RU2390012C1 - Method of analysing ferromagnetic particles in oil - Google Patents

Method of analysing ferromagnetic particles in oil Download PDF

Info

Publication number
RU2390012C1
RU2390012C1 RU2009109568/28A RU2009109568A RU2390012C1 RU 2390012 C1 RU2390012 C1 RU 2390012C1 RU 2009109568/28 A RU2009109568/28 A RU 2009109568/28A RU 2009109568 A RU2009109568 A RU 2009109568A RU 2390012 C1 RU2390012 C1 RU 2390012C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic field
oil
constant
particles
different directions
Prior art date
Application number
RU2009109568/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Святослав Михайлович Сергеев (RU)
Святослав Михайлович Сергеев
Леонид Николаевич Лозовой (RU)
Леонид Николаевич Лозовой
Original Assignee
Святослав Михайлович Сергеев
Леонид Николаевич Лозовой
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Святослав Михайлович Сергеев, Леонид Николаевич Лозовой filed Critical Святослав Михайлович Сергеев
Priority to RU2009109568/28A priority Critical patent/RU2390012C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2390012C1 publication Critical patent/RU2390012C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: disclosed method of analysing ferromagnetic particles in oil involves successive exposure of the analysed sample to a magnetic field in different directions. The said magnetic field is constant. An alternating magnetic field whose parametres depend on differential magnetic permeability averaged in the volume of the oil is additionally applied in a fixed direction. Concentration of particles is determined from the difference between these parametres measured for different directions of the constant magnetic field.
EFFECT: selective analysis of irregularly shaped particles formed only as a result of friction.
3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение предназначено для измерения концентрации микрочастиц железа и его сплавов в смазочных материалах с целью определения степени износа пар трения и может применяться как для периодического анализа состояния узлов машин и механизмов, так и для непрерывного мониторинга в процессе их эксплуатации.The invention is intended to measure the concentration of microparticles of iron and its alloys in lubricants in order to determine the degree of wear of friction pairs and can be used both for periodic analysis of the state of machine components and mechanisms, and for continuous monitoring during their operation.

Анализ содержания ферромагнитных частиц в масле, как средство индикации технического состояния узлов трения, известен очень давно. Ферромагнитные свойства частиц в большинстве случаев используются для повышения их локальной концентрации за счет притягивания к источнику неоднородного постоянного магнитного поля. Дальнейший анализ обычно проводят оптическими методами или по изменению емкости конденсатора, охватывающего поток масла [1]. Здесь требуется длительная экспозиция, и трудно установить количество частиц, ответственных непосредственно за износ пар трения, поскольку изменение оптических свойств или емкости конденсатора обусловлено также и неметаллическими примесями в масле.Analysis of the content of ferromagnetic particles in oil, as a means of indicating the technical condition of friction units, has been known for a very long time. In most cases, the ferromagnetic properties of particles are used to increase their local concentration due to the attraction of an inhomogeneous constant magnetic field to the source. Further analysis is usually carried out by optical methods or by changing the capacitance of the capacitor covering the oil flow [1]. A long exposure is required here, and it is difficult to establish the number of particles responsible directly for the wear of friction pairs, since the change in the optical properties or capacitance of the capacitor is also caused by non-metallic impurities in the oil.

Имеются технические решения, напрямую использующие для анализа частиц их ферромагнитные свойства. Последние влияют на индуктивность охватывающей объем масла электрической катушки, являющейся составной частью колебательного контура. Однако прямая индикация его собственной частоты дает плохие результаты из-за сильного дрейфа, и приходится искать способы, использующие частотный сдвиг, спровоцированный управляемым внешним воздействием, например, циклическим включением постоянного магнитного поля [2]. Другим методом анализа, основанным на контроле усредненной магнитной проницаемости масла, является использование исследуемого объема в качестве сердечника трансформатора [3]. В данном случае вторичное переменное напряжение зависит от концентрации частиц. Хотя эти методы измеряют непосредственно содержание частица железа и его сплавов, они не различают их форму. Дело в том, что кроме процесса износа пар трения поставщиком металлических частиц является питинговая коррозия. Многочисленными исследования установлено, что в этом случае образуются сферические частицы, в то время как микрочастицы, полученные при трении, всегда имеют вытянутость. При этом отношение максимального и минимального размеров находится в интервале 3-10.There are technical solutions that directly use their ferromagnetic properties for particle analysis. The latter affect the inductance of the electric coil covering the oil volume, which is an integral part of the oscillatory circuit. However, a direct indication of its natural frequency gives poor results due to strong drift, and one has to look for methods that use a frequency shift provoked by a controlled external action, for example, by cyclic inclusion of a constant magnetic field [2]. Another analysis method based on monitoring the average magnetic permeability of oil is to use the test volume as the core of the transformer [3]. In this case, the secondary alternating voltage depends on the concentration of particles. Although these methods directly measure the content of a particle of iron and its alloys, they do not distinguish their shape. The fact is that in addition to the process of wear of friction pairs, the supplier of metal particles is pitting corrosion. Numerous studies have established that in this case spherical particles are formed, while microparticles obtained by friction always have elongation. The ratio of the maximum and minimum sizes is in the range of 3-10.

Наиболее близким к сущности предлагаемой заявки можно считать способ анализа, чувствительный к различиям в форме частиц [4]. Внешне схема измерения напоминает трансформаторный вариант. Имеются питаемая переменным напряжением первичная обмотка и используемая для измерения напряжения вторичная обмотка. С целью компенсации фонового сигнала последняя разделена на две секции, одна из которых окружает исследуемый объем, вторая расположена параллельно. Чувствительность метода к форме частиц вытекает из того, что измерения проводятся при варьировании частоты в диапазоне 1-100 Гц. При этом сигнал с низкочастотного края спектра оказывается выше. Очевидно, что данный эффект обусловлен крутильными колебаниями или даже полным вращением несферических частиц под действием переменного магнитного поля и несет, как правильно отмечено авторами, информацию о вязкости пробы. Во втором варианте измерения сравниваются результаты, получаемые при поочередном приложении магнитного поля во взаимно перпендикулярных направлениях.The closest to the essence of the proposed application can be considered an analysis method that is sensitive to differences in particle shape [4]. Outwardly, the measurement circuit resembles a transformer version. There is a primary winding fed by alternating voltage and a secondary winding used to measure voltage. In order to compensate for the background signal, the latter is divided into two sections, one of which surrounds the volume under study, the second is parallel. The sensitivity of the method to the shape of the particles follows from the fact that the measurements are carried out with a frequency variation in the range of 1-100 Hz. In this case, the signal from the low-frequency edge of the spectrum is higher. Obviously, this effect is due to torsional vibrations or even complete rotation of nonspherical particles under the influence of an alternating magnetic field and, as the authors correctly noted, carries information about the viscosity of the sample. In the second measurement variant, the results obtained by alternately applying a magnetic field in mutually perpendicular directions are compared.

Основным недостатком упомянутого способа является зависимость получаемой информации от слишком большого числа факторов, что делает ее интерпретацию очень сложной.The main disadvantage of this method is the dependence of the information received on too many factors, which makes its interpretation very difficult.

Предложенный в прототипе метод воздействия на пробу поочередным перекрестным магнитным полем можно трансформировать так, чтобы он реагировал только на присутствие вытянутых частиц. Именно это и было сделано в заявляемом способе. Суть анализа заключается в использовании для такого воздействия не переменного, а постоянного магнитного поля. Чтобы полностью исключить влияние вязкости, переключение направления осуществляют с периодом, достаточным для ориентации всех вытянутых частиц вдоль силовых линий. Исследования показали, что для подавляющего большинства образующихся при трении частиц это время составляет около секунды. Метод основан на том обстоятельстве, что эффективная магнитная проницаемость всякого несферического ферромагнитного тела зависит от его ориентации относительно направления измерения, принимая максимальное и минимальное значения в направлениях максимального и минимального размеров соответственно. Это справедливо и для микрочастиц. Контроль усредненной дифференциальной магнитной проницаемости проводят на основе измерения частоты собственных колебаний контура, содержащего катушку, охватывающую исследуемый объем пробы. Первое измерение делают при ориентации постоянного магнитного поля вдоль оси катушки, второе - в поперечном направлении. Разность показывает уровень наличия вытянутых ферромагнитных частиц. Конкретную концентрацию этих частиц в «ppm» находят по калибровочной функции, предварительно построенной по результатам измерения стандартных образцов.Proposed in the prototype method of exposure to the sample by alternating cross magnetic field can be transformed so that it only responds to the presence of elongated particles. This is exactly what was done in the claimed method. The essence of the analysis is to use for such an effect not a variable, but a constant magnetic field. To completely eliminate the effect of viscosity, the direction switching is carried out with a period sufficient to orient all elongated particles along the lines of force. Studies have shown that for the vast majority of particles formed during friction, this time is about a second. The method is based on the fact that the effective magnetic permeability of any nonspherical ferromagnetic body depends on its orientation with respect to the measurement direction, taking the maximum and minimum values in the directions of maximum and minimum sizes, respectively. This is also true for microparticles. The control of the averaged differential magnetic permeability is carried out on the basis of measuring the frequency of the natural oscillations of the circuit containing the coil covering the test volume of the sample. The first measurement is made with the orientation of a constant magnetic field along the axis of the coil, the second in the transverse direction. The difference shows the level of elongated ferromagnetic particles. The specific concentration of these particles in "ppm" is found by the calibration function, pre-built according to the measurement results of standard samples.

Схема реализации описанного способа приведена на фиг.1. Пробирка с пробой масла 1 пропущена внутрь обмотки 2, входящей в колебательный контур, задающий частоту генератора 3. Возбуждаемое в контуре переменное напряжение поступает на блок управления и обработки 4, который также осуществляет поочередное включение обмоток, создающих в объеме пробы постоянное магнитное поле: по цепи А - в вертикальном направлении, по цепи В - в горизонтальном. Частота колебаний контура - около 80 кГц.The implementation scheme of the described method is shown in figure 1. A test tube with an oil sample 1 is passed into the winding 2, which is included in the oscillating circuit, which sets the frequency of the generator 3. The alternating voltage excited in the circuit is supplied to the control and processing unit 4, which also alternately turns on the windings, which create a constant magnetic field in the sample volume: along the circuit A - in the vertical direction, along the chain B - in the horizontal. The oscillation frequency of the circuit is about 80 kHz.

Алгоритм работы установки показан на фиг.2. В некоторый момент времени t0 по цепи А подается прямоугольный импульс длительностью 2 с. Через одну секунду, требуемую для успокоения переходных процессов и для полного поворота микрочастиц в направлении поля, в момент времени t1, начинается измерение частоты контура f1, которое длится также 1 секунду, и заканчивается в момент времени t2 одновременно с концом импульса цепи А. В этот же момент прямоугольный импульс длительностью 2 с подается по цепи В. Также с секундной задержкой в момент времени t3 включается секундная экспозиция измерения частоты f2, которая заканчивается в момент времени t4 одновременно с концом импульса цепи В. Далее все повторяется снова. Каждый раз в конце описанного цикла автоматически рассчитывается разность: f2-f1, на основании которой по калибровочной функции сразу вычисляется искомая концентрация частиц, выводимая с периодом 4 с на индикатор. Таким образом, процесс измерения можно наблюдать в динамике. Всеми процедурами управляет встроенный процессор.The operation algorithm of the installation is shown in figure 2. At some point in time t 0 , a rectangular pulse of 2 s duration is supplied along circuit A. After one second, required to calm the transients and to completely rotate the microparticles in the direction of the field, at time t 1 , the measurement of the frequency of the circuit f 1 starts, which also lasts 1 second, and ends at time t 2 simultaneously with the end of the pulse of circuit A .At the same moment, a rectangular pulse of 2 s duration is supplied along circuit B. Also, with a second delay at time t 3, the second exposure of the frequency measurement f 2 is switched on , which ends at time t 4 simultaneously with the end of the circuit pulse B. Then everything repeats again. Each time at the end of the described cycle, the difference is automatically calculated: f 2 -f 1 , on the basis of which the desired particle concentration is immediately calculated by the calibration function, displayed with a period of 4 s on the indicator. Thus, the measurement process can be observed in dynamics. All procedures are controlled by an integrated processor.

Изложенный способ реализован в подготовленном к серийному выпуску портативном анализаторе. Чувствительность определения концентраций оказалась весьма высокой, сравнимой с рентгеноспектральным анализом: порог обнаружения составил несколько ppm.The described method is implemented in a portable analyzer prepared for serial production. The sensitivity of determining the concentrations turned out to be very high, comparable with x-ray spectral analysis: the detection threshold was a few ppm.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2150696 от 26.10.95.1. RF patent No. 2150696 dated 10.26.95.

2. Патент США №4841244 от 18.09.1989.2. US patent No. 4841244 from 09/18/1989.

3. Патент США №5001424 от 19.03.1991.3. US Patent No. 5001424 of 03/19/1991.

4. Патент США №4651092 от 17.03.1987.4. US patent No. 4651092 from 03/17/1987.

Claims (3)

1. Способ анализа ферромагнитных частиц в масле, включающий в себя поочередное воздействие на исследуемую пробу магнитным полем в разных направлениях, отличающийся тем, что указанное магнитное поле является постоянным, и дополнительно в фиксированном направлении прикладывают переменное магнитное поле, параметры которого зависят от усредненной по объему масла дифференциальной магнитной проницаемости, а концентрацию частиц определяют на основании разницы этих параметров, измеренных при разных направлениях постоянного магнитного поля.1. The method of analysis of ferromagnetic particles in oil, which includes alternating exposure to the test sample with a magnetic field in different directions, characterized in that said magnetic field is constant, and additionally a variable magnetic field is applied in a fixed direction, the parameters of which depend on the volume averaged differential magnetic permeability oils, and the particle concentration is determined based on the difference of these parameters, measured for different directions of the constant magnetic field . 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что из вариантов направлений постоянного магнитного поля имеются перпендикулярные друг другу, из которых одно совпадает с направлением переменного магнитного поля.2. The method according to claim 1, characterized in that of the options for the directions of the constant magnetic field there are perpendicular to each other, of which one coincides with the direction of the alternating magnetic field. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве измеряемого параметра используют частоту переменного магнитного поля, возбуждаемого окружающей пробу электрической обмоткой, входящей в состав работающего в резонансном режиме колебательного контура. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the frequency of the alternating magnetic field excited by the surrounding electrical sample, which is part of the oscillating circuit operating in the resonant mode, is used as the measured parameter.
RU2009109568/28A 2009-03-16 2009-03-16 Method of analysing ferromagnetic particles in oil RU2390012C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009109568/28A RU2390012C1 (en) 2009-03-16 2009-03-16 Method of analysing ferromagnetic particles in oil

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009109568/28A RU2390012C1 (en) 2009-03-16 2009-03-16 Method of analysing ferromagnetic particles in oil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2390012C1 true RU2390012C1 (en) 2010-05-20

Family

ID=42676222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009109568/28A RU2390012C1 (en) 2009-03-16 2009-03-16 Method of analysing ferromagnetic particles in oil

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2390012C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8115478B2 (en) Device and method for measuring concentration of magnetic material
US6880385B2 (en) Method and apparatus for performing dynamic mechanical analyses
US20090267617A1 (en) Apparatus and method for measuring salinity of a fluid by inductance
Ma et al. High-sensitivity distinguishing and detection method for wear debris in oil of marine machinery
Qian et al. Interference reducing by low-voltage excitation for a debris sensor with triple-coil structure
Shi et al. Comprehensive detection method for multi-contaminants in hydraulic oil based on inductance-resistance-capacitance analysis
RU2390012C1 (en) Method of analysing ferromagnetic particles in oil
WO2006075049A1 (en) Device for determining metallic contaminant particles in lubricating grease
US20120130664A1 (en) Method for classifying electrical sheet
JP2015148574A (en) Metallic material discrimination device
JP6704331B2 (en) Viscosity measuring device and viscosity measuring method
CN110043810A (en) Detection method, the packaging method of sensor and sensor of defect of pipeline
CN108226238B (en) Method for measuring nitrite concentration by using interdigital electrode
JP6652944B2 (en) Food inspection device and food inspection method
NO20011620L (en) Method and apparatus for monitoring chemical reactions
RU2293979C1 (en) Method of determination of rise of internal disorders in contiguity of viscous hermetic materials at multi-cycle loading
Shi et al. An On-Chip Inductive-Capacitive Sensor for the Detection of Wear Debris and Air Bubbles in Hydraulic Oil
RU2275625C1 (en) Matter concentration in different media measuring method
CN104677955B (en) A kind of nonmetallic inclusion detection method
RU2447420C1 (en) Method of measuring moisture content of transformer oil
RU2778801C1 (en) Method for magnetic particle testing of articles made of ferromagnetic materials and magnetic particle testing unit for implementation thereof
US20230358718A1 (en) Continuous heavy metal water contaminant measurement system
RU103926U1 (en) ELECTROMAGNETIC CONVERTER TO DEFECTOSCOPE
RU2379715C2 (en) Method of measuring permeability of porous stratum
CN103698394A (en) Sacrificial anode core breaking detection system and method based on passing eddy current

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110317