1.前言：

    液压传动系统中，液压油的作用之一就是隔开并润滑元件的运动副。固体颗粒污染物的存在必然产生磨损，导致效率降低，缩短元件寿命，进而降低液压系统工作的可靠性。

    液压过滤器用来控制液压系统中循环的污染颗粒数量，使油液的污染等级满足液压元件的污染敏感度以及用户需要的可靠性的要求。

    为了能够比较过滤器的相关性能，以便选择最合适的过滤器，必须有试验规程。 液压油携带污染物连续不断地流经过滤器，直至达到预先设定的极限压降（旁通阀开启压力或者压差指示器设定的压差）。

    正常使用寿命（达到极限压降之前）和液压系统中任意点的污染度水平都取决于污染物增加率（侵入率与生成率之和）和过滤器的性能特性。

    在实验室中进行的过滤器性能评定试验应该为被试过滤器提供连续的污染物侵入率，并且定时监测过滤器的过滤性能参数。

    试验还应具有一定程度的重复性和再现性，应采用标准试验粉末，这种试验粉末具有稳定一致的颗粒尺寸分布，并在世界各地都能购买到。采用规定标准校准的自动颗粒计数器测量过滤器的上下游颗粒尺寸分布，来确定过滤器的过滤性能。

   

液压滤芯多次通过试验方法于1981年正式确立为国际标准ISO4572,后来由于液压领域污染控制的技术水平日益提高，该标准已不能适应当前的需要，因此。国际标准化组织采用ISO16889来代替ISO4572，本文通过解析这两个标准的不同点来看ISO16889的推出对于液压滤芯污染测试领域的重要意义

2 ISO16889和ISO4572的不同点

我们来看一下ISO16889和ISO4572相比有哪些方面的改变。主要有以下几点：

1 实验粉末从ACFTD改为ISO MTD

2 颗粒计数器校准方法由ISO4402变为 ISO11171

3 试验程序的不同点

a颗粒计数取样方法：从离线瓶取样改为在线式直接取样

b 取样次数：由4次改进为试验全程每分钟取样一次

c 试验时粒径尺寸设置更加贴近实用

④ 试验结果的表达更加全面、具体

3 从污染控制测试的角度具体分析这几点改进的意义。

3.1 实验粉末从AC粉末改为ISO MTD

ACFTD最初由通用汽车公司的AC火花塞分公司生产。由于具有稳定的颗粒尺寸分布，ACFTD在IS0 4402中被用来校准颗粒计数器，在IS0 4572中被用来评价液压系统或其它应用中的过滤器的性能。由于它具有天然的不规则外形和硅质特性，ACFTD被认为是典型液压系统中污染物的代表，IS0 4402给出了ACFTD的尺寸分布。  

    1992年，ACFTD粉末停产后，颗粒汁数器校准方法和过滤器试验标准的修订显得格外紧迫。ISO技术委员会TC22决定采用过滤器试验粉末标准IS012103-1的ISOMTD粉末进行颗粒计数器的校准和过滤器多次通过试验

试验粉末改进的意义：试验结果原来依赖颗粒粉末尺寸分布，AC粉批次之间差别较大，含有高浓度细小颗粒，统计时易产生重叠误差，试验粉末的分布尺寸和形状对试验结果产生巨大影响，而ISO MTD采用喷气粉碎工艺，使批次之间差别小。

3.2 颗粒计数器校准方法由ISO4402变为 ISO11171

从颗粒计数器校准的观点看，ISO4402校准方法有许多内在的缺点，其最大的缺点是ACFTD颗粒尺寸分布没有经过严格鉴定。而校准的准确性依赖于参考颗粒尺寸分布的精确性。

为了发展颗粒计数器可追踪校准方法，1993年，人们要求NIST鉴定ISO MTD悬浮液中的颗粒尺寸分布。被鉴定的悬浮液，NIST标准参考物质(SRM) 2806，由浓度为2.8mg/L的ISO MTD悬浮在MIl-H-5606液压油中形成的悬浮液组成。使用扫描电子显微镜和统计分析技术来测量ISO MTD投影面积的等效直径，以确定SRM的颗粒尺寸分布。由于投影面积等效直径比定义ACFTD尺寸分布的最大弦长更接近于液体自动光学颗粒计数器的实际测定尺寸，所以使用投影面积等效直径作为确定颗粒尺寸。见图1

 

 

图1

图注：

    1实际尺寸；

    2根据IS0 4402观察到的尺寸（ACFTD尺寸分布）；

    3根据NIST( NIST尺寸分布)观察到的投影面积等效直径；

    4最大弦长d= 13μm；

    5面积=78.5μm²

    6面积= 78.5μm²

    7投影面积等效直径d=10μm

    图1  使用最大弦长和投影面积等效直径所定义的颗粒尺寸

颗粒尺寸的重新定义

在污染控制中，颗粒尺寸和浓度都是十分重要的。随着校准方法的变化，报告的颗粒尺寸和浓度将会随之变化。变化程度取决于颗粒尺寸的大小。由于这一变化，IS0 11171指定用符号“μm(c)”表示颗粒尺寸，(c)表示按照ISO 11171校准。表1是ACFTD尺寸和新的NIST尺寸的比较。10μm时，报告尺寸的差别大约只有2%。然而，ACFTD的15μm大约变成了13. 6μm(c)，5μm大约变成了6. 4μm(c)。小颗粒尺寸的变化最大。ACFTD方法的1μm颗粒尺寸大约变成4. 2μm(c)。在报告污染度或比较过滤器的B值和过滤效率时，颗粒报告尺寸的这种变化将会导致混乱。见表1

通道	1	2	3	4	5	6	7	8
ISO-MTD  尺寸（μm）	4	4.6	6	9.8	14	21.1	38	68
ACFTD    尺寸（μm）	~1	2	~5	10	~15	25	~50	~100

表1

颗粒尺寸的重新定义，使得现在使用的许多颗粒计数器在使用新校准方法后不能对尺寸小于5μm(c)的颗粒进行计数。一般来说，使用ACFTD校准方法很容易对1μm颗粒进行计数的颗粒计数器，在使用新校准方法后，能够对4μm(c)的颗粒进行计数。根据国际联合验证的试验结果，只有新的消光传感器和散光传感器才能计数更小的尺寸。一些颗粒计数器生产商生产的消光传感器在使用新校准方法后，可以统计尺寸为2～3μm(c)的颗粒。小尺寸颗粒的统计，更需要散光传感器。

3.3 颗粒计数取样方法：从离线瓶取样改为在线式直接取样

ISO4572的颗粒计数取样方式是采用取样瓶进行瓶取样，在取样过程中容易受到各种污染，如取样瓶本身的清洁等级，取样过程的清洁度控制，离线颗粒计数器取样计数。中间环节多，过程繁复，对测试结果造成影响。而在线颗粒计数器直接测量颗粒数，克服了瓶取样的缺点，使测试结果更加准确。具体讲在线颗粒计数法与瓶取样方法相比的优点；

1系统的初始清洁度只要30分钟至60分钟即可实现。

2自动颗粒计数器连接计算机，只要几分钟即可获取供分析用数据，而瓶取样法需要几个小时或更长时间。

3与瓶取样法相比，大大缩短总的试验时间。

4不需要干净的取样瓶。

5不存在由于瓶子污染引起的误差。

    3.4 取样次数：由5次改进为试验全程连续取样

    ISO4572在标准中过滤精度测试只规定了5次颗粒计数取样分析，在试验第2分钟，滤芯极限压差的10%、20%、40%、80%取样分析。

 

图2

ISO4572在整个试验过程中过滤精度测试只取5个油样不能全面的反映被试滤芯的过滤比变化，而ISO16889在全试验过程不间断的进行颗粒计数比较，可以更加直观的表达滤芯在全寿命期内的过滤分离能力变化趋势。

3.5试验时粒径尺寸设置更加贴近实用

ISO4572规定了被试滤芯的适用范围，以10um粒径的过滤比作为评定滤芯性能的主要指标。因此在试验报告中只规定了测试10μm、20μm、30μm、40μm粒径尺寸的过滤比。而ISO16889最少选择5个，最多推荐16个过滤比范围在β=2到β=1000的颗粒尺寸覆盖过滤器的性能。典型的颗粒尺寸为：4，5,6,7,8,10,12,14……30μm（c）

   从试验标准的颗粒尺寸设置我们可以看出液压行业在污染控制方面的进步明显，污染物控制的对象从10um的颗粒下推到了4um左右。标准的改进为更高精度滤芯的研制测试提供了可靠的保证。

ISO4572试验报告颗粒分布分析（每毫升颗粒数）

液样		大于10μm （平均）	大于20μm （平均）	大于30μm （平均）	大于40μm （平均）	过滤比 （平均）
2min	上游
	下游
10%	上游
	下游
20%	上游
	下游
40%	上游
	下游
80%	上游
	下游

最小过滤率  10                          AC试验粉末容量                  mg/L

 

油箱中最终污染度                               mg/L

表2

ISO16889试验报告颗粒分布分析

 

表3

3.6 从试验结果的表达来看ISO16889结果更加全面、具体的优越性

3.6.1 .ISO4572只规定了测试10μm、20μm、30μm、40μm粒径尺寸的过滤比，而ISO16889最少选择5个β=2到β=1000的颗粒尺寸覆盖过滤器的性能。在最终结果中反映过滤比和颗粒尺寸的关系并在半对数坐标中生成曲线，利用内插值法计算出对应过滤比的颗粒尺寸。

图3

 

 

 

 

 

 

 

 3.6.2.由于ISO16889采用在线计数器连续进行颗粒计数，在试验结果上反映了各颗粒尺寸在滤芯全寿命期内的平均过滤比和各时间段的过滤比。并在半对数坐标图中生成每一颗粒尺寸的平均过滤比和试验时间百分比关系曲线或在log-log坐标图上生成每一颗粒尺寸的平均过滤比和滤芯压差关系曲线

图4

 

 

 

 

 

 

 

3.6.3.纳污容量的计算方法不同，ISO4572把实际试验中注入的试验粉末总重量作为滤芯的纳污容量评定指标，而ISO16889是实际试验中注入的试验粉末总重量减去未被滤芯过滤的污染物重量得出滤芯的实际纳污容量。可见ISO16889评定滤芯纳污容量的方法更加科学和可靠。

ISO4572纳污容量的表达

 

Mi=污染物注入总量 （g） G_i =污注浓度（mg/L） q_i=注入流量（L/min）t_f=实际试验时间（min）

ISO16889纳污容量的表达

Cr=M_i-M_nr

Cr=纳污容量   M_i=污染物注入总量  M_nr=未被拦截的污染物重量

注：低过滤精度过滤器的纳污容量和高精度过滤器的纳污容量的内涵不同，高精度过滤器所过滤的污染物粉末重量是全尺寸颗粒。而低精度过滤器所拦截的污染物重量只是拦截精度以上大颗粒的重量值。因此用相同的视在纳污容量值来比较不同过滤精度的过滤器是不公正的。ISO4572标准试验的范围适用于高精度过滤器，因而问题不大，但是，目前国内很多滤材及低精度过滤器也盲目使用其纳污容量测试方法，就不恰当了。因此，不同精度下的过滤器纳污容量的指标仅供参考。

 

4.结论：通过以上的分析，我们可以看出，由于液压技术领域的高速发展，对污染控制技术水平提出了更高的要求。原来的ISO4572 液压传动过滤器测定过滤特性的多次通过法已经不能适应当前的需要，但是，作为在过滤行业有指导性的标准，仍影响着我们的方方面面。比如，很多过滤器及滤材的标称精度仍然使用ISO4402的标定方法，像1-3μm的滤材。转换成ISO11171就应标称为4μm。又如某些过滤器和滤材以ISO4572使用的污染物注入总量来表示纳污容量指标，给液压过滤分离行业的交流与研究带来了混乱，干扰过滤器行业的正常发展。

为了更加准确，科学地评定过滤器的性能，以ISO16889多次通过试验标准取代旧标准是必要的，有科学依据的。我们应当在相关行业内推广及应用新标准。

参   考   文   献

1.ISO4572液压传动—过滤器—测定过滤特性的多次通过法

2.ISO16889液压传动过滤器—评定滤芯过滤性能的多次通过试验法

3.ISO/TR16386:1999 ISO流体传动颗粒计数改变的影响—污染控制及过滤器试验标准