润滑油
在用油分析
有效的基于设备状态监测的预知性油液分析程序，必须能够通过 在用油分析 及时确定设备状态和润滑油状态。润滑油可用作将磨损碎片从磨损表面带走的诊断介质。因此，对磨损碎片的分析可以提供关于设备或 发动机内部零件状况的重要信息。 了解润滑油本身的状况是很重要的。润滑油规格对吗？粘度正确吗？被水、颗粒或其它化学物质污染了吗？
在现代的基于设备状态监测的在用油分析程序中，从预定的取样间隔内抽取一个样品或者某些情况下几个样品，送到实验室去分析。在分析的基础上，提供一份诊断报告 并向负责设备的人员提出建议。报告可能显示一切正常，也可能对潜在的问题提出警告，或提出具体的维护建议。从样本提取到诊断报告返回的整个过程，应该尽可能少的花费时间，以达到最有效的效果。如果样品被送到外部实验室， 几天甚至几周后才能收到检测报告，这将降低维护程序的有效性，因为设备可能在报告回来之前就已经停止运转了。许多环境下，如海洋或近海石油和天然气勘探 ，将样品送到实验室几乎是不可能的，也不切实际。
在现代的油液分析程序中，所生成和收集的数据也被用作定期维护参考。这些报告可以是统计性质的，为管理人员提供项目的有效性、维修部门的效率、设备维修状况、反复出现的问题，甚至是关于不同润滑油性能的信息及见解。军队必须随时准备好装备，所以跟踪维修是关键。美国海军陆战队使用便携式油液分析设备 来维护他们的重型车辆，并且通过减少不必要的润滑油更换和在灾难性故障来临之前解决问题，节省了大量资金。
25年来，我们一直在为用户提供在用油分析仪器，甚至完善的油液分析系统。包括设备和润滑油状况分析所需的所有仪器。基于这些年的经验，我们编写了一个全面的油液分析指南，涵盖了最佳实践，分析技术和案例研究。请下载我们的 油液分析手册.
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油液分析技术
油液分析中有几个参数通常用来确定油和设备的健康状况。在本节中，我们将描述每个参数以及通常是如何测量这些参数的。
粘度
粘度是润滑油最重要的物理性质。粘度决定了油的承载能力，以及油的流动性。任何润滑油及其应用都必须考虑高粘度的承载性和低粘度便于流通之间的平衡。除了润滑外，油还提供了好处，至关重要的是在所有条件下都能流动。当使用时，污染物，如水、进入滑油的燃油、氧化、煤烟都会影响粘度。因此，对机械系统中滑油来说，粘度测量是最重要的测量之一。
重力毛细管 – 用于测量运动粘度的最广泛使用的技术。该技术是使用温度控制的重力毛细管，对于单级油通常为40℃和多级油为40℃和100℃。使用毛细管粘度计的测量基于粘度和时间之间的关系。油粘度越大，在重力的影响下流过毛细管所需的时间越长。目前有几种标准化毛细管正在使用。大多数实验室仪器使用玻璃毛细管来进行粘度测量。运动粘度的现场测量的最新的进展是使用分离式铝质毛细管。
这些仪器设计为直流或反向流动毛细管。在直流毛细管中，样品池位于测量标记下方。在逆流类型中，储存器位于标记之上。反向流动毛细管允许测试不透明液体，一些可以具有三个检测传感器。具有三个传感器提供两个随后的流动时间并且提高测量可重复性。
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颗粒
颗粒计数是所有设备状态监测的关键环节，无论是由于外部污染还是设备磨损产生的颗粒，有许多工具可以监控并跟踪颗粒污染的数量和严重程度。选择哪种颗粒计数技术取决于具体的应用场景和颗粒的类型。例如，保持液压系统清洁非常关键，即使非常少的污垢进入也会堵塞执行器和阀门，从而导致系统过早失效。不同于液压系统，具有大量活动部件的齿轮和传动系统将能够承受更多的颗粒。
直接成像系统集成了配备有CCD阵列的固态激光器以实现粒子直接成像。激光源照亮样品，光学透镜将激光放大。CCD摄像机捕获样品的图像并将其存储在存储器中。
这些图像将被用来进行颗粒的形貌和尺寸分析。每个图像的等效圆直径或ECD将会被计算出来，并得出颗粒计数和尺寸分布情况以及ISO代码。除了颗粒形态外，直接成像系统还提供其它格式的颗粒计数输出， 但ISO 4406是最常见的一种。
激光光阻粒子计数器或光学粒子计数器（OPC）是用于在用油品分析的传统仪器。传统光阻粒子计数器的工作原理如下图所示。光源（通常是激光）穿过样品。光被粒子部分阻挡，到达光电探测器阵列的光变少，引起的电压变化与粒子面积成正比。光电探测器技术与车库开门器使用的原理相同。
孔堵塞颗粒计数器可以在现场实现在用润滑油的颗粒计数。其采用细网将颗粒积聚起来。这种颗粒计数器基于恒定流量或恒定压力设计。恒流仪器在保持流量恒定的情况下测量整个网格的压降。恒压仪器在保持压力恒定的情况下测量流量的变化。
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元素光谱
评估设备的磨损状况是状态监测的主要内容。用油设备在其整个使用寿命期间内都会产生磨损颗粒，磨损的性质和速度由于其初始磨损原因，最终报废诱因等种种因素的不同而相同。光谱可被用于检测磨损及其严重程度。光谱分析是可量化检测油样中元素的技术。光谱分析利用每个元素具有独特原子结构的特点。当受到能量激发时，元素都会发出特定波长的光。由于没有两个元素能发射出相同波长的光，所以可以据此区分这些元素。发射光的强度与样品中存在的元素量成正比，通过测定发射光的强度可以确定该元素的浓度。通常，这些技术的名字来源于其激发元素的方法。
放电是现代光谱仪中用于激发的典型方法。该激发方法旨在将电弧或火花中的能量传递给样品。油品检测分析光谱仪的两个电极之间会形成一个很大的电势。常用的电极有两种：固定钨或银电极;圆盘和棒状石墨电极。两者都在它们的间隙中对油样进行放电。电容器存储的电荷通过该间隙放电，产生高温电弧，使样品的一部分汽化，形成等离子体。该过程发出的光是由样品中存在的所有元素发出的。
另一种方法是使用X射线来激发样品。足够高能量的X射线会激发出元素内的电子。空位会被具有较高能级的电子填充。为了向下移动到较低的能级，这些电子会以发射X射线的形式降低能量。元素发射的X射线具有特有的能量。射线强度与元素浓度成正比。
火焰原子吸收光谱
原子吸收（AA）光谱仪是一种成本低但却具有出色灵敏度的光谱仪，通常在仅监测少数几种元素时使用。这种技术依赖于原子吸收，原子将吸收波长为它们在被激发时发出光的波长的光。可用溶剂稀释或酸消解制备油样，样品通过雾化器雾化并导入氧乙炔和一氧化二氮乙炔火焰中。辐射源，如空心阴极射线管，为被检测的元素提供光，光通过火焰被引导到探测器中。如果样品中不存在任何元素，则通过火焰并在检测器处检测到的光量是最大的。随着目标元素（来自油样）的浓度增加，光会被吸收，检测器检测量随之减小。如果样品中不存在任何元素，则通过火焰的光不会被吸收，并且可在检测器处测量到所有入射光。
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铁磁性磨损
大多数润滑油所作用的机器表面为铁合金。铸铁和钢合金的物理强度和耐磨性使其成为机器摩擦表面的优秀选择。润滑表面设计以缓慢且适度的速度剥离磨损颗粒。这些颗粒是由表面和润滑剂之间的磨损产生的，会在磨损表面末端形成恒定的再生层。
这些颗粒是细小的铁磁磨损颗粒，可指示油的污染程度。如果不按时更换润滑油，磨损表面上的力会导致正常润滑层破裂，进而产生更大更严重的铁磁颗粒。在这种情况下，润滑表面正常磨损机制会发生失效，导致更严重的粘合异常磨损情况。一旦磨损表面受到损坏，粘合力会变大，进而产生更大的颗粒，如果不加以处理，可能很快导致机器出现灾难性故障。油品分析人员可使用多种铁磁颗粒监测技术，以根据其获得的机器部件物理状态提出操作建议。
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红外光谱
众所周知，红外（IR）是一种非常通用的油液分析技术。红外光谱可以提供一系列油液特性信息，如污染、故障、添加剂包，流体识别等。在所有这些情况下油在红外光谱中对特定区域的响应进行加权，每一个都是被分析的特性所特有的。
润滑油的红外光谱依靠一个非常简单的方法。你观察到润滑剂的红外辐射是多少，与辐射的频率有关。润滑油吸收红外线辐射数量与辐射的频率有关。该图显示了典型润滑油的光谱。这就是我们从红外光谱中需要的-我们只需要确保获得一个准确的红外光谱。如你在图中所看到，不同的润滑剂类型和一般不同的润滑剂可以有非常不同的光谱。正是这些差异，我们把这些光谱转变成可用的信息。
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燃油稀释检测（表面声波传感技术）
燃油稀释到润滑油中会导致严重的发动机损坏。润滑油中的高剂量燃料(>2%)会导致粘度降低、润滑油降解、均匀性和氧化稳定性下降。燃料稀释是内燃机中最主要的润滑剂失效原因之一。通常是燃空比不当造成的。过度怠速、活塞环磨损、喷油器故障或接头松动也可能导致燃油稀释。
■ 表面声波传感
Spectro FDM 6000 燃油稀释仪使用表面声波传感器(SAW)，该传感器专门针对燃油蒸汽。在封闭的样品容器中，油中稀释的燃料量与处于平衡状态的封闭样品容器顶部的燃油蒸汽量成正比。
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油液检测参数
颗粒
颗粒计数是所有设备状态监测的关键环节，无论是由于外部污染还是设备磨损产生的颗粒，有许多工具可以监控并跟踪颗粒污染的数量和严重程度。选择哪种颗粒计数技术取决于具体的应用场景和颗粒的类型。例如，保持液压系统清洁非常关键，即使非常少的污垢进入也会堵塞执行器和阀门，从而导致系统过早失效。不同于液压系统，具有大量活动部件的齿轮和传动系统将能够承受更多的颗粒。
ISO洁净度代码代表油的洁净度。每个ISO代码表示每毫升液体的颗粒范围。表1显示了常见的ISO代码及其对应的粒子计数范围。
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总碱值/总酸值
总酸值
由于清漆和油泥的形成，润滑油中的酸性化合物浓度会升高，进而导致设备部件的腐蚀和过滤器的堵塞。在热力和空气作用下，润滑会产生老化，滑油的基础油和添加剂的分解会产生酸性副产物。总酸值（酸值）是润滑油中酸性物质的浓度。润滑剂的酸浓度取决于添加剂、酸性污染和氧化副产物的含量。有时，添加剂耗尽可能会导致新油的总酸值在一开始的时候出现下降。然而，随着时间的推移，油中的氧化副产物和酸性污染物的积累将会导致总酸值的增加。虽然在发动机应用中推荐使用总碱值(TBN)，但总酸值的检测对工业机械应用来说也是非常重要的。
总碱值
总碱值是对润滑油碱浓度的测量。发动机润滑油是由碱性添加剂配制的，用来对抗润滑油分解时聚集的酸性物质。润滑油总碱值水平测量是为了其能得到更好的应用。汽油机润滑油配制时，通常起始总碱值大约在5-10 mg KOH/g，而柴油机润滑油的工作条件比较苛刻，因此起始总碱值较高（15-30 mg KOH/g）。特殊的应用，如船用发动机，可能需要大于30 mg KOH/g。随着润滑油的使用，碱性添加剂逐渐被耗尽。一旦碱性添加剂的消耗超过一定限度，润滑油就不再发挥作用，而发动机也就存在产生腐蚀、油泥和清漆的危险。此时，就需要添加或更换润滑油。
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光谱分析
光谱学是用于检测和量化材料中元素成分的技术。光谱分析是基于每个元素具有独特的原子结构的事实来实现的。当样本吸收激励能量时，每个元素会发射出特定波长或颜色的光。如果通过使用诸如棱镜的分光元件来分散该光，就能产生线状光谱。由于自然界没有两个元素具有相同的谱线图案，我们可以通过分析谱线来识别样品中包含的每个元素种类。另外，发射光的强度与样品中存在的元素的量成比例，因而也可以据此确定该元素的浓度。
这些谱线对应单个元素的原子结构是唯一的。对于氢原子，原子序数为1，光谱相当简单（图1）。而原子序数为26的铁的光谱更为复杂，在光谱中出现了许多谱线，分别对应于多次发生的电子跃迁（图2）。如果样品中存在多于一种元素，则对于每个元素将出现明显不同波长的光谱线。这些线必须被合理地分开以便对样品中存在的元素进行识别和量化。为了实现这一点，需要光学系统。
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油中冷却液检测
乙二醇用于冷却汽车发动机和其他部件。乙二醇可以通过有缺陷的密封进入发动机油，并污染发动机油和传动液(如果使用了中冷器)。乙二醇是一种特别严重的石油污染物，实验室很难检测。根据油温的不同，乙二醇冷却剂可能会迅速分解或随着时间的推移而分解。这种不稳定性是确定测定真实乙二醇含量的主要挑战。也是现场测试和实验室测试经常不一致的主要原因。
在油取样后，立即使用FluidScan是检测油中乙二醇污染的最佳方法。另一个用来发现冷却剂污染迹象的测试是元素分析。元素分析是一种用于验证乙二醇是否已经进入润滑油的非常可靠的方法，因为冷却剂的痕迹会保留在油中，特别是金属有机腐蚀抑制剂，它们在乙二醇冷却剂中的浓度很高，但并不是原本油配方中的成分。通常将钠、硼、钾和硅添加到冷却剂中以抑制腐蚀。
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粘度
润滑油最重要的物理性质是粘度。粘度决定了油液的承载能力以及油液的流动性。 对于任何润滑油的选用，必须在加大承载能力的高粘度和 易于循环的低粘度之间的取得正确的平衡。除了润滑之外，油液在所有条件下都能流动是至关重要的。在使用时，污染物例如水，进入机油的燃 料，氧化和烟尘都影响粘度。因此，粘度测量是 机械系统中油液最重要的测试之一。 用于设备状态监测，运动粘度被定义为在重力作用下油液自身表现出的流动阻力。
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颗粒计数
测量油中颗粒的方法有很多，包括激光直接成像、光阻和孔隙堵塞。Spectro Scientific的产品涵盖了这三种技术。
激光直接成像-——LaserNet 200系列使用激光直接成像来进行颗粒计数和颗粒分类。它是最通用的粒子计数方法，具有以下优点:
- 适用于高污染度样品（≤5,000,000颗粒/毫升）
- 分辨率精确到1um
- 不需要校准
- 可实现磨粒自动分类
光阻法颗粒计数——Microlab系列集成了光阻颗粒计数器，常用于测量发动机、变速器和液压油。光阻法颗粒计数的优点在于：
- 精确控制污染
- 可便携
- 自动化程度高
孔堵塞颗粒计数——用于对机械设备中正在使用油液的现场颗粒计数。它们采用细网设计，颗粒积聚在网上。颗粒计数器基于恒定流量或恒定压力设计。 恒定流量系统在保持流量恒定的同时测量穿过网格的压降。恒定压力系统在保持压力恒定的同时测量流速的变化。FieldLab 58集成了孔堵塞颗粒计数器。孔堵塞颗粒计数器的特点：
- 不受添加剂和水的干扰
- 不受烟炱干扰
- 气泡不会影响测试结果
- 样品的颗粒被过滤器捕获之后，可以使用XRF（X荧光油料光谱分析仪）进一步分析它们的元素组成。
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铁磁性磨损
铁磁装置可以大致分为总铁磁含量监测仪和铁磁金属颗粒监测仪。总铁磁含量监测仪将测量油品中的铁磁金属的总含量，以指示出现更严重磨损的可能性。能否发现从正常磨损到严重或异常磨损的转变取决于设备的精度。在闭环润滑系统进行的定期采样会发现总铁磁含量逐步上升，直至系统更换润滑油。这些设备作为实验室和终端用户的优秀检测工具，测量快速且易于使用。
铁磁金属颗粒监测仪在识别关键磨损转换点和薄膜破裂等方面特别有用。它们是识别大型磨损颗粒并阻止其对机器和磨损表面进一步破坏的最重要的设备。
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烟炱
发动机机油的燃烧达不到100%，燃烧过程中会产生二氧化碳和水以外的其他产物。其中一种产物是烟炱。烟炱主要是碳颗粒，通常呈球形。随着烟炱含量的上升，烟炱颗粒开始聚集在一起，危险性也逐渐增加。随着烟炱含量的继续增加，颗粒聚集到一定程度会从油中析出，形成沉淀物。这种沉淀物会增加滑油的粘度并附着在发动机表面，将显著加重发动机的磨损。这种沉淀物也会导致过滤器堵塞。因此，定期进行烟炱检查，可以延长换油周期，减少废油处理，延长柴油机使用寿命，从而达到降低成本的目的。
热重分析(TGA)是ASTM D5967中用于测量油烟炱含量的方法。TGA是一种相当耗时的实验室方法，需要纯气体和烤箱，不适合现场测试。红外光谱法是一种更简单的方法，通过使用光栅红外光谱法测量烟炱含量符合ASTM D7889。FluidScan手持分析仪采用的就是这种方法。
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氧化、硝化和硫化
氧化、硝化和硫酸只能用光谱分析来测量。其他方法，如粘度变化或阻抗可以用来推断由于氧化、硝化或硫酸盐作用而发生的变化，但要真正了解每个参数，必须使用光谱来分析。
红外光谱使用辐射源，探测器和计算机来研究物质与光的相互作用。氧化和硝化产物的峰值在1600和1800 cm-1之间。硫化产物峰值则在红1120-1180 cm-1左右。由于氧化，硝化和硫化没有绝对的参考标准，因此总是与新油的结果进行比较。例如，如果在指定时间内对发动机油进行采样，1650 cm-1左右的硝化峰值明显变得更加强烈，则可以断定发生了硝化反应，可能是由于空气/燃料比不当造成的。
有用于实验室级FTIR检测以及便携式现场检测的方法。ASTM E2412描述了FTIR测量这些属性的标准。此外，还有定义氧化（D7414），硝化（D7624）和硫化（D7415）的具体标准。为了在现场监测油品化学成分，ASTM D7889使用了像FludScan这样的光栅红外光谱仪，该仪器易于操作，不需要经验丰富的技术人员。
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燃油稀释
燃料稀释是一个值得重视的润滑油污染问题，它可能会导致发动机损坏。有几种方法可以测量燃油稀释。粘度是一种很好的方法，传统上粘度测试是润滑油测试的不可或缺的部分。直接测试方法包括气相色谱、闪点测试和声表面波感应。具体选用哪种方法取决于实际应用。
粘度测试是一种间接的方法，只表明燃油稀释可能存在。它不能直接测量燃料稀释度，粘度也可能因其他原因而变化。闪点测试简单且成本低，但比较危险，需要有经验的操作员来解释结果。
闪点测试简单且成本较低，但测试过程比较危险，需要有经验的操作员来解释结果。
气相色谱法是一种非常精确的方法，有几个ASTM标准与之相关，但它是一种实验室方法，很难在现场实施。
表面声波(SAW)传感具有快速、简便、安全、准确等特点。它不需要溶剂，并提供燃油稀释百分比的直接读数。
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水分
我们都听说过这样一句话：“油与水不会相溶”。但不幸的是，这并不一定适用于润滑油。润滑油中的水可以以多种状态出现，如果不加以控制，可能会对高价值设备造成相当大的损害。在本指南中，我们将探讨润滑油中水污染带来的挑战，并讨论专业人员检测油中水污染的方法。
工业用油中的水污染会导致机械部件出现严重问题。水的存在会改变润滑剂的粘度，还会参与化学反应，导致添加剂耗尽并形成酸、污泥和清漆。水检测是任何润滑剂状态监测计划的一部分。具有很强水分离特性的工业用油中的水污染历来难有技术可以测量。
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新油分析
新润滑油分析主要是润滑油质量控制的过程。在生产阶段，润滑油调和商必须确认添加剂和污染物的含量，同样重要的是，润滑剂使用者在使用前必须确认其规格。只有不到40%的润滑专业人员会在使用前对润滑油进行检测。便于运输和携带的现场分析工具，使润滑油检测工作变得越来越简单。更多信息，点击这里.
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