[发明专利]PQ仪分析铁磁磨粒的方法、数据处理系统及包含其的PQ仪

说明书

本发明公开了一种PQ仪分析铁磁磨粒的方法、数据处理系统及包含其的PQ仪。首先利用PQ仪分别测试待测样品的“均匀分布”状态与“均匀沉积”状态的PQ指数；然后利用PQ指数计算得到测量沉均比；再利用沉均比获得所述样品的PQ指数与铁磁磨粒含量的计算关联系数；最后利用公式获得所述样品的铁磁磨粒含量。本发明不仅可以弥补PQ仪的传统检测方法无法检测出铁磁磨粒含量的缺点，也可以大致判断样品中铁磁磨粒的尺寸范围，且具有更高的铁磁磨粒含量检测精度，对于大尺寸磨粒检测也有很好的灵敏性，拓宽了PQ仪的使用和研究范围，也使油液分析中磨粒检测方法更加科学、多样。

技术领域

本发明涉及铁磁磨粒分析技术领域，更具体地，涉及一种PQ仪分析铁磁磨粒的方法、数据处理系统及包含其的PQ仪。

背景技术

大量关于磨损及磨粒形成的机理研究表明不同种类的磨粒具有相对固定的形态特征，通过对润滑油中金属磨粒的尺寸、数量和材质等进行检测识别，能够判断发动机的磨损部位及磨损程度，进而对发动机进行针对性的保养维护，这对提高发动机工作的可靠性具有重要意义。目前国内外研究中，PQ指数和磨损铁磁颗粒含量是目前用于大型设备，特别是承受冲击载荷的大型机械，如齿轮箱、液压油缸及柴油机缸套-活塞环等的异常磨损的最为常用的现场或实验室的方法，比如使用PQ仪对风电机组齿轮油中的铁磁磨粒进行定量、定性分析可以有效预警滚动轴承磨损和预防设备事故，在大型机组状态监测中有着重要意义。

ASTM D8120-17和NB/SH/T6023-2020规定了油液检测中铁磁物质检验方法的相关标准。旋转式离子定量仪(简称PQ仪)使用离线粒子定量(通常称为PQ)磁强计来监测机械中的磨损趋势。PQ仪基于电磁感应原理，从机器提取的油样在如图1的仪器传感线圈的磁通场中，会因铁磁材料的存在而引起磁场的量变，从而给出一个相对数值，即PQ指数或铁磁性磨粒含量，其具体原理如下。图1所示PQ仪内部线圈结构的主要部件由3个线圈组成，分别是激励线圈1、感应线圈2和平衡线圈3。感应和平衡线圈分别在激励线圈两端等距离处且阻抗相等。当给激励线圈1通入交变电流时，在线圈的两端附近会出现相同分布的发散磁场，由于感应线圈2和平衡线圈3与激励线圈1同轴排列且在两端等距离对称位置上，理论上会感应出两个相等的信号。靠近感应线圈2一端设有测试平面5，当没有样品或被测油样中铁磁性颗粒含量为零时，感应和平衡两线圈输出相等；当含有铁磁颗粒的被测油样靠近测试区域时，由于油样中铁磁性颗粒具有小磁矩的作用，使得激励线圈1靠近感应线圈2一端的发散磁场发生变形，导致感应线圈2产生的感应信号比平衡线圈3产生的感应信号要大。两线圈的输出不平衡，使感应线圈2和平衡线圈3之间的输出信号产生差异，经过差异信号放大、比较、整形和积分等相关换算，就可以表征出样品内铁磁性颗粒的铁磁性大小，通过对此信号大小的识别，可得到样品中铁磁性物质的一个相对数值含量(如PQ指数)。然而，这一指标与线圈感应体积内铁磁材料的浓度、大小和空间分布有关，因此检测精度较低，且同一时间只能反馈单一数据信号(PQ指数或铁磁性磨粒含量)。

一般情况下实际油样中的磨损铁磁性颗粒含量是不可知的，基于电磁感应原理，使用三组线圈的PQ仪可以得到PQ指数但是却无法得到铁磁性磨粒含量；而市面上使用两组线圈的插入式铁量仪可以检测铁磁性磨粒含量，但检测精度较低。目前使用PQ仪可以对齿轮疲劳寿命下齿轮润滑油的铁含量和颗粒度进行检测是通过对油液中的PQ指数和颗粒度进行最小二乘法拟合三阶多项式的方法拟合及预测。但这种方法只是证明了使用PQ指数方法对磨损预测的可行性，这一过程中并没有解决仪器检测过程中受到线圈感应体积内铁磁材料的浓度、大小和空间分布影响而导致精度极低的缺点，也没有完善让实验人员同时得到PQ指数以及样品中铁磁性磨粒含量多种数据的方法，可以说传统的铁磁物质检测操作方法对实际设备的磨损故障判断效果还没有达到最优化。

发明内容

为了解决铁磁物质检测仪器只能检测单一数据结果，且检测精度低，会受到样品中铁磁物质尺寸大小、浓度等因素的影响，本发明提出一种通过使用PQ仪对样品进行二态测试的方法，使得操作人员可以同时获得PQ指数与铁磁性磨粒含量，提高了使用PQ仪对大尺寸磨粒的检测效果，也拓宽了这一类检测设备的使用和研究范围。