著核心作用,其通過原子發(fā)射光譜法(OES)精準(zhǔn)測(cè)定油樣中各類元素濃度,為設(shè)備維護(hù)提供關(guān)鍵依據(jù)。本文將深入探討基于旋轉(zhuǎn)盤電極法的原子發(fā)射光譜技術(shù)在油液監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用,以及中科諦聽在這一領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與創(chuàng)新實(shí)踐。


自第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后,美國科羅拉多州丹佛市鐵路部門開展柴油發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的原子發(fā)射光譜分析工作,利用石墨電極間高壓電弧激發(fā)油樣元素原子,分析其特征譜線,開啟了油液光譜分析的先河。如今,油液元素光譜分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于氣輪機(jī)、柴 / 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、齒輪箱、壓縮機(jī)及液壓系統(tǒng)等眾多采用閉環(huán)潤滑系統(tǒng)的設(shè)備油液監(jiān)測(cè)。


在潤滑系統(tǒng)中,相對(duì)移動(dòng)的工件表面產(chǎn)生的微小磨損顆粒會(huì)混入潤滑油液。這些顆粒的元素成分及濃度與設(shè)備磨損程度緊密相關(guān),例如腐蝕、嚴(yán)重磨損及燒蝕等異常狀況會(huì)使特定元素濃度急劇上升。同時(shí),油液污染、混用及老化也可通過監(jiān)測(cè)污染元素或添加劑元素變化來識(shí)別。通過將元素分析結(jié)果與設(shè)備關(guān)鍵零部件選材綜合分析,還能精準(zhǔn)判斷設(shè)備磨損位置。

中科諦聽油液光譜儀:原子發(fā)射光譜技術(shù)于油液監(jiān)測(cè)的深度剖析


光譜分析技術(shù)基于每種元素的原子結(jié)構(gòu)。在外界能量激發(fā)下,原子會(huì)發(fā)射特定波長(或顏色)的光,即特征譜線,且不同元素特征譜線不重合。特征譜線強(qiáng)度與元素濃度成正比,因此可通過識(shí)別和測(cè)定譜線強(qiáng)度來分析元素成分及濃度。但由于被測(cè)材料通常包含多種元素,激發(fā)時(shí)會(huì)發(fā)射多種波長光,需借助棱鏡等分光器件將其分散,以便分析。如氫元素發(fā)射光譜相對(duì)簡(jiǎn)單,而鐵元素外層電子躍遷復(fù)雜,發(fā)射光譜也更復(fù)雜。在實(shí)際光譜分析中,需綜合考慮譜線強(qiáng)度及與其他元素特征譜線的干涉情況,選取合適的特征譜線來測(cè)定元素成分及濃度,這就要求原子發(fā)射光譜儀具備高精度、可靠的光學(xué)系統(tǒng)。


原子發(fā)射光譜儀主要由激發(fā)源、光學(xué)系統(tǒng)和讀出系統(tǒng)三個(gè)核心部件組成。在基于旋轉(zhuǎn)盤電極技術(shù)(RDE OES)的油料光譜儀中,激發(fā)源通過放電原理工作。其大型電容器對(duì)電極充電,使石墨盤電極和棒電極產(chǎn)生巨大電勢(shì)差,當(dāng)電勢(shì)差達(dá)到放電條件時(shí),在盤電極與棒電極縫隙處產(chǎn)生高壓放電,瞬時(shí)溫度可達(dá) 5000 - 6000 攝氏度,足以充分激發(fā)難激發(fā)元素,使被測(cè)油樣在放電間隙氣化及等離子化,激發(fā)出特征光譜。


中科諦聽油液光譜儀:原子發(fā)射光譜技術(shù)于油液監(jiān)測(cè)的深度剖析


工作時(shí),被測(cè)油樣置于小油杯,石墨盤電極部分浸在油樣中并旋轉(zhuǎn),持續(xù)將油樣傳送到放電間隙,實(shí)現(xiàn)連續(xù) “燒樣”,每次 “燒樣” 約需 1 - 2ml 油樣。為防止交叉污染,每個(gè) “燒樣” 過程需全新石墨盤電極和修整良好的棒電極。


油樣等離子化產(chǎn)生的發(fā)射光譜經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)采集、區(qū)分和量化計(jì)算。該光學(xué)系統(tǒng)中的衍射光柵是特殊設(shè)計(jì)的凹面球狀光柵,表面精確刻線能依據(jù)不同波長光的衍射角度差異,將包含多種元素發(fā)射光譜的多色光分離成獨(dú)立、非連續(xù)的特征譜線。分光器(球面光柵)安裝在羅蘭圓上,激發(fā)出的光經(jīng)光纖、入射狹縫、透鏡聚焦到衍射光柵,光柵將多色光分離為單色光后,由光電倍增管(PMT)或電荷耦合元件(CCD)進(jìn)行定量分析。


在設(shè)計(jì)油料光譜儀時(shí),光譜范圍選取至關(guān)重要。部分元素特征譜線位于深紫外光譜范圍,而紫外光在空氣中易被吸收,因此需將光學(xué)系統(tǒng)置于真空室或注入惰性氣體(如氬氣),確保特征譜線能到達(dá)光柵并投射到光電器件。隨后,讀出系統(tǒng)在工業(yè)級(jí)微處理器及軟件控制下,通過信號(hào)放大器和時(shí)鐘電路定時(shí)讀取光電轉(zhuǎn)換信號(hào),經(jīng)模數(shù)傳感器(ADC)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)(光密度),再與校準(zhǔn)曲線直線插補(bǔ)計(jì)算,得出元素濃度等級(jí)(PPM),檢測(cè)結(jié)果可直接顯示或打印,完成一個(gè)油樣檢測(cè)后即可進(jìn)行下一個(gè)。


中科諦聽在油液光譜儀研發(fā)領(lǐng)域深耕多年,其產(chǎn)品在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電極材料與結(jié)構(gòu)優(yōu)化、數(shù)據(jù)處理算法等方面不斷創(chuàng)新。憑借先進(jìn)技術(shù)和豐富經(jīng)驗(yàn),中科諦聽的油液光譜儀能夠?yàn)楣I(yè)設(shè)備提供更精準(zhǔn)、可靠的油液監(jiān)測(cè)服務(wù),有效幫助企業(yè)降低設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),延長設(shè)備使用壽命,在工業(yè)油液監(jiān)測(cè)市場(chǎng)占據(jù)重要地位,為推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步貢獻(xiàn)重要力量。


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