南京航空航天大学研究生摩擦学大作业

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图10 电阻法测油膜厚度原理图

放电电压法原理：当电流通过薄的油膜时，随着电流增大，电压与电流之间很快就不符合欧姆定律。只要电流大约超过0.5A，通过油膜的压降将于电流无关，趋于一条与表面接触时电压电流关系相平行的直线变化。将直线部分向左延伸，与电压坐标相交的截距就是放电电压，它与油膜厚度成正比，每10

?6m厚约为0.157V,我们可以依此推断油膜厚度。

图11 放电电压法测油膜厚度原理 图 接触率测定法原理：利用油润滑摩擦副表面间发生接触和分离时的电阻变化值来确定接触率，但若油膜太厚就是去测定意义了。

电容法原理：当润滑油的介电常数为已知，油膜的电容值随膜厚增大而降低，因此可以由测得的油膜电容值计算出油膜厚度。

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图12 接触率测定法测油膜厚度原理

图

磁阻法原理：利用可变磁阻电感传感器，扫过接触区域，测量通过接触区的磁通量变化（磁通

量除铁磁心外不通过其它材料），借助测量输出的电压信号进而确定油膜厚度，这种方法很巧妙，因为它不受润滑剂中极性物质的影响。

光干涉法原理：根据相干光的干涉原理，利用光的波长作为度量标准。这种方法精度高，且可用光学显微镜直接观察到弹流接触区的油膜形状和变化全貌。其缺点是试件必须有一件是透明的，此外有些润滑剂的折射率很难测准。

图13 光干涉法测油膜厚度原理图

X射线透射法原理：利用“金属吸收X射线，油对X射线是部分透过、部分吸收的介质”这一种

特性。X射线源发射的射线束，通过0.7mm狭缝，再穿通两盘之间油膜，用盖格(Geiger0计数器测定透过油膜的X射线剂量，在一定条件下，透过油膜的X射线剂量与油膜厚度成正比。根据相应的标定曲线，即可将计数器输出值折算成油膜厚度。这种方法缺点：X射线会被润滑剂中一些成分所吸收，此外需要精确调整X射线束与油膜的相关位置，试验条件要求较高。

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超声波显微镜法原理:声波具有良好的穿透性，能够获取不透明物体上的信息。如工作原理图，

图13 X射线透射法测油膜厚度原理图

透镜的理想焦点在样品内部，理想焦点和样品表面距离为Z，样品反射信号由两部分组成，一部分是入射纵波直接由样品表面反射回来，见图上声线2，另一部分如声线1至透镜端面折射，经耦合液射向样品表面。由于声波最大入射角超过临界角，则入射声波可在样品表面形成Raleigh波，经过距离?，声线3返回换能器。上述两种声波分量在换能器上叠加形成的总输出可用来反映油膜厚度变化。

图14 超声波显微镜法测油膜厚度原理

阻容振荡法原理：利用文氏振荡器的自激振荡原理（图15），把弹流接触区等效为一个可变电容

Cx和一个可变电阻

Rx的并联，将它作为文氏电桥的一个臂，图中AGC为增益自动稳幅

Rx电路，调节RF至适当位置，在全膜状态下，

→?，当膜厚改变时，

Cx也随之改变，相应

的振荡频率也发生变化，根据测出的频率大小，就可定出膜厚的大小。当产生微峰接触时，常由于表面化学膜的存在，产生金属接触，会使

RxRx并不等于0，这时会产生振荡，不过振幅常比全油膜的小，若

→0，将不产生振荡。这样根据是否产生振荡及其振幅的大小，就可

分辨出是否产生金属接触从而测出膜厚或非接触时间率。

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图15 阻容振荡法测油膜厚度原理图

几种测膜厚方法的比较：

放电电压法和接触率法是定性的测试方法；电容法则是定量方法，只能测定稳定膜厚，在全膜下可定量测膜厚，而在混合润滑状态下无能为力；电阻法能清楚地显示出部分膜的润滑状态，但在全油膜形成时却难以分辨膜厚大小；阻容振荡法是定量测试弹流润滑状态的一种有效方法，可用于测量金属接触、部分弹流和全膜弹流的油膜厚度和非接触时间率，也可定量地形象地表征弹流的润滑状态，比电容法多考虑了接触电阻的影响，比电阻法和电容分压法能更清楚地分辨膜厚大小；光干涉法是较好的静态膜厚测量方法，但很难模拟工作时的方向挤压作用。

（2） 油膜形状测试

1961年Crook用电容法测量线接触弹流油膜的形状，1962年Kirk开始用光干涉法测试，后来清华大学的温诗铸等人进一步研制出光干涉弹流实验的装置，现已广泛应用于点接触和线接触、光滑表面和粗糙表面、润滑油膜和润滑脂膜、稳态和非稳态等不同弹流问题的研究。 Crook电容法测油膜形状原理：实验设备为四圆盘机，中间圆盘用玻璃制成，其上用沉积法镀一狭条薄层铬作为电极，当电极通过接触区时，油膜厚度改变将引起钢盘与电极间的电容变化，用示波器进行测量可得到电压波形，然后把此波形转化为油膜形状。

光干涉法测油膜形状原理：根据光的波动理论，两相干光相遇会发生干涉现象。用一透明的平板和一金属滚子或球相接触来模拟接触情况，当一平行光束射向平板，经油膜两界面反射的光由于光程差而产生干涉。采用单色光即可观察到明暗相间的的条纹，表示出油膜形状。为增加干涉条纹的清晰度，可在透明平板下面镀上一薄层铬。 (3) 温度场测试

由于弹流接触区十分微小，热电偶等常规的温度测量方法不能用来测试弹流油膜的温度场。目前较成功的方法有薄膜传感器法和红外辐射法两种。

薄膜传感器法测温度场的原理：见下面的薄膜传感器测压力分布的原理介绍部分。

红外辐射法测温度场的原理：利用“物体表面辐射的红外线强度决定于物体温度”的原理W.O.Winer等人研制出一种观察弹流点接触温度场分布的实验装置（图16）。转动的钢球与蓝宝石转动圆盘相互接触形成弹流点接触，相对运动可以调成不同的滑滚比，钢球表面可以制成不同的粗糙度。用一红外线辐射计，置于测量油膜厚度时观察光干涉条纹的显微镜位置。它的作用是测定接触区测点发出的红外辐射，借此推导出接触温度。

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