در پاسخ به سوال PQ در آنالیز روغن به چه معناست میتوان گفت:

یکی دیگر از روش های شناسایی ذرات روغن، آزمایش شاخص فرسایش ذرات آهنی Particle Quantifier یا PQ در آنالیز روغن می باشد.

آزمایش PQ در آنالیز روغن روشی است که در آن بدون مصرف روغن از طریق میدان مغناطیسی، ذرات آهنی تشخیص داده می­شود.

این تست گونه‌­ای دیگر از دانسیته ذرات آهنی است که با استفاده از اثر هال ( Hall Effect) غلظت ذرات فرومغناطیسی در نمونه روغن را مشخص می­کند. در اثر هال، یک ولتاژ القایی قابل اندازه­گیری روی یک نمونه روغن که تحت میدان مغناطیسی و جریان است اندازه‌­گیری می­شود. عموما هر چه غلظت ذرات فرسایشی فرومغناطیسی بالاتر باشد، ولتاژ هال بدست آمده نیز بالاتر است. تست PQ نیز غلظت ذرات آهن اندازه­‌گیری شده را بصورت اندیس بیان می­کند.

این آزمایش حضور ذرات درشت آهنی را در روغن توربین به خوبی نشان می دهد. منظور از ذرات درشت آهنی، ذرات بزرگتر از پنج میکرون تا ۱۰۰۰ میکرون می باشد.

آزمایش شاخص فرسایش ذرات آهنی Particle Quantifier یا PQ

با استفاده از  PQ در آنالیز روغن ، ذرات درشت آهنی از طریق میدان مغناطیسی، دقیق شناسایی می شود. هرچه عدد PQ در آنالیز روغن بالاتر باشد، فرسایش آهنی دستگاه از حالت عادی دورتر خواهد بود.

ارتباط آنالیز عنصری براساس طیف سنجی نشر اتمی با شاخص PQ در آنالیز روغن

وقتی هر دو تست PQ و اسپکتروسکوپی انجام شوند، از مقایسه نتایج دو تست اطلاعالات جالبی حاصل می­شود. اگر نتایج هر دو تست در طول زمان روند افزایشی داشته باشند به معنی آن است که ذرات خیلی ریز در سیستم تولید شده است، اما اگر در تست PQ افزایش داشته باشیم در حالیکه میزان غلظت آهن در تست اسپکتروسکوپی ثابت مانده باشد یا کم شده باشد، نشان دهنده آن است که ذرات بزرگ در سیستم تولید می­شوند که نشانه سطح فرسایش غیرعادی است.

هر چند که مقدار آهن از طریق آزمایش اسپکتروسکوپی یا طیف سنجی نشر اتمی بدست می­آید ولی از آنجا که این روش قادر است فقط ذراتی را اندازه بگیرد که حداکثر ابعادشان ۵ تا ۶ میکرون باشد لذا شناسایی ذرات بزرگ آهنی عملا از طریق اسپکتروسکوپی میسر نمی­باشد.

بنابراین برای اینکه بتوانیم ذرات آهنی (که نسبت به سایر عناصر فلزی مهمتر و در گستره بیشتری از قطعات ماشین حضور دارند) را تا محدوده ابعاد ۱۰۰ میکرون شناسایی کنیم می­بایستی از شیوه­های دیگر کمک گرفت.

محدوده کاری آزمایشات اسپکتروسکوپی، P.Q و پلاگ مغناطیسی بر حسب اندازه ذرات

نمودار بالا محدوده توانایی ما را از طریق سه تکنیک اسپکتروسکوپی، PQ و پلاگ مغناطیسی، برای شناسایی ذرات آهنی از اندازه اتم آهن تا بیش از ۱۰۰۰ میکرون یا ۱ میلی­متر نشان می­دهد.

بنابراین می توانید شاخص PQ در آنالیز روغن را با مقدار عنصر آهن (Fe) که از آنالیز عنصری بر اساس طیف سنجی نشر اتمی به دست می آید، مقایسه کنید. اگر PQ در آنالیز روغن از مقدار عنصر آهن کوچکتر باشد، می توان چنین نتیجه گرفت که روغن فاقد ذرات آهنی درشت بزرگتر از پنج میکرون است. چنانچه PQ در آنالیز روغن از مقدار عنصر آهن بزرگتر شود، ذرات درشت آهنی در روغن وجود دارد و در این صورت باید به شاخص TDPQ مراجعه کرد.

شاخص TDPQ با استفاده از شاخص PQ در آنالیز روغن

ابتدا روغن در ظرف مخصوص دستگاه اندازه گیری PQ وارد کرده و اولین آزمایش PQ روی روغن انجام می‌شود. سپس مجددا از روغن موجود در دستگاه آزمایش، PQ گرفته میشود. این کار تا چهار مرحله روی روغن انجام می‌شود. نموداری که از وصل کردن چهار PQ اندازه گیری شده از یک روغن حاصل می شود را TDPQ گویند. فرض کنید از سه نمونه روغن به نام های Sample1، Sample2 و Sample3 آزمایش PQ گرفته می شود.

همانطوری که در تصویر زیر مشاهده می کنید. از میان این سه نمونه روغن، تغیرات TDPQ در نمونه روغن شماره یک (Sample1) زیاد می باشد. این پدیده تایید کننده این است که ذرات درشت آهنی در نمونه روغن شماره یک (منحنی قرمز رنگ) بیشتر از سایر نمونه های روغن می باشد. این مسله نشان دهنده این است که در نمونه روغن شماره یک، ذرات آهنی زیادتری نسبت به نمونه روغن شماره های دو و سه وجود داشته زیرا با گذشت زمان و در هر بار آزمایش PQ، این ذرات آهنی به مرور رسوب کرده و به همین دلیل مقدار PQ اندازه گیری شده روند افزایشی داشته است.

منحنی PQ در آنالیز روغن

ارزیابی PQ در آنالیز روغن

باتوجه به اهميت ذرات فرسایشی آهنی به عنوان یکی از شاخص ­های مهم فرسایش سیستم ­های مکانیکی، علاوه بر آزمایش آنالیز عنصری، روش ­های متعدد دیگری نیز برای ارزیابی مقدار این فلز در روغن، معرفی شده است. در برنامه­ های آزمایشگاهی آنالیز روغن، این روش­ ها در کنار آزمایش آنالیز عنصری، به عنوان آزمایش ­های کمکی/پشتیبانی به کار برده می ­شوند، نظير: WPA، PQ، AF،DRF  و غيره. این آزمایش­ ها در واقع جهت افزایش توانمندی برنامه CM در کنار آزمایش آنالیز عنصری به کار برده می شوند.

در استفاده از نتایج آزمایش ­های کمکی باید توجه داشت که، این آزمایش ­ها به شدت تحت تاثیر فاکتورهای مختلفی نظیر: تراکم ذرات فرسایشی آهنی، اندازه ذرات، توزیع اندازه ­ای ذرات (Size Distribution) و ترکیبات آهن در روغن، اکسیدهای مختلف آهن (ناشی از زنگ زدگی و یا انواع خوردگی)، می ­باشد. براساس یک پروژه تحقیقاتی، نمونه­ های روغن کالیبره (دارای مقدار مشخصی از ذرات آهنی با اندازه­های متفاوت)، مورد آزمایش PQ قرار گرفتند.

همانطوریکه در نمودار شکل زیر ملاحظه می­ شود، آزمایش PQ برای مقادیر یکسان از ذرات آهنی، بسته به اندازه ذرات، نتایج بکلی متفاوتی را، تا ۱۰۰٪ تفاوت، نشان می­ دهد. این اشکال برای سایر تکنیک­ های کمکی مشابه نیز کم و بیش وجود دارد.

در آزمایشگاه ­های آنالیز روغن، جهت اندازه ­گیری میزان آهن در روغن، از طریق آزمایش آنالیز عنصری و پشتیبانی یکی از آزمایش ­های کمکی فوق ، میزان خطاهای احتمالی به حداقل ممکن رسانده می ­شود. لذا در برنامه ­های CM تنها اتکا به آزمایش ­های کمکی، بدون آگاهی و اطلاع از نتایج آنالیز عنصری، غیر قابل اطمینان می­ باشد.

تطبيق نتایج PQ در آنالیز روغن و آنالیز عنصری

در آنالیز روغن، آزمایش PQ به عنوان تست کمکی آناليز عنصری به کار برده می­ شود. در یک کار آماری به منظور بررسی برخی مغایرت ­ها در نتایج آزمایش ­ها و تحقیق در مورد آزمایش PQ، اطلاعات موجود در بانک اطلاعات یک آزمایشگاه مورد استفاده قرار گرفت. به این منظور، تعدادی از نمونه ­های واقعی روغن­ های موتور کارکرده با نتایج PQ عادی، به طور کاملا اتفاقی (رندوم) انتخاب شده و با نتایج آزمایش آناليز عنصری (آهن) همان نمونه­ ها مقایسه شد.

همانطوریکه در نمودار شکل زیر ملاحظه می­ شود، در حالی که نتایچ PQ وضعیت نمونه­ ها را کاملا عادی نشان داده است، نتایج آزمایش آنالیز عنصری، نوسانات زیاد و موارد فرسایشی شدید و بسیار نگران­کننده را از فلز آهن گزارش نموده است.

مقایسه مقادير PQ با Fe

همانطوریکه نتایج این بررسی نشان می­دهد، عدم اطلاع و تطبيق نتایج آزمایش­ ها و اطلاعات حاصله از تکنیک ­های کمکی/فرعی، با نتایج آزمایش مرجع (آنالیز عنصری)، به شدت احتمال اشتباه و یا انحراف در تشخیص وضعیت سیستم را افزایش می­ دهد.

مقایسه نتایج PQ در آنالیز روغن با آلودگی سیلیس

براساس مطالعات انجام شده، در بیش از ۸۰٪ موارد از فرسایش ­های غیرعادی سیستم­ های مکانیکی، آلودگی سیلیس نقش موثر دارد. همچنین با توجه به شرایط اقلیمی ایران، رایج­ ترین عامل فرسایش ماشین آلات آلودگی سیلیس می­ باشد. علی رغم فیلتر موجود در سیستم ­های مکانیکی، حتی سیستم­های حساس نظیر سیستم ­های هیدرولیک و یا موتورها، معمولا ذرات آلاينده سخت، نظیر ترکیبات Si در اندازه ­های بسیار ریز (کوچکتر از ۵ میکرون) می­توانند به آسانی از سیستم فیلتر عبور نموده و به همراه نمونه در کل مجموعه حرکت نماید و قطعات را مورد تهاجم قرار دهد.

نتیجه این فرسایش (Abrasive wear)، تولید ذرات بسیار ریز فرسایشی می­باشد. ذرات ریز آلاینده و ذرات ریز فرسایشی تولید شده، در همان مراحل اولیه و قبل از توسعه فرسایش، از طریق آزمایش آنالیز عنصری قابل تشخیص بوده و مشکل ایجاد شده با کمترین هزینه قابل پیشگیری خواهد بود. در حالی که آزمایش­ های کمکی نظير PQ، نه تنها نمی­ توانند عناصر آلاینده را شناسایی نماید، بلکه معمولا پس از توسعه و پیشرفت فرسایش، احتمال تشخیص عیب وجود خواهد داشت.

به منظور بررسی این موضوع، مجددا از بانک اطلاعات آن آزمایشگاه، نتایج تعدادی از نمونه ­های روغن هیدرولیک و نمونه­ های روغن موتور، با مقادير PQ عادی، به طور اتفاقی (رندوم) انتخاب گردید و با مقادیر سیلیس موجود در نمونه ­های مشابه مقایسه شد.

نمودارهای شکل های زیر نشان می­ دهد، در حالی که مقادیر سیلیس دچار افزایش نگران کننده و حتی بحرانی شده­اند، وضعیت نتایج تست PQ عادی است. به این ترتیب ملاحظه می ­شود که از این طریق مهم ترین نقش CM که تشخیص شروع افزایش فرسایش است محقق نشده است.

مقایسه مقادير PQ با Si در هيدروليك

مقایسه مقادير PQ با Si

مقایسه نتایج PQ در آنالیز روغن با دیگر نتایج آزمایشگاه

یکی از نگرانی­ های جدی در به کارگیری آزمایش ­های کمکی نظير PQ، عدم دسترسی به اطلاعات مربوط به عناصر فرسایشی مهمی چون مس، سرب، آلومینیوم و غیره است. با توجه به اینکه این تست تنها بخشی از اطلاعات ذرات فرسایشی آهنی را نشان می د­هد، وضعیت فرسایش قطعات مهم آلیاژی، نظير ياتاقان­ ها، پیستون و غیره از طریق این آزمایش غيرقابل کنترل و مانیتور خواهد بود.

به منظور بررسی این موضوع، تعدادی از نمونه ­های روغن موتور و هیدرولیک کار کرده­ای که دارای نتایج عادی PQ بودند، به طور رندوم انتخاب شده و با مقادیر عناصر فلزی ( (Cu, Pb, Alموجود در همان نمونه ­ها مقایسه شدند. نتایج در نمودار شکل های زیر نشان داده شده است. همانطوریکه ملاحظه می­شود، در هیچ یک از نمودارها، وضعیت نگران کننده و یا بحرانی فلزات فوق الذکر، از طریق PQ قابل شناسایی نبوده است.

مقایسه مقایر PQ با si در هیدرولیک

مقایسه مقادير PQ با Pb و Cu

مقایسه مقادير PQ با Al

برخی مشکلات و محدودیت ­های روش ­های غیر آزمایشگاهی

صرف نظر از موارد فوق، آزمایش­ های آنالیز روغن و ذرات فرسایشی، به عنوان روش­ های اندازه­ گیری دقیق، بایستی طبق استانداردهای بین ­المللی انجام شود. زیرا با اتکاء بر نتایج این آزمایش ­ها، وضعیت سلامت و یا عيب سرمایه ­های عظیم ماشین آلاتی و تجهیزاتی ارزیابی شده و در ارتباط با نگهداری و تعمیرات آنها تصمیم ­گیری می­شود.

حساسیت و دقت در نتایج آزمایش ­ها مستلزم به کارگیری تجهیزات استاندارد، اعمال کنترل مستمر آزمایشگاه ­ها از نظر فاکتورهای محیطی (دما، رطوبت و غيره)، کالیبراسیون مستمر تجهیزات و کادرهای آموزش دیده و مجرب و غیره می ­باشد. در روش ­های غیر آزمایشگاهی، تامین شرایط فوق و کنترل موارد ذکر شده تقریبا غیرممکن و یا غير اقتصادی است.

به بیان دیگر، ایجاد شرایط استاندارد و قابل قبول برای انجام آزمایش­ ها، مستلزم تامین شرایطی است که تحقق آن در محیط ­های مختلف کارگاهی و غیر آزمایشگاهی، از نظر مدیریت، تخصص، هزینه و دیگر جنبه­ ها غير عملی است. از طرف دیگر، به کارگیری تجهیزات آزمایشگاهی (حتی در صورت استاندار و قابل قبول بون کیفیت آن تجهیزات) بدون رعایت ضوابط فوق ­الذکر، منجر به نتایج غير قابل اطمینان خواهد شد. آیا کاربر می­تواند اطلاعات محدود و غیر قابل اطمینان را مبناء تشخیص و تصمیمات جدی قرار دهد.

شاید به همين دلايل، در دهه ­های گذشته، الگوهای روش ­های غیر آزمایشگاهی آنالیز روغن در دنیا توسعه نیافته و توسط هیچیک از شرکت های بزرگ نظیر کاترپیلار که از پیشتازان فن­آوری CM در جهان هستند، توصیه نشده و به کار برده نمی ­شود.

روش ­های استاندارد آزمایشگاهی CM جامع، راهی مطمئن برای کنترل و عیب ­یابی ماشین ­آلات و تجهیزات بوده و نقش تعیین ­کننده ­ای در کاهش هزینه راهبری و افزایش بهره ­وری دارد.

روش­ های غیر آزمایشگاهی و تست ­های کمکی ذرات، به عنوان روش ­های صحرایی یا کارگاهی (Field Check)، به دلیل محدویت های زیاد در اطلاعات و عدم دقت کافی و عدم اطمینان از رعایت کنترل ­های لازم، بدون پشتیبانی و کنترل از طرف آزمایشگاه ­های جامع استاندارد، غير قابل اطمینان می ­باشد.

منبع: معلی رضا مسعودی، عبدالصمد محمدی،”برنامه مراقبت وضعیت از طریق آنالیز روغن و چابش های انتخاب آزمایش ها و روش ها”، شرکت نوین نت پارس