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)鍵的檢測工具，在油液監(jiān)測領(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)測中的應(yīng)用，以及中科諦聽在這一領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢與創(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。
在潤滑系統(tǒng)中，相對移動(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)測污染元素或添加劑元素變化來識別。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。
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，因此可通過識別和測定譜線強(qiáng)度來分析元素成分及濃度。但由于被測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)射光譜相對簡單，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。其大型電容器對電極充電，使石墨盤電極和棒電極產(chǎn)生巨大電勢差，當(dāng)電勢差達(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，使被測油樣在放電間隙氣化及等離子化，激發(fā)出特征光譜。
工作時(shí)，被測油樣置于小油杯，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)級微處理器及軟件控制下，通過信號放大器和時(shí)鐘電路定時(shí)讀取光電轉(zhuǎn)換信號，經(jīng)模數(shù)傳感器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號（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（PPM），檢測結(jié)果可直接顯示或打印，完成一個(gè)油樣檢測后即可進(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)測市場占據(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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