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    3  机器油液分析：从实验室到随行系统

    机器油液分析在许多商业部门和军事机构已经非常普遍，当前的努力方向是推动传统油液分析概念和技术向实时油液分析领域过渡。实时机器油液分析是非常重要的机器状态监控概念和维修工具，其对机器管理和油液使用的直接贡献是：预报机器失效，减少机器停车，延长机器寿命；发挥油液潜力，优化油液使用，降低油液消耗。

3.1  机器油液分析实验室的现代概念

    传统油液分析的目的包括两个基本方面：油液质量控制和油液品质识别。为满足各种不同的使用目的和要求，目前油液分析实验室大抵采取如下三种组织形式：

（1）商业油液分析实验室（或后方基地油液化验室）

（2）野战油液化验室（车）

（3）便携式简易油液化验箱

    一般地，由商业油液分析实验室（或后方基地油液化验室）执行的离线式非现场机器油液分析比较普遍，其在实际应用方面的主要特征是：

    油液样品采集和得到分析结果之间存在较长的时间间隔；

    油液样品的采集和检测需手动操作完成；

    油液分析数据的解释存在困难，即不能提供机器管理和油液使用的明确行动建议。

    离线式非现场机器油液分析基本上仍然采用传统的油液理化性质指标，除了作为生产和质量管理的控制参数外，它们不能完全反映油液的使用性能和内在质量变化，因而在机器状态和油液品质之间缺乏必要的联系方式和手段。机器油液分析参数和机器油液分析系统能够建立这种联系。根据应用目的和场合不同，现代机器油液分析实验室具有不同的技术内涵和配置形式，其基本特征表现为：

    (1)     机器油液分析实验室正在向着能够提供实时和在线服务的生产现场（商业机器油液分析）或一线战场（军事机器油液分析）推进，这对油液分析仪器的微型化、集成化和智能化提出了全新要求；

    (2)     机器油液分析仪器功能多样化和执行过程自动化；

    (3)     机器油液分析信息处理智能化和信息共享网络化。

3.2  机器油液分析实验室的管理形式

    美军建立了比较完备的军用机器油液分析实验室管理形式。国防部成立了联合油液分析计划技术支持中心（Joint Oil Analysis Program-Technical Support Center, 简称为JOAP-TSC），负责协调陆军油液分析计划（Army Oil Analysis Program，简称为AOAP）、海军油液分析计划（Navy Oil Analysis Program，简称为NOAP）和空军油液分析计划（Spectroscopic Oil Analysis Program，简称为SOAP）。在JOAP-TSC的协调和指挥下，依靠基层和基地油液化验室的支持，美军正在建立具有各个军种自身特色的油液分析计划，并期望以此为基础最终建立统一和完善的三军联合油液分析计划，其实施过程的主要内容包括：

(1)     建立油液分析计划的概念体系；

(2)     实现油液分析计划的框架概念；

(3)     筹划建立包含报警极限值的油液分析数据库系统和数据通讯系统。

3.3  机器油液分析实验室的技术指向

    现代机器油液分析实验室以新油液、在用油液和更生油液的组成与性质分析为基本任务，其终极目标是建立数字化机器油液分析系统（硬件和软件）或e-机器油液诊断与预报系统，包括：

    (1)     建立快速、智能化机器油液分析仪器或分析系统；

    (2)     建立机器油液质量规格体系，包括质量控制规格和质量识别规格；

    (3)     建立机器油液分析信息提取和处理的智能化系统；

    (4)     建立机器油液分析信息接收、发送与管理的计算机管理与网络化系统。

4  实时油液分析传感器

4.1  实时油液分析传感器的设计要求

    对实时油液分析传感器的要求因使用方式而不同，如要求嵌入式传感器能够全时感受油液循环系统的全部实际物理化学变化，而对在线式传感器则不要求其能够感受油液循环系统实际物理化学变化的真实值。一般地，实时油液分析传感器设计的核心问题是：
（1）电路系统和构造简单、可靠、体积小，不受机器震动的影响。
（2）由于所设计的传感器与油液过滤器、发动机机体、油液储器和循环油路联接，应当容易在任何发动机、齿轮箱或液压系统上安装，且不需要对机器系统做出改动；
（3）使用过程中容易进行重新组合；
（4）能够满足不同OEM各自的要求。

    为了满足原位油液诊断与预报的要求，在技术上应当考虑以下方面：

·  根据平台/系统观点考虑需要性；

·  将预报学方法引入整个系统或平台；

·  制造更加机敏、便宜和耐用的传感器；

·  在合适和可行情况下，增加功能强化的传感器；

·  应用传感器熔合技术组合来自多个传感器的数据。

    可以看出，传感器的制造和应用是建立机敏型机器油液诊断与预报系统的关键方面。

4.2 商品化真实时油液分析传感器

    真实时油液分析传感器具有多种形式，它们采用不同的技术确定油液状态，因此检测油液的能力各不相同。表1列举了数种具有不同工作原理和诊断功能的商品真实时油液分析传感器。

                                                   表1 真实时油液分析传感器

商品名	工作原理/测量参数	油液诊断功能	备注
Kavlico Oil Quality Sensor®	介电常数	油液化学 系统污染（水）	测量温度
Lubrigard® Dielectric Sensor	介电常数（高频率）	油液化学 系统污染（水）	测量温度
Foster-Miller Oil Condition Monitor®	FTIR光谱	油液化学（抗氧剂损耗，TAN） 系统污染（水，燃料/冷却剂） 油液错用。	通过PCMCIA卡与安装数据采集软件的外部P C机连接。
GasTOPS MetalSCAN® Debris Monitor	磁线圈组件（magnetic coil assembly）	机器磨损/系统污染（黑色和有色金属或非金属颗粒）	根据尺寸和形状将颗粒物分类。
Smiths Industries Inductive Debris Monitor®		机器磨损/系统污染（黑色和有色金属或非金属颗粒）	不受温度、流速和气泡的影响
Smiths Industries Quantitative Debris Monitoring	磁流场（magnetic flux field）作用	机器磨损（磨屑数量）	俘获的磨屑可作进一步分析
Smiths Industries Electric Chip Detectors	磁场对铁磁性颗粒的吸引力；颗粒连通电极产生报警信号。	机器磨损	俘获的磨屑可作磨损机理和磨屑来源分析
Vickers Tedeco Electromesh® Indicating Screen	铁磁性和非铁磁性颗粒连通“网线”之间的电路产生“开关”作用	机器磨损	以信号“开关”形式检测和预报大颗粒
In-line XRF	XRF光谱	油液化学（添加剂元素） 机器磨损（磨屑元素）	定量检测12种元素（ppm）
Pall Water Sensor	油液电容随水饱和度变化	水分相对饱和度（与温度、老化程度、添加剂损耗和污染等有关）	油液温度

    工业部门投入了大量时间和资金推动机器油液分析进入实时领域。虽然传感器开发的巨大进步已经使机器油液状态的完全实时监控成为可能，但制造一台功能齐全的实时机器油液分析仪器还存在着许多挑战。就表1列举的真实时油液分析传感器而言，尚需在以下方面作出努力：

    进一步测试嵌入式XRF光谱仪和Foster-Miller公司的油液状态监控器（它们是实施三维机器油液分析的基本仪器），确定它们的真实工作能力。

    将近实时油液分析系统提升为真实时油液分析系统。

    研究将若干个实时油液分析系统组合成为一个全功能实时油液分析模块的可行性。

    显而易见，一个完整的机器油液分析系统与数据熔合和自动推理进行整合，必将极大地推动基于机器油液分析的视情维修（CBM）。