據(jù)統(tǒng)計(jì)，液壓系統(tǒng)、滾動軸承、柴油機(jī)和齒輪等關(guān)鍵機(jī)械部件的故障中，分別有高達(dá)75%、40%、35%和38.5%可歸因于油液污染，尤其是金屬磨損顆粒的累積。磨粒數(shù)量與尺寸在設(shè)備惡化時激增，預(yù)示風(fēng)險。

　　▲機(jī)械磨損顆粒的產(chǎn)生過程

　　機(jī)械設(shè)備摩擦副表面常覆蓋非鐵磁性涂層，油液中因此含有鐵磁性及非鐵磁性(如銅、錫、鋁)金屬磨粒。準(zhǔn)確區(qū)分這些磨粒屬性并統(tǒng)計(jì)其數(shù)量，是評估設(shè)備磨損狀況、定位磨損位置及預(yù)測壽命的關(guān)鍵。

　　一、油液顆粒污染度檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀

　　當(dāng)前，潤滑油樣分析結(jié)合多元技術(shù)監(jiān)測金屬磨損顆粒，成為污染物檢測與故障診斷的新路徑。各方法雖準(zhǔn)確解析磨粒特性，但各有局限，如離線檢測的實(shí)時性差、成本高、取樣難。

　　▲油液顆粒污染物檢測方法的特點(diǎn)

　　電感檢測法作為研究熱點(diǎn)，憑借不擾油、屬性區(qū)分與計(jì)數(shù)兼具的優(yōu)勢脫穎而出。然而，現(xiàn)有研究多集中于傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化與電路改良，對微流體電感檢測的實(shí)時性與電磁場理論探討尚顯不足。

　　為了突破金屬磨粒監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)有局限，Inzoc智火柴深入探究電感檢測法的電磁場原理，研發(fā)出一款專為工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的電磁感應(yīng)式油液金屬磨損顆粒傳感器。

　　智火柴

　　二、電磁感應(yīng)如何實(shí)現(xiàn)設(shè)備油液金屬磨粒的監(jiān)測?

　　電感式油液金屬顆粒傳感器，依托電磁感應(yīng)原理，能夠同時實(shí)現(xiàn)磨粒屬性判別與粒徑統(tǒng)計(jì)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的不足。

　　在時諧準(zhǔn)靜態(tài)電磁場環(huán)境中，金屬顆粒不僅受磁化影響，還顯著受到渦流效應(yīng)作用，產(chǎn)生反向渦流磁場，與原磁場部分抵消，形成新磁場格局，進(jìn)而改變傳感器線圈的阻抗特性，成為檢測油中金屬顆粒的關(guān)鍵依據(jù)。

　　▲1 金屬顆粒與傳感器線圈之間的耦合模型

　　線圈阻抗的變動與金屬顆粒的電磁特性、尺寸、線圈激勵參數(shù)等緊密相關(guān)，構(gòu)成復(fù)雜耦合關(guān)系。通過監(jiān)測線圈阻抗參數(shù)的變化，實(shí)現(xiàn)對油中金屬顆粒的有 效檢測。

　　▲油液中常見的金屬顆粒

　　當(dāng)流經(jīng)線圈的是正弦波交變電流時，產(chǎn)生的磁場是時諧電磁場。時諧磁場主要受金屬磨粒產(chǎn)生的磁化效應(yīng)和渦流效應(yīng)影響，鐵磁性金屬磨粒中的磁化效應(yīng)遠(yuǎn)強(qiáng)于渦流效應(yīng)。

　　而非鐵磁性金屬磨粒中只有渦流效應(yīng)，如上圖所示的銅顆粒，當(dāng)非鐵磁性金屬磨粒通過時，由于其電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于其磁導(dǎo)率。

　　▲電感線圈傳感器及磨粒檢測機(jī)理

　　低頻增強(qiáng)鐵磁顆粒磁化，高頻加劇非鐵磁顆粒渦流，從而優(yōu)化傳感器對不同金屬顆粒的檢測能力。

　　由此得出：輸出信號的幅值大小反映了通過傳感器的磨粒大小，輸出信號相位的不同可以用于區(qū)分磨粒的屬性是鐵磁性還是非鐵磁性。

　　三、基于電磁效應(yīng)的油液金屬磨粒傳感器的設(shè)計(jì)

　　Inzoc智火柴自主研發(fā)的IFM-3油液金屬磨損顆粒傳感器正是基于電磁感應(yīng)原理。

　　核心原理

　　一是針對金屬磨粒的電磁特性進(jìn)行感應(yīng);二是基于激勵頻率f與金屬磨粒電磁特性的交互作用，體現(xiàn)不同金屬顆粒在電磁場下的獨(dú)特響應(yīng)。

　　傳感器采用高精度線圈設(shè)計(jì)，配合先進(jìn)的信號處理技術(shù)，確保對油液中金屬磨粒的高靈敏度檢測。

　　技術(shù)亮點(diǎn)

　　IFM-3傳感器可同時監(jiān)測油液中的鐵磁性顆粒與非鐵磁性顆粒的數(shù)量及尺寸分布。zui小可檢測30um的鐵磁顆粒和120um的非鐵磁顆粒，多達(dá)15個磨粒尺寸通道，設(shè)備故障監(jiān)測更準(zhǔn)確。

　　另外，在設(shè)計(jì)上也充分考慮了工業(yè)應(yīng)用的實(shí)際需求。傳感器外殼采用耐腐蝕、耐磨損的材料制造，確保在惡劣的工業(yè)環(huán)境中也能穩(wěn)定運(yùn)行。

　　智控傳顯

　　24h在線監(jiān)測預(yù)警，無需停機(jī)取樣，通過實(shí)時監(jiān)測油液中金屬磨粒的濃度、數(shù)量和屬性，大大減少了設(shè)備維護(hù)的停機(jī)時間。

　　▲傳感器系統(tǒng)模塊圖

　　信號采集與處理模塊，負(fù)責(zé)捕獲檢測模塊輸出的數(shù)字信號，經(jīng)處理后，無縫對接至通信模塊。

　　▲傳感器系統(tǒng)模塊圖

　　通信模塊利用RS485等數(shù)據(jù)輸出，確保數(shù)字信號穩(wěn)定傳輸至上位機(jī)采集軟件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析。

　　(1)可采用廠家提供的數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析或展示;

　　(2)讀取傳感器的協(xié)議，集成到PLC或者其他顯示控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)展現(xiàn)。

　　四、IFM-3金屬磨粒傳感器的應(yīng)用成果

　　目前金屬磨粒傳感器廣泛應(yīng)用于液壓系統(tǒng)、滾動軸承、柴油機(jī)和齒輪等關(guān)鍵機(jī)械部件的油液污染監(jiān)測，為設(shè)備運(yùn)維提供有力的數(shù)據(jù)支持。

　　IFM-3油液金屬磨粒傳感器旁路安裝示意圖

　　采用旁路取油的形式進(jìn)行取油，引入傳感器的通道進(jìn)行監(jiān)測。

　　五、IFM-3油液金屬磨粒傳感器成功案例

　　2021年，該廠懸窯車間的輥壓機(jī)上的IFM-3金屬磨粒傳感器即時發(fā)出遠(yuǎn)程預(yù)警，警示設(shè)備維護(hù)需求。

　　接到預(yù)警后，工作人員迅速登錄“油液云”智能運(yùn)維平臺核查數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)減速機(jī)系統(tǒng)內(nèi)磨損顆粒激增數(shù)十至百倍，且油溫顯著異常上升。現(xiàn)場技術(shù)人員立即啟動雙 軌應(yīng)對機(jī)制：持續(xù)監(jiān)控現(xiàn)場狀況并同步向上級匯報(bào)。

　　公司高層迅速響應(yīng)，組織技術(shù)溝通會議。鑒于系統(tǒng)長期運(yùn)行穩(wěn)定的歷史背景，經(jīng)充分討論后，團(tuán)隊(duì)達(dá)成共識，決定遵循預(yù)警指示，立即安排設(shè)備停機(jī)，進(jìn)行全方面檢修與驗(yàn)證，以確保生產(chǎn)安全與設(shè)備健康。

　　IFM-3金屬磨粒油液監(jiān)測傳感器在風(fēng)機(jī)齒輪、水泥石化、鋼鐵冶金、電力能源等行業(yè)的設(shè)備智慧運(yùn)維之中都有不乏的身影，為工業(yè)生產(chǎn)筑起安全防線。

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