[发明专利]一种油膜厚度的超声测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声检测技术，特别是指一种用于测量两个接触表面之间油膜厚度的超声检测方法。

背景技术

工业生产中，任意两相互接触的表面作相对运动时均会发生摩擦。摩擦的存在会导致机械功率降低，磨损增大，严重的时候甚至会导致机械损坏。防止摩擦磨损的唯一方法，就是采用某种技术或物质让两接触面分开。使用最早而且也是最简便的方法是在摩擦表面间加润滑剂。通常所说的“机械润滑”就是用润滑剂来隔开两摩擦表面，防止它们直接接触。润滑剂可以是流体，也可以是固体。最理想的情况下，有效的润滑可以把摩擦系数减小到1.0×10^-4量级，并把磨损率降低到零。

流体润滑是机械润滑中常用的一种润滑方式，它是在两个相对运动的摩擦表面之间形成具有一定压力的流体薄层，能够将两接触表面完全隔开，并依靠流体压力来平衡零件所受的外载荷。

流体润滑按润滑介质的不同可分为气体润滑和液体润滑。其中气体润滑用空气、氢气及氦气等气体作润滑剂。而液体润滑以矿物油等液体作为润滑剂，并根据润滑膜的形成机理还可以进一步分为静压润滑和动压润滑。液体静压润滑是借助外部设备，向摩擦表面间供给具有一定压力的润滑油，依靠润滑油的压力将两个表面分开，从而避免两表面的直接接触。动压润滑则是依靠摩擦表面间的相对运动，将具有一定粘性的润滑油带入收敛间隙，因液体的动压作用在油膜内部产生压力以平衡外载荷，并使液体形成足够厚的油膜将两工作表面完全隔开。表1列出了几种润滑类型的油膜厚度和摩擦系数的大致范围。

表1

润滑油的主要作用是降低摩擦表面的摩擦及磨损，但由于工业机械使用的范围很广，各种机械队润滑油的要求除了要满足降低摩擦、磨损的主要要求外，还有一些随着工作环境、工作条件不同而提出的特殊要求。因此，润滑油随着使用要求的不同分为很多种。表2列出了几种润滑油的性能。

表2

随着工业生产效率的不断提高，以及科学技术水平的不断发展，工业生产设备，军事装备以及科研仪器中的某些设备承载能力越来越大，设备的运行速度也向着高速和超高速方向发展，因此设备的润滑状况越来越恶劣。由于高的表面比压，大的载荷冲击以及表面间的线速度，导致油膜变的很薄，极易破损，使得接触面处于干摩擦状态，接触面的温度显著升高与磨损明显加剧，最终导致设备不能正常工作，严重情况下将导致设备停止工作，引起重大事故及人员伤亡。而当油膜过厚时，又会导致工作过程中出现漏油现象，承载能力下降，工作不稳定等现象。由此可见，合适的油膜厚度是机械设备能否正常工作的一个关键因素。

电学和光学方法能成功测量出油膜厚度，但是它们均存在着一定的不足。电学方法需一个导电的平面或一个完全电隔离的接触单元来安装传感器；光学方法的主要缺点是两个接触体之一必须用透明材料制成，测量中，这就需要与油膜接触的实体是透明的或者实体上留有传递光束的窗口，这与机械零件的实际工况有较大差别。所以电学方法和光学方法一般用于实验室中，在工业领域中还没有得到广泛的应用。针对电学和光学方法测量膜厚的局限性，提出了超声检测技术。

超声检测技术是利用超声来进行各种检测和测量的技术。广义地讲，超声检测包括超声工业检测和超声医学诊断。其中，超声工业检测又包括了超声工业检验和超声工业测量两个方面。超声工业检测是利用超声进行介质和部件内部缺陷的探测，其中包括金属与非金属原材料内部缺陷的探测，粘结或焊接缺陷的探测和地层缺陷的探测，通常称为超声无损探伤。

超声工业测量，是利用待测的与介质特性和状态有关的非声学量(如液体的密度、粘度、浓度、流量、液位和固体的致密度、晶粒度、弹性、硬度、粘结强度、厚度、应力以及温度等)于描述介质声学特性的超声量(如声速、衰减、声阻抗等)之间存在的关系，通过这些超声量的测定来分析介质的特性、评价介质质量和测出某些与工程有关的参量。

当一股声波入射到两种不同介质的接触面时，一部分声波发生透射，一部分声波会发生反射。反射的部分与入射声波的比值定义为反射系数，记为R。反射系数R由界面两侧介质的声阻抗决定