1 引言

壓縮空氣是一種在工業(yè)生產(chǎn)、建筑、化學(xué)、醫(yī)療衛(wèi)生甚至日常生活等領(lǐng)域里都被廣泛需求的動(dòng)力源，隨著工業(yè)要求的提升及科學(xué)研究的發(fā)展，對(duì)于壓縮空氣含油量的測(cè)定被更多的企業(yè)及用戶提上日程，從業(yè)人員也都在積極努力地研究與探索適合自身情況的測(cè)定方法。不同的行業(yè)領(lǐng)域，人們對(duì)壓縮空氣質(zhì)量要求也是不相同的。汽車(chē)空壓機(jī)作為汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，直接影響著汽車(chē)行駛中的安全性，在空壓機(jī)的眾多測(cè)試項(xiàng)目中十分重視排氣含油量測(cè)試，也叫做竄油試驗(yàn)。

2 竄油危害

汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中，空壓機(jī)壓縮空氣中的主要污染物有水蒸氣、機(jī)油和未完全燃燒的碳。在正常狀態(tài)下，制動(dòng)系統(tǒng)中的干燥器能過(guò)濾掉絕大部分的機(jī)油和水蒸氣，少量會(huì)進(jìn)入到氣筒中，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的影響不大。但過(guò)量的空壓機(jī)竄油進(jìn)入制動(dòng)系統(tǒng)中，不僅會(huì)污染管路及系統(tǒng)零部件，還大大降低了干燥器的正常使用壽命，使其失效過(guò)快。空壓機(jī)明顯竄油主要表現(xiàn)在空氣過(guò)濾器、干燥器的排氣口以及儲(chǔ)氣筒有大量的油污溢出。所以如果一個(gè)空壓機(jī)竄油嚴(yán)重，通過(guò)更換全新的干燥器也不能從根本上解決問(wèn)題。

3 主要測(cè)試方法

空壓機(jī)竄油的負(fù)面影響是由量變到質(zhì)變的過(guò)程，而壓縮氣體含油濃度一般比較小，油分組成也較復(fù)雜，加之目前尚沒(méi)有專門(mén)的設(shè)備儀器來(lái)直接測(cè)定含油量。所以要測(cè)試壓縮空氣中的油含量或者濃度，第一步便要對(duì)油分進(jìn)行吸附過(guò)濾。不同的測(cè)定方法可能會(huì)選擇不同的吸收方式，目前各試驗(yàn)中所主要采用的油汽吸收方式有吸附材料吸收、溶劑吸收、冷凝富集吸收等。在對(duì)油分的吸收中，很多方法會(huì)用到試管或者采樣管，采樣管中填充好一定量的吸附材料，將待測(cè)氣體以較穩(wěn)定的流速通過(guò)。為保精確，試驗(yàn)采集時(shí)間可根據(jù)壓縮空氣中的油濃度來(lái)定，并可分組、多次采集。油分的提取測(cè)定方法也可分成物理法和化學(xué)

法兩大類(lèi)，物理法主要有重量法、紫外分光光度法、紅外分光光度法、比濁法、氣相色譜法等；化學(xué)法主要有氣體取樣管比照法等。

3.1 紫外分光光度法

紫外分光光度法]現(xiàn)在是在國(guó)內(nèi)被廣泛使用的方法之一，該方法精度較好，因油類(lèi)有機(jī)物中都含烴類(lèi)成分，其在紫外區(qū)域都有特征吸收，可通過(guò)該類(lèi)化合物的濃度來(lái)確定氣體中油分的含量。

該方法的理論依據(jù)是朗伯-比爾光吸收定律，即A=εbc 式中A———吸光度

ε———吸光系數(shù) b———光程 c———濃度

空壓機(jī)竄油的主要油成分為機(jī)油，其與燃油、原油的吸收峰波長(zhǎng)相近，故要對(duì)檢測(cè)波長(zhǎng)進(jìn)行仔細(xì)地選擇。被選擇的波長(zhǎng)應(yīng)同時(shí)滿足既是該油分的最大吸收波長(zhǎng)，也應(yīng)是該油分的優(yōu)良吸收波長(zhǎng)，才能作為該油分的測(cè)定波長(zhǎng)。紫外分光光度法的基本測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示。GJB 3403-98中油分的測(cè)定方法即為紫外分光光度法，選擇的測(cè)定波長(zhǎng)為226.2 nm。

3.2 紅外光度法

紅外光度法基本原理與紫外分光光度法類(lèi)似，也是在國(guó)內(nèi)被廣泛使用的方法之一，因油類(lèi)物質(zhì)均由碳?xì)浠煞纸M成，吸收特性也滿足朗伯-比爾光吸收定律。故可以從吸光度上反應(yīng)待測(cè)油品的油濃度。GB/T 16488-1996 就規(guī)定水質(zhì)中的油、石油類(lèi)和動(dòng)植物的油測(cè)定方法采用紅外分光光度法，ISO 8573-2 [5]對(duì)于壓縮空氣中油濃度范圍在0.001耀10 mg/m3具體值的測(cè)定也選用紅外光譜法。

在吸收劑的選擇上，大量工作人員都使用CCl4，利用傅立葉紅外光譜儀或非分散紅外測(cè)油儀測(cè)定氣體中的油濃度。雖然紅外分光光度法也有較多的測(cè)試人員使用，但由于需要專門(mén)的測(cè)油設(shè)備，目前大部分試驗(yàn)室尚不具備，更何況汽車(chē)空壓機(jī)的制造企業(yè)。而且該方法靈敏度較低，動(dòng)植物油對(duì)其干擾也比紫外分光光度法要大。

紅外分光光度法與紫外分光光度法同樣的缺點(diǎn)都是油品預(yù)處理步驟繁瑣，需要專門(mén)的設(shè)備，測(cè)試成本較高，測(cè)試效率較低；并且吸收溶劑有毒，對(duì)測(cè)試人員的身體健康存在一定的安全隱患。

3.3 比濁法

GB 10621-2006 [6]中測(cè)試油含量使用的方法即為比濁法?；痉椒ㄊ窍葘怏w中的油用吸附材料吸收，再將吸附下的油溶解于冰醋酸，然后將溶有油的冰醋酸混合物與蒸餾水混合，會(huì)形成懸濁液，而后通過(guò)目視法或儀器測(cè)定方法來(lái)測(cè)定懸濁液濃度。目視法即是將制得的懸濁液與標(biāo)準(zhǔn)比濁溶液（濁階） 進(jìn)行比較來(lái)判斷油濃度，而測(cè)定儀器一般選用濁度儀、色度儀、分光光度儀來(lái)測(cè)定懸濁液的濁度或透光率來(lái)計(jì)算油濃度。目視法相對(duì)誤差在5%~20% （試樣與標(biāo)準(zhǔn)濁階相近程度的誤差），雖比儀器測(cè)定方式更加簡(jiǎn)便、快速，但是精度較低；而后者卻也存在著步驟繁瑣，效率較低，需要專業(yè)設(shè)備，精度與成本相比較低的缺點(diǎn)。

3.4 濾紙過(guò)濾法

在汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QTC 29078-92汽車(chē)空壓機(jī)隨氣排油量測(cè)試方法中，將預(yù)先稱重過(guò)的3張定量干燥濾紙，卷成圓錐形置于空壓機(jī)排氣管末端，在標(biāo)定情況下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1h。為了減少水蒸氣對(duì)結(jié)果的干擾，再在100益的烘箱內(nèi)烘10 min后稱重，計(jì)算前后的質(zhì)量差即為排除的油量大小，竄油值的單位一般為mg/h或mg/m3。該方法實(shí)際歸屬于重量法。

在汽車(chē)行業(yè)中還經(jīng)常采用濾紙比對(duì)法，試驗(yàn)前空壓機(jī)進(jìn)行模擬額定工況的3次負(fù)載循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，停機(jī)后清理干凈空壓機(jī)排氣口處的油跡。再啟動(dòng)空壓機(jī)，將干燥濾紙?jiān)诰嗫諌簷C(jī)排氣口約5 cm處收集油氣1 min時(shí)間。停機(jī)后觀察濾紙上的油跡，若濾紙上的油跡輕于排油樣板上的油跡，則視為空壓機(jī)排氣含油量沒(méi)有超出標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。重于排油樣板油跡的視為排氣含油量超標(biāo)。對(duì)于固定型號(hào)的空壓機(jī)而言，行業(yè)上常采用mg/min作為竄油計(jì)量單位，如圖2所示，竄油量為30 mg/min左右時(shí)排油樣板所顯示的存油情況。

濾紙重量法和濾紙比對(duì)法雖然都具有快捷簡(jiǎn)便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在汽車(chē)行業(yè)的使用也很廣泛，但精確性低、誤差大，受環(huán)境、試驗(yàn)人員等各種外在因素的影響嚴(yán)重，不能作為竄油定量測(cè)試的方法。

3.5 試管測(cè)試法

試管測(cè)試方法可以直接在發(fā)動(dòng)機(jī)總成或直接是汽車(chē)上對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行測(cè)試，也可以單獨(dú)對(duì)機(jī)頭進(jìn)行測(cè)試，是一種非常方便的測(cè)試方式。試管測(cè)試方法是通過(guò)采樣泵，采集空壓機(jī)打出的氣體，由于壓縮氣體中含有機(jī)油、水等污染物，而試管中含有相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)，所以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)竄油的測(cè)試。在測(cè)試之前首先檢查測(cè)試設(shè)備裝置是否含有油污，如果含有油污應(yīng)經(jīng)過(guò)清洗之后再進(jìn)行測(cè)試，若沒(méi)有清洗將影響測(cè)試結(jié)果。

測(cè)試時(shí)先將空壓機(jī)油、水溫度上升至發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)溫度，并使空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在需要的轉(zhuǎn)速下，通過(guò)調(diào)壓裝置使氣壓達(dá)到車(chē)輛的系統(tǒng)工作壓力。待各項(xiàng)參數(shù)值穩(wěn)定后，將排氣管末端連接測(cè)試試管和采樣泵。根據(jù)竄油的輕重決定采樣泵的促動(dòng)次數(shù)25-100次，取下測(cè)試試管，并跟對(duì)比卡片進(jìn)行對(duì)比，得出測(cè)試結(jié)果。系統(tǒng)的連接圖見(jiàn)圖3所示。

試管測(cè)試法雖然直接簡(jiǎn)單，對(duì)使用人員的要求也較低，但受測(cè)量原理限制，測(cè)量結(jié)果容易受到氣體中其他還原性雜志的干擾，它與濾紙比對(duì)法一樣，都存在對(duì)測(cè)試結(jié)果誤判的風(fēng)險(xiǎn)，故適于對(duì)檢測(cè)要求不太高的場(chǎng)合，以大致確定油濃度范圍。

3.6 濾芯測(cè)試法

濾芯測(cè)試法也是重量法的一種，但其測(cè)試精度較濾紙重量法卻要高出許多。我院為某企業(yè)成功研制的一套濾芯法測(cè)試系統(tǒng)如圖4所示，壓縮空氣會(huì)完全通過(guò)一個(gè)裝有濾芯的過(guò)濾容器，即濾芯座（10），且內(nèi)部濾芯對(duì)油氣的過(guò)濾精度達(dá)到

100%。為了完全模擬汽車(chē)在正常行駛中的各項(xiàng)狀態(tài)，在系統(tǒng)中添加空氣冷卻器將壓縮空氣溫度降低至接近汽車(chē)上空氣干燥器內(nèi)部溫度，通常保持濾芯座內(nèi)部溫度約70左℃右。

試驗(yàn)時(shí)，先將高效濾芯在恒溫70℃的烘箱內(nèi)放置烘烤。試驗(yàn)系統(tǒng)中電動(dòng)球閥AF1開(kāi)啟，電動(dòng)球閥AF2關(guān)閉。通過(guò)調(diào)壓閥（7） 使空壓機(jī)排氣壓力達(dá)到設(shè)定壓力值，調(diào)節(jié)空氣冷卻器進(jìn)出水流量（5、3）使得濾芯座（10） 內(nèi)部氣體溫度穩(wěn)定在70℃，待整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定后，將AF1、AF2切換過(guò)來(lái)，同時(shí)打開(kāi)電磁閥（12） 排空濾芯座內(nèi)部殘余壓力。取出烘箱內(nèi)的濾芯，以精度為依1mg的儀器對(duì)其稱重，再快速向?yàn)V芯座中放置好濾芯，裝配好濾芯座后關(guān)閉電磁閥的同時(shí)再次將AF1、AF2切換回來(lái)。此時(shí)濾芯便可充分過(guò)濾標(biāo)定條件下的壓縮空氣油氣，一般單組濾芯試驗(yàn)時(shí)間為20 min，氣流末端的數(shù)字流量計(jì)（14） 可記錄試驗(yàn)期間的容積流量，到達(dá)測(cè)量時(shí)間后，AF1、AF2再次自動(dòng)切換，將濾芯取出并在烘箱內(nèi)放置5~10 min以消除管道冷凝水被濾芯吸收而對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。完成后再次對(duì)濾芯稱重，二次稱重差值即為該段試驗(yàn)周期的竄油量，對(duì)于特定空壓機(jī)機(jī)型，一般習(xí)慣以g/h作為竄油量單位。試驗(yàn)可分組重復(fù)進(jìn)行，為減少測(cè)試結(jié)果的

偶然性，幾組試驗(yàn)結(jié)果差值不超過(guò)0.2 g/h才可終止試驗(yàn)，然后對(duì)所測(cè)結(jié)果取平均值，所得數(shù)據(jù)便為該機(jī)型在設(shè)定工況下運(yùn)行的竄油值。

當(dāng)氣流僅通過(guò)AF2該側(cè)支路時(shí)，為避免氣流會(huì)進(jìn)入濾芯而對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響，故在濾芯座末端安裝合適的高靈敏單向閥，以防止氣流中的油汽從反向竄入濾芯座中。整個(gè)試驗(yàn)的計(jì)時(shí)與閥門(mén)切換均由PLC控制完成，簡(jiǎn)單可靠。對(duì)于空氣冷卻器用水，如果試驗(yàn)室取循環(huán)水比較方便可有直接使用自來(lái)水，但考慮節(jié)約資源方面，可以通過(guò)一水冷機(jī)組來(lái)冷卻循環(huán)水，以使循環(huán)水保持在一個(gè)合適的溫度區(qū)間。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)間推移和各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，壓縮空氣含油量的測(cè)試方法也在推陳出新，呈現(xiàn)多樣化趨勢(shì)，使我們有了更多的選擇。但對(duì)于汽車(chē)行業(yè)而言，無(wú)論是發(fā)動(dòng)機(jī)總裝配套企業(yè)還是制動(dòng)系統(tǒng)（空壓機(jī)）生產(chǎn)單位都要根據(jù)自身實(shí)際情況及檢測(cè)要求選擇合適的測(cè)定方法。分光光度法固然適用范圍廣泛，準(zhǔn)確度高，但步驟繁瑣，需要專業(yè)設(shè)備，測(cè)試成本高，對(duì)于汽車(chē)相關(guān)零部件生產(chǎn)型企業(yè)而言是否適合還值得商榷；而其他幾種比對(duì)方法于汽車(chē)行業(yè)中也在普遍使用，但測(cè)試精度較差，已不符合對(duì)結(jié)果日益精細(xì)化要求的趨勢(shì)。濾芯測(cè)試法相對(duì)而言簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)，測(cè)試精度較比對(duì)法更精準(zhǔn)，是比較值得推廣的。

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