在現代工業(yè)的復雜機械體系中，設備的穩(wěn)定運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鍵的檢測工具，在油液監(jiān)測領域發(fā)揮著核心作用，其通過原子發(fā)射光譜法（OES）精準測定油樣中各類元素濃度，為設備維護提供關鍵依據。本文將深入探討基于旋轉盤電極法的原子發(fā)射光譜技術在油液監(jiān)測中的應用，以及中科諦聽在這一領域的技術優(yōu)勢與創(chuàng)新實踐。
自第二次世界大戰(zhàn)結束后，美國科羅拉多州丹佛市鐵路部門開展柴油發(fā)動機機油的原子發(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已廣泛應用于氣輪機、柴 / 汽油發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、齒輪箱、壓縮機及液壓系統(tǒng)等眾多采用閉環(huán)潤滑系統(tǒng)的設備油液監(jiān)測。
在潤滑系統(tǒng)中，相對移動的工件表面產生的微小磨損顆粒會混入潤滑油液。這些顆粒的元素成分及濃度與設備磨損程度緊密相關，例如腐蝕、嚴重磨損及燒蝕等異常狀況會使特定元素濃度急劇上升。同時，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。通過將元素分析結果與設備關鍵零部件選材綜合分析，還能精準判斷設備磨損位置。
光譜分析技術基于每種元素的原子結構。在外界能量激發(fā)下，原子會發(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。特征譜線強度與元素濃度成正比，因此可通過識別和測定譜線強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)時會發(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雜，發(fā)射光譜也更復雜。在實際光譜分析中，需綜合考慮譜線強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、可靠的光學系統(tǒng)。
原子發(fā)射光譜儀主要由激發(fā)源、光學系統(tǒng)和讀出系統(tǒng)三個核心部件組成。在基于旋轉盤電極技術（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生巨大電勢差，當電勢差達到放電條件時，在盤電極與棒電極縫隙處產生高壓放電，瞬時溫度可達 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，被測油樣置于小油杯，石墨盤電極部分浸在油樣中并旋轉，持續(xù)將油樣傳送到放電間隙，實現連續(xù) “燒樣"，每次 “燒樣" 約需 1 - 2ml 油樣。為防止交叉污染，每個 “燒樣" 過程需全新石墨盤電極和修整良好的棒電極。
油樣等離子化產生的發(fā)射光譜經光學系統(tǒng)采集、區(qū)分和量化計算。該光學系統(tǒng)中的衍射光柵是特殊設計的凹面球狀光柵，表面精確刻線能依據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）進行定量分析。
在設計油料光譜儀時，光譜范圍選取至關重要。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鐘電路定時讀取光電轉換信號，經模數傳感器（ADC）轉換為數字信號（光密度），再與校準曲線直線插補計算，得出元素濃度等級（PPM），檢測結果可直接顯示或打印，完成一個油樣檢測后即可進行下一個。
中科諦聽在油液光譜儀研發(fā)領域深耕多年，其產品在光學系統(tǒng)設計、電極材料與結構優(yōu)化、數據處理算法等方面不斷創(chuàng)新。憑借先進技術和豐富經驗，中科諦聽的油液光譜儀能夠為工業(yè)設備提供更精準、可靠的油液監(jiān)測服務，有效幫助企業(yè)降低設備運行風險，延長設備使用壽命，在工業(yè)油液監(jiān)測市場占據重要地位，為推動行業(yè)技術進步貢獻重要力量。
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