专利名称：油样磨粒制谱仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及对悬浮在油样中的微小颗粒进行采集以用于测试、分析的仪器。
目前，对机械设备进行磨损状态监测与故障诊断的一个重要手段就是采用铁谱技术。它通过定期取样、分析、检测润滑油或燃油、液压油中的固体磨损颗粒(以下简称磨粒)的数量和形态，从而在不停机、不拆机的情况下实现对机械设备的磨损状态监测与故障诊断。但目前已在使用的各种铁谱仪不同程度地存在以下问题(1)在制谱过程中一般只能采集到油样中的磁性磨粒，而对非磁性磨粒或其它性质的磨粒则往往采集不到，而且在制谱过程中需要进行大量的手工操作、自动化程度差，因此对同一油样所制得的各次谱片及其分析结果受许多随机因素的影响，重复性较低；(2)由于不能采集到油样中的非磁性磨粒，目前一般只用于对润滑油进行分析，而液压油、燃油中因有大量的非磁性磨粒，应用效果差；(3)系统为开放式，而制谱过程中所用的清洗液往往具有毒性，因此对操作人员及环境造成污染。
本发明的目的在于提供一种既能采集磁性磨粒又能采集非磁性磨粒的制谱仪；而且还能进一步做成封闭式的制谱仪。
本发明所提出的具体技术方案如下以旋转式铁谱仪为基础，将制谱基片与衬片一起通过夹具平置于转台上，转台内放置的环形磁铁至少为两个、同心反极安装，衬片上开有至少一圈小孔、位于磁铁与转台之间的空隙处，转台下部有泄油孔；制谱基片采用滤膜制作。
将上述结构封闭安装在一个壳体内，电机安装在壳体外部，壳体下方有储液箱，储液箱与真空泵相连，并有管路分别与壳体、油样瓶、清洗液瓶相连且管路上有阀门，油样瓶、清洗液瓶还分别通过管路与壳体相连，转台下部的泄油孔与储液箱相通，壳体与储液箱之间亦有泄油管相通。
对上述装置进行自动控制的系统其硬件结构为温控系统、键盘接中央处理器CPU的输入端；RST接复位按钮；CPU的高位地址线接译码器的输入端，译码器的输出分别选通存储器ROM、RAM以及两个I/O接口，低位地址线分别与存储器ROM、RAM以及两个I/O接口相连，进行片内寻址；CPU的数据线分别接存储器ROM、RAM以及两个I/O接口的数据线；两个I/O接口的输出分别连接指示灯、数码管和两个驱动器。
控制系统的软件流程为开机后首先进行温控选择——“是”则进入自动加热程序，当油样加热到预定温度时进行基片种类选择，确定后进入自动操作程序，完成加样、冲洗、干燥等流程后重新回到开机状态；“否”则继续进行自动选择——“是”则进行基片种类选择，确定后进入自动操作程序，完成加样、冲洗、干燥等流程后重新回到开机状态；“否”则进入手动操作程序，进行转速、时间等参数的设置和操作类型的选择，待确定后完成所选定的流程，然后重新回到开机状态。
附
图1.制谱仪的基本结构示意图。
附图2.环形磁铁的配置及磁场分布示意图(以三个磁铁的配置为例)。
附图3.衬片上的小孔位置及谱片上的磨粒分布示意图。
附图4.封闭式制谱仪的系统结构示意图。
附图5.制谱仪的控制系统之硬件框图。
附图6.制谱仪的控制系统之软件流程图。
本发明所提出的制谱仪的基本结构由制谱基片1、衬片2、转台4、环形磁铁6和电机7所组成，制谱基片与衬片合在一起通过夹具平置于转台上，基片在上、衬片在下，基片可采用滤膜或玻璃制作，衬片宜采用刚性材料制作，转台内放置的环形磁铁至少为两个、同心反极安装，衬片上所开的小孔3位于最外圈的环形磁铁的外径与转台的内径之间的空隙处，转台下部有泄油孔5。其工作原理为当油样滴到制谱基片上时，由于转台旋转所产生的离心力作用而使其沿径向扩散，同时由于基片下方的环形磁铁所产生的磁场作用而使磁性磨粒沉积，这个过程与普通的旋转式铁谱仪的相同；不过，普通的两个环形磁铁配置的结构有可能造成磨粒在磁场区域中的堆积，不利于对磨粒形态进行定性分析，若采用三个环形磁铁配置的结构，则能使磁场区域加宽、磨粒分布面积扩大，便于在显微镜下进行观察(在制谱过程中由于磨粒本身的流动性和所受磁力大小的影响，使得大磨粒主要沉积在内环而小磨粒主要沉积在外环，即附图中的A区和B区)；当油样继续扩散到达磁场外侧、即附图中的C区时，若基片采用滤膜制作，则由于衬片上所开小孔的泄漏作用，使得油样主要在此处漏下、而油样中的非磁性磨粒则留在滤膜上(所采集的非磁性磨粒的最小颗粒由滤膜本身的孔径尺寸决定)，形成磨粒沉积的第三环(若基片仍采用玻璃制作，则与普通的旋转式铁谱仪类似，只是磁性磨粒的分布区域扩大)；从衬片小孔中泄漏下的油样沿转台底部的泄油孔流出。制谱时基片和衬片同时安装在转台上的夹具内，当对磨粒进行观察、分析时，将两者同时从转台上取下而安装在显微镜下的同样夹具内，因此谱片的中心极易找准。
将上述结构封闭安装在一个壳体8内，壳体上有可以开启的盖子，以便放置和取出基片和衬片；电机7可以安装在壳体下方的储液箱10上，电机轴9穿过壳体与转台相连；储液箱连接一台真空泵14，并有管路分别与壳体8、油样瓶11、清洗液瓶13相连，管路上有阀门15以控制管路的开通量，油样瓶、清洗液瓶还分别通过管路与壳体相连。因此，制谱过程可通过以下四个操作步骤来实现(1)开机首先开动真空泵，然后打开油样瓶和清洗液瓶与储液箱之间的阀门，并且调节壳体与储液箱之间的阀门使壳体中的压力Pb大于储液箱中的压力Pa，这时因油样瓶和清洗液瓶中的压力Pc和Pd与储液箱中的压力Pa相等，在Pb的作用下形成从壳体流向油样瓶和清洗液瓶的气流，从而对油样起到搅拌作用、并阻止清洗液流向壳体；(2)加样关闭油样瓶和清洗液瓶与储液箱之间的阀门，同时打开转台开关，这时Pc和Pd逐渐恢复原有压力从而大于Pb，油样和清洗液即流向壳体内，使稀释了的油样滴在转台上的制谱基片上，并进行磨粒沉积的过程；(3)清洗打开油样瓶与储液箱之间的阀门，此时油样停流而清洗液继续流向壳体内的制谱基片上，对制得的谱片进行冲洗； (4)干燥打开清洗液瓶与储液箱之间的阀门，清洗液亦停止流动，谱片被甩干后关闭转台开关。由于采用了封闭式的结构，并通过真空泵建立了系统的压差，使得制谱过程可以通过泵和阀门、开关的启闭来控制，为实现自动化操作打下了基础；此外，转台下部的泄油孔与储液箱相通(可利用中空的电机轴作为泄油孔和连接通道，或者另外设置管路将泄油孔与储液箱连通)，因此转台内部的压力Pe等于储液箱中的压力Pa，而转台外部的压力即Pb，这样也就在基片的上表面和衬片的下表面之间形成压差，使基片和衬片一起被吸附在转台上的夹具内而不需要采取其它的固定措施。为使油样具有足够的流动性，可在油样瓶的下方设置加热部件12(如控温电炉)，以便在温度较低时对油样进行加热。
为提高自动化程度，对上述制谱仪可采用单片机系统或微机系统等进行控制。其硬件结构为温控系统、键盘接中央处理器CPU的输入端；RST接复位按钮；CPU的高位地址线接译码器的输入端，译码器的输出分别选通存储器ROM、RAM以及两个I/O接口，低位地址线分别与存储器ROM、RAM以及两个I/O接口相连，进行片内寻址；CPU的数据线分别接存储器ROM、RAM以及两个I/O接口的数据线；两个I/O接口的输出分别连接指示灯、数码管和两个驱动器。整个系统的工作过程为系统的监控程序固化在ROM中；由温控按钮、键盘按键选定参数，输入到中央处理器CPU进行处理；然后CPU输出控制信号，通过I/O接口控制指示灯、数码管和驱动器的动作；驱动器再控制电机和继电器工作，从而由电机带动转台、继电器驱动阀门和开关工作。
对于上述控制系统所设计的软件流程如下开机后首先进行温控选择——“是”则进入自动加热程序，当油样加热到预定温度时进行基片种类选择，确定后进入自动操作程序，完成加样、冲洗、干燥等流程后重新回到开机状态；“否”则继续进行自动选择——“是”则进行基片种类选择，确定后进入自动操作程序，完成加样、冲洗、干燥等流程后重新回到开机状态；“否”则进入手动操作程序，进行转速、时间等参数的设置和操作类型的选择，待确定后完成所选定的流程，然后重新回到开机状态。该软件流程可以完成三种控制功能(1)温度控制功能开机后打开加热部件的开关，对油样进行加热，当油温达到预定值时才启动制谱仪，按预定的参数值完成整个操作过程；(2)自动运行功能直接启动制谱仪，按预定的参数值完成整个操作过程；(3)手动运行功能可以根据实际需要进行参数调整或进行某一单项操作过程。
本发明的具体实施例如下转台外径为50mm，衬片为铝材，其上的孔径为1mm、两圈，环形磁铁用3个，电机采用步进电机，电机轴为中空状、将转台泄油孔和储液箱相连，储液箱与壳体之间的压差为10Pa，CPU采用8031，译码器为139，存储器分别为2764和6264，I/O接口采用8155。
综上所述，本发明所提出的制谱仪能够将油样中的磁性和非磁性磨粒全部采集，而且利用真空设备和自动控制系统使得整个操作过程实现自动化，因此大大提高了用同一油样所制得的各次谱片的重复性，并且使液压油、燃油系统亦能通过油样分析进行运行状况的监测；封闭式的结构既能使有毒的清洗液不会挥发到空气中，还可以将储液箱中收集的废液进行集中处理，因此解决了环境污染问题。所以，本发明与以往的各类铁谱仪相比有了较大的进步，给铁谱技术在实际生产现场中的广泛应用创造了条件。
权利要求
1.一种油样磨粒制谱仪，包括电机、转台、环形磁铁、制谱基片等，其特征在于将制谱基片(1)与衬片(2)一起通过夹具平置于转台(4)上，转台内部放置的环形磁铁(6)至少为两个、同心反极安装，衬片上开有至少一圈小孔(3)、位于磁铁与转台之间的空隙处，转台下部有泄油孔(5)；制谱基片采用滤膜制作。
2.如权利要求1所述的油样磨粒制谱仪，其特征在于将转台、制谱基片与衬片、环形磁铁等封闭安装在一个壳体(8)内，电机(7)安装在壳体外部，壳体下方有储液箱(10)，储液箱与真空泵(14)相连，并有管路分别与壳体、油样瓶(11)、清洗液瓶(13)相连且管路上有阀门(15)，油样瓶、清洗液瓶还分别通过管路与壳体相连，转台下部的泄油孔与储液箱相通，壳体与储液箱之间亦有泄油管相通。
3.如权利要求1或2所述的油样磨粒制谱仪，其特征在于设置了自动控制系统，其结构为温控系统、键盘接中央处理器CPU的输入端；RST接复位按钮；CPU的高位地址线接译码器的输入端，译码器的输出分别选通存储器ROM、RAM以及两个I/O接口，低位地址线分别与存储器ROM、RAM以及两个I/O接口相连，进行片内寻址；CPU的数据线分别接存储器ROM、RAM以及两个I/O接口的数据线；两个I/O接口的输出分别连接指示灯、数码管和两个驱动器。
4.如权利要求3所述的油样磨粒制谱仪，其特征在于控制系统的软件流程为开机后首先进行温控选择——“是”则进入自动加热程序，当油样加热到预定温度时进行基片种类选择，确定后进入自动操作程序，完成加样、冲洗、干燥等流程后重新回到开机状态；“否”则继续进行自动选择——“是”则进行基片种类选择，确定后进入自动操作程序，完成加样、冲洗、干燥等流程后重新回到开机状态；“否”则进入手动操作程序，进行转速、时间等参数的设置和操作类型的选择，待确定后完成所选定的流程，然后重新回到开机状态。
全文摘要
本发明涉及对悬浮在油样中的微小颗粒进行采集的仪器。它以旋转式铁谱仪为基础,将制谱基片1与衬片2一起置于转台4上,衬片上开有小孔3,基片采用滤膜制作,从而将油样中的磁性和非磁性磨粒全部采集;再将它们做成封闭式结构,并通过真空系统和控制系统实现制谱过程的自动化,可以大大提高采用同一油样多次制谱的重复性,并且使液压油、燃油系统亦能进行油样分析,同时解决了制谱过程的环境污染问题。
文档编号G01N15/02GK1257999SQ98111620
公开日2000年6月28日 申请日期1998年12月18日 优先权日1998年12月18日
发明者左洪福, 干敏梁, 吴惠祥, 邱根良, 江涌 申请人:南京航空航天大学