激光遮光技術(shù)在船舶油液污染度檢測中的應(yīng)用開發(fā)

汪航，陳衛(wèi)海

（長江武漢航道工程局，武漢 430014）

1 油液污染度檢測儀的現(xiàn)狀

船舶，特別是工程船舶，應(yīng)用的油液非常廣泛，一般有：液壓油、潤滑油、汽輪機(jī)油（透平油）、齒輪油、發(fā)動(dòng)機(jī)油等。油液的清潔度品質(zhì)對各系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行非常重要，據(jù)統(tǒng)計(jì),有75%以上的液壓系統(tǒng)故障和50%以上的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行故障和油液的污染度有關(guān)。

目前進(jìn)口的油液污染度檢測儀非常昂貴，大多在人民幣十幾萬一套，售后維修也很麻煩，開發(fā)一套簡單實(shí)用的油液污染度檢測儀非常必要。

2 油液污染度檢測儀的原理

油液污染度檢測儀是用于檢測油液中的固體顆粒的數(shù)量和大小,檢測的油品種類有航空煤油、礦物油、合成油、磷酸脂油、液壓油、潤滑油、變壓器油、汽輪機(jī)油（透平油）、齒輪油、發(fā)動(dòng)機(jī)油等。

油液污染度檢測儀最核心的部件，也就是“心臟”，就是“油液顆粒傳感器”。傳感器分為國產(chǎn)的和進(jìn)口的，國產(chǎn)的傳感器價(jià)格大約在2000—3000 元左右，而進(jìn)口的傳感器大概是國產(chǎn)價(jià)格的10 倍，以德國的傳感器為最好。國產(chǎn)和進(jìn)口的傳感器測試原理都是“遮光法”（俗稱激光法、光阻法），測試原理相同。

檢測儀應(yīng)該有盡量多的測試標(biāo)準(zhǔn)，大部分公司生產(chǎn)的儀器只有三種常用標(biāo)準(zhǔn)，不同的油品選用的標(biāo)準(zhǔn)是不同的，負(fù)責(zé)任的廠家會(huì)把 ①NAS1638 ②ISO4406③GJB420A ④GJB420B ⑤SAE749D ⑥SAE4059E 這6種標(biāo)準(zhǔn)全部放在儀器里供用戶選擇，我們碰到很多廠家儀器買回去后發(fā)現(xiàn)沒有他們需要的標(biāo)準(zhǔn)，又把儀器退還給廠家，要求廠家重新安裝他們需要的標(biāo)準(zhǔn)，這樣來回折騰，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。還有一種情況，檢測儀買回去，當(dāng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)是夠用的，一點(diǎn)問題也沒有，過了幾年，公司上了新的項(xiàng)目，使用了不同的油品，換了測試標(biāo)準(zhǔn)，這時(shí)發(fā)現(xiàn)所需的標(biāo)準(zhǔn)沒有，找生產(chǎn)廠家，廠家要收費(fèi)才愿意把軟件升級，所以，一開始選購時(shí)就盡量購買標(biāo)準(zhǔn)比較多的儀器，現(xiàn)在做的好的廠家內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)有6 種之多，這也是選購產(chǎn)品要考慮的重要因素之一。

在儀器的外觀電路上，最好選擇工控機(jī)做外設(shè)電路，工控機(jī)就是一臺(tái)小型電腦，處理數(shù)據(jù)快、準(zhǔn)、狠，測試結(jié)果比不采用工控機(jī)的設(shè)備測量精度要高、要快，存儲(chǔ)結(jié)果是硬盤存儲(chǔ)，可以存儲(chǔ)上十萬條結(jié)果，也可以用U盤導(dǎo)出來，軟件安裝非常方便。選設(shè)備，盡量選用使用工控機(jī)電路的儀器，也要盡量選用彩色觸摸屏且配件豐富，面板簡潔，使用方便的產(chǎn)品。使用帶有觸摸功能的彩屏，這樣就基本上沒有按鍵，要知道按鍵越多，按鍵壞的機(jī)率就越大，因?yàn)榘存I是易耗品，沒有按鍵，壞的機(jī)率就會(huì)大大減少；其次，配件越多，使用起來就越方便。第五點(diǎn)配件齊全：高壓軟管、低壓軟管、接頭螺母、U 盤，取樣瓶，觸摸筆，打印紙等等配件盡量多，這樣使用起來會(huì)方便很多。

3 PDT-I 型污染度檢測儀概述

我們開發(fā)的PDT-I 型污染度檢測儀，是一款便攜式油液污染度檢測設(shè)備；采用激光遮光原理工作；粒子在檢測元件中，利用激光進(jìn)行分類；測量值根據(jù)ISO4406:99/SAEAS4059E 得出。具有定時(shí)和監(jiān)測兩個(gè)模式。

定時(shí)模式下，設(shè)備一鍵操作，點(diǎn)擊開始監(jiān)測后自動(dòng)檢測120 秒，并顯示結(jié)果；監(jiān)測模式下，設(shè)備實(shí)時(shí)刷新并顯示當(dāng)前油液污染度、油溫等參數(shù)；

檢測油樣的采取有兩種方式：一種是離線取樣，通過取樣瓶取回待測液體后，通過設(shè)備自帶的透明膠管，開啟設(shè)備內(nèi)置油泵進(jìn)行循環(huán)檢測；另一種是現(xiàn)場在線取樣，通過設(shè)備自帶的測壓軟管連接帶壓力油路，測試嚴(yán)禁開啟油泵，靠壓力油進(jìn)出口壓差產(chǎn)生液體流動(dòng)檢測；

在線取樣時(shí)(通過測壓接頭直接連接管路)，對油液壓力波動(dòng)、流量波動(dòng)、油液大雜質(zhì)等有很高要求，在不能確保油液無可視雜質(zhì)的前提下，請勿使用在線檢測，大顆粒雜質(zhì)對設(shè)備核心部件產(chǎn)生損壞，影響測量準(zhǔn)確性。檢測儀在線測量時(shí)不可有壓力波動(dòng)，且流量應(yīng)處于50mL—350mL 之間的某一個(gè)穩(wěn)定值。鑒于在線取樣時(shí)要求較高，推薦使用第一種方式：離線取樣，此方法檢測精度高，操作要求低，同樣可以避免現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境和人員對設(shè)備產(chǎn)生的損壞。

3.1 設(shè)備組成

（1）硬件：設(shè)備出廠包括; OPDT-I 型便攜污染度檢測儀一臺(tái)、離線取樣膠管兩根、在線取樣軟管2 根、220V 電源連接線一根、防護(hù)箱一個(gè)、使用說明書一份、出廠合格證一張。

（2）軟件：污染度檢測儀通過金屬鈕子開關(guān)和觸摸屏操作，觸摸屏內(nèi)置操作運(yùn)算軟件。

3.2 技術(shù)參數(shù)

使用介質(zhì)：礦物油，潤滑油；

介質(zhì)溫度：5℃——40℃(推薦)；

外部供電：AC220V；

電池供電：DC24V；電池容量：5AH；

設(shè)備功率：180W（離線取樣）；10W（在線取樣）；

最大壓力：20MPa；

測量范圍：ISO 4406 等級號 10-22；NAS4—NAS12；

測量精度：±1（對于ISO 等級號）；

測量通道：4μm；6μm；14μm；21μm；（符合ISO 4406 標(biāo)準(zhǔn)）

許用粘度：VG10--VG68；

許用流量：50—350ml/min 穩(wěn)定的流量和壓力；

對外接口：在線取樣時(shí)對外接口為M16*2 測壓接頭；

設(shè)備外形：背面布局。

背面布局：

正面布局：觸摸屏、電量顯示、指示燈、開關(guān)。

3.3 操作說明（離線取樣）

（1）設(shè)備連接：取出污染度檢測儀，放置穩(wěn)固平坦位置，分別連接隨機(jī)膠管至檢測儀背面的離線取樣口，取樣進(jìn)油口管徑8，取樣出油口管徑6；連接220V 電源線，開啟儀器背面的開關(guān)，燈亮起表示設(shè)備已經(jīng)通入220V 交流電。

（2）取油樣不少于1L，分別用兩個(gè)潔凈取樣瓶各裝一半，蓋好取樣瓶，確保清潔，靜置4 小時(shí)后確保無肉眼可視顆粒和氣泡方可進(jìn)行檢測。

（3）取出一瓶油樣，將離線取樣膠管的吸油管放入取樣瓶，將出油管放入一個(gè)空容器內(nèi)，開啟油泵，觀察是否有油液進(jìn)入管理循環(huán)，長時(shí)間未用開油泵時(shí)，可能回油吸空噪聲，待油液填滿吸油管后噪聲消除，若吸油管油液無吸入跡象，則關(guān)閉油泵檢查管路連接是否到位，任然無法吸油油液則需向吸油管內(nèi)灌入待測油樣后再行運(yùn)行油泵；待油管內(nèi)氣泡排除，無明顯氣泡后將吸油管和出油管均放入第一瓶油樣內(nèi)，進(jìn)行循環(huán)沖洗設(shè)備，時(shí)長不低于5 分鐘。

（4）確保管路無氣泡后，關(guān)閉油泵，將第一瓶油樣內(nèi)吸油管和出油管快速移入第二瓶油樣內(nèi)，盡量分開吸油口和出油口，吸油口盡量往下；開啟油泵、檢測開關(guān)打開，亦可開啟充電開關(guān)，給電池充電。

（5）此時(shí)操作觸摸屏幕，點(diǎn)擊監(jiān)測模式，可以實(shí)時(shí)查看串油結(jié)果，一般需至少串油5 分鐘后結(jié)果穩(wěn)定才能認(rèn)為是最終值。此時(shí)可以直接打印結(jié)果，亦可通過定時(shí)模式，點(diǎn)擊開始檢測，系統(tǒng)自動(dòng)120 秒后出檢測結(jié)果。

3.4 軟件界面及操作

（1）定時(shí)模式：顯示數(shù)據(jù)有流動(dòng)指數(shù)、上次結(jié)果、啟動(dòng)檢測流動(dòng)指數(shù)顯示為百分比，推薦范圍為8%——70%，流動(dòng)指數(shù)和油液粘度有關(guān)（離線取樣），和壓差大小有關(guān)（在線取樣）；上次結(jié)果顯示為上一次測量的結(jié)構(gòu)，點(diǎn)擊啟動(dòng)檢測后，系統(tǒng)將倒計(jì)時(shí)120 秒，產(chǎn)生結(jié)果報(bào)告。

（2）監(jiān)測模式：監(jiān)測模式顯示油液溫度、流動(dòng)指數(shù)、目標(biāo)等級，實(shí)時(shí)結(jié)果以及超標(biāo)顆粒指示。當(dāng)流動(dòng)指數(shù)閃爍時(shí)，說明流動(dòng)指數(shù)異常，要根據(jù)實(shí)際數(shù)值考慮增加流量、減少流量、增加油溫等措施。目標(biāo)NAS 為用戶設(shè)定的期望值，可以點(diǎn)擊黃色方框設(shè)置；顆粒濃度超標(biāo)指示內(nèi)的對應(yīng)顆粒大小的指示燈可以使用戶知道是哪一種顆粒濃度超標(biāo)（紅色），顯示結(jié)果有ISO、SAE 及NAS三種標(biāo)準(zhǔn)。

（3）數(shù)據(jù)打?。荷蠄D內(nèi)改變記錄間隔可以改變歷史記錄的間隔時(shí)間；“記錄”處于ON 時(shí)數(shù)據(jù)開始記錄，最多記錄100 條；任何界面下均可點(diǎn)擊數(shù)據(jù)打印，即可打印當(dāng)前狀態(tài)下的測量結(jié)果。

3.5 操作注意事項(xiàng)

（1）污染度檢測儀為精密測量元件，須做好設(shè)備防護(hù)及保養(yǎng)；設(shè)備核心部件為激光元件，勿私自拆卸，以免發(fā)生光電傷害。

（2）在線檢取樣時(shí)(通過測壓接頭直接連接高壓系統(tǒng))，對油液壓力波動(dòng)、流量波動(dòng)、油液大雜質(zhì)等有較高要求，在不能確保油液無可視雜質(zhì)的前提下，請勿使用在線檢測，大顆粒雜質(zhì)對設(shè)備核心部件產(chǎn)生損壞，影響測量準(zhǔn)確性。檢測儀在線測量時(shí)不可有壓力波動(dòng)，且流量應(yīng)處于50mL—350mL 之間的某一個(gè)穩(wěn)定值。

（3）對于大多數(shù)用戶而言，建議使用離線取樣，即通過取樣品將待測液體帶回辦公室通過污染度檢測儀內(nèi)置泵進(jìn)行循環(huán)檢測，此方法檢測精度高，操作要求低，同樣可以避免現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境和人員對設(shè)備產(chǎn)生的損壞；采用透明瓶進(jìn)行取樣，建議取樣不小于1000mL，且在取得最終檢測試樣之前應(yīng)用取樣口油液對取樣瓶進(jìn)行最少一次的沖洗。離線檢測前，油液樣品應(yīng)該確保油液內(nèi)無肉眼可視雜質(zhì)以及氣泡；離線測試前將樣品分成均等兩部分，一部分用于循環(huán)沖洗檢測儀內(nèi)部及排除氣泡，另一部分用于最終測量。連接220V 電源，將循環(huán)軟管放入沖洗樣瓶內(nèi)（吸油粗管盡量和出油細(xì)管管口上下分開），僅開啟循環(huán)泵，觀察循環(huán)油管內(nèi)油液流動(dòng)情況（嚴(yán)禁長時(shí)間無油情況下運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)泵），待管內(nèi)充滿油液且無氣泡后，關(guān)閉循環(huán)泵，將油管放入最終測試樣瓶，依次打開循環(huán)泵和檢測開關(guān)，等待2 分鐘后開始檢測。

4 結(jié)論

這款新型實(shí)用的PDT-I 型油液污染度檢測儀，成本低廉、簡單實(shí)用，操作簡便，測試數(shù)據(jù)可以打印存儲(chǔ)，維修方便，完全可以替代進(jìn)口的昂貴的同類產(chǎn)品。