第4章 性能參數(shù)監(jiān)測

第4章性能參數(shù)監(jiān)測3/20/20244.1概述定義：通過測定機械設(shè)備的各項性能參數(shù)值（如溫度、壓力、油耗等），將這些數(shù)據(jù)進行處理，然后同基準參考值相比較，得出分析結(jié)果（如偏高、偏低、過高、過低），從而可以看出機械在整體性能方面或零件性能方面存在的問題，并進行分析判斷其故障部位及發(fā)展趨勢的技術(shù)。

參數(shù)

運行整體性能

3/20/2024特點：（1）獲得被監(jiān)測對象的整體性能。（2）可利用被監(jiān)測對象配有的測試儀表，投資少。（3）便于實現(xiàn)在線監(jiān)測。（4）較容易被現(xiàn)場設(shè)備管理和維修人員接受。

3/20/2024監(jiān)測參數(shù)的分類：（1）基本參數(shù)：長度、質(zhì)量、時間、電流、溫度和光強等；

（2）主要參數(shù)：力、壓力、功、能量、功率、電荷、電位差、電阻、電容、電感和導熱率等；

（3）次要參數(shù)：力矩、沖量、流量、燃料消耗率、單位燃料消耗率等。

4.2監(jiān)測參數(shù)的選擇

3/20/2024選擇監(jiān)測參數(shù)的要求：（1）要有足夠的信息量。

（2）監(jiān)測參數(shù)與故障之間有較好的靈敏度。

（3）在投資少和時間花費少的前提下，確保測量有較高的精度。

在柴油機的性能參數(shù)監(jiān)測選擇的監(jiān)測參數(shù)主要是熱工參數(shù)。包括：油、水系統(tǒng)的溫度與壓力、各缸的排氣溫度、進排氣管平均壓力、各種壓力差、曲軸箱壓力、空氣流量、轉(zhuǎn)速、各缸指示功率、油耗、氣缸施工圖、噴油壓力曲線、進排氣管壓力波、壓縮壓力和爆發(fā)壓力等。

3/20/2024監(jiān)測參數(shù)的確定方法：（1）確定被監(jiān)測對象。（2）明確與上述被監(jiān)測對象相關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和技術(shù)指標。（3）找出影響各結(jié)構(gòu)參數(shù)和技術(shù)指標的故障型式。（4）分析各故障型式所對應的故障癥兆。（5）確定反映故障癥兆的監(jiān)測參數(shù)。3/20/2024監(jiān)測對象（缸套-活塞環(huán)-活塞）缸套與活塞間隙活塞環(huán)與環(huán)槽間隙活塞環(huán)開口間隙活塞環(huán)彈性缸套或活塞磨損環(huán)槽磨損活塞環(huán)折斷活塞環(huán)積炭撞擊、噪聲潤滑油中磨損產(chǎn)物曲軸箱漏氣滑油燒損排氣濃度壓縮空氣功率燃油消耗率滑油消耗量、功率、曲軸箱內(nèi)壓力、壓縮空氣、燃油消耗率、振動、滑油中磨粒濃度3/20/2024定義：通過測溫技術(shù)測量監(jiān)測對象的表面或內(nèi)部溫度，以溫度的大小和分布來分析監(jiān)測對象的運動狀態(tài)和與熱相關(guān)的故障，并判斷其發(fā)展趨勢。膨脹式、熱電阻、熱電偶、輻射式

接觸式測溫：熱平衡、存在一定的測量滯后

非接觸式測溫：輻射式測溫

4.3溫度監(jiān)測4.3.1溫度監(jiān)測基礎(chǔ)

3/20/2024液體膨脹式玻璃溫度計4.3.2接觸式溫度測量①水銀（-35℃～350℃）；②有機液體（-200℃～200℃）。避免急冷急熱；防止斷液；避免氣泡和視覺誤差。3/20/2024壓力式玻璃溫度計小型壓力式溫度計常用于內(nèi)燃機中冷卻水、潤滑油系統(tǒng)的溫度監(jiān)測。原理：根據(jù)封閉容器中的液體、氣體或低沸點液體的飽和蒸氣壓，受熱后體積膨脹或壓力變化這一原理而制作的，并用壓力表來測量此變化，從而測得溫度。

3/20/2024雙金屬溫度計金屬片受熱后由于兩種金屬片的膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生彎曲變形，彎曲的程度與溫度高低成比例。

3/20/2024熱電阻溫度計利用電阻與溫度呈一定函數(shù)關(guān)系的金屬導體或半導體材料制成感溫元件，當溫度變化時，電阻隨溫度而變化，通過測量電路的轉(zhuǎn)換，在顯示器上顯示出溫度值。大多數(shù)金屬導體當溫度上升1℃時，其電阻值均增大0.4％～0.6％；而半導體當溫度上升1℃時，其電阻值則下降3％～6％。是一種較為理想的高溫測量儀表，但在較低溫度測量時，由于產(chǎn)生的熱電勢較小，測量精度相應降低。在-200～500℃溫度范圍內(nèi)，一般使用熱電阻溫度計測量效果較好。感溫金屬導體：鉑、銅、鎳金屬絲電阻溫度計感溫金屬半導體：半導體熱敏電阻溫度計3/20/2024熱電偶溫度計熱電阻是中低溫區(qū)常用的一種測溫元件。以熱電效應為基礎(chǔ)的測溫儀表。測量范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測溫準確可靠，便于信號的遠傳、自動記錄和集中控制，在工業(yè)生產(chǎn)和科研領(lǐng)域中應用極為普遍。由熱電偶、連接導線及顯示儀表三部分組成。1-熱電偶；2-導線；3-顯示儀表3/20/2024熱電偶是由兩種不同的導體（或半導體）材料焊接或鉸接在一起，焊接的一端與被測介質(zhì)充分接觸，感受被測溫度，稱為熱電偶的工作端或熱端；另一端與導線連接，稱為自由端或冷端。導體Ａ、Ｂ稱為熱電極。如果將熱電偶的熱端加熱，使得冷、熱兩端的溫度不同，則在該熱電偶回路中就會產(chǎn)生熱電勢，這種物理現(xiàn)象就稱為熱電現(xiàn)象（熱電效應）。3/20/2024在熱電偶回路中產(chǎn)生的熱電勢由溫差電勢和接觸電勢兩部分組成。（1）溫差電勢：是在同一導體材料的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢。t>t0此電勢只與導體性質(zhì)和導體兩端的溫度有關(guān)，而與導體長度、截面及沿導體長度上的溫度分布無關(guān)。3/20/2024（2）接觸電勢：是兩種電子密度不同的導體相互接觸時產(chǎn)生的一種熱電勢。NA>NB此電勢只與兩種導體的性質(zhì)和接觸點的溫度有關(guān)，當兩種導體的材料一定，接觸電勢僅與其接觸點溫度有關(guān)。3/20/2024t>t0NA>NB3/20/2024常用熱電偶常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。標準熱電偶是指國家標準規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。3/20/2024常用熱電偶熱電偶的分度號有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等幾種。其中S、R、B屬于貴金屬熱電偶，N、K、E、J、T屬于廉金屬熱電偶。（S型熱電偶）鉑銠10-鉑熱電偶—正極為鉑銠合金，其中含銠為10%，含鉑為90%，負極為純鉑，故俗稱單鉑銠熱電偶。長期最高使用溫度為1300℃，短期最高使用溫度為1600℃。（R型熱電偶）鉑銠13-鉑熱電偶—正極為鉑銠合金，其中含銠為13%，含鉑為87%，負極為純鉑，長期最高使用溫度為1300℃，短期最高使用溫度為1600℃。（B型熱電偶）鉑銠30-鉑銠6熱電偶—正極為鉑銠合金，其中含銠為30%，含鉑為70%，負極為鉑銠合金，含銠為量6%，故俗稱雙鉑銠熱電偶。長期最高使用溫度為1600℃，短期最高使用溫度為1800℃。

3/20/2024（K型熱電偶）鎳鉻-鎳硅熱電偶

—是目前用量最大的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。正極為：Ni：Cr=90：10，負極為：Ni：Si=97：3，其使用溫度為-200~1300℃。（N型熱電偶）鎳鉻硅-鎳硅熱電偶

—是一種最新國際標準化的熱電偶，正極為：Ni:Cr:Si=84.4:14.2:1.4，負極為：Ni:Si:Mg=95.5:4.4:0.1，其使用溫度為-200~1300℃。（E型熱電偶）鎳鉻-銅鎳熱電偶

—正極為：鎳鉻10合金，負極為：55%的銅，45%的鎳以及少量的錳，鈷，鐵等元素。該熱電偶的使用溫度為-200~900℃。3/20/2024（J型熱電偶）鐵-銅鎳熱電偶—正極為純鐵，負極為銅鎳合金，常被含糊地稱之為康銅，其名義化學成分為：55%的銅和45%的鎳以及少量卻十分重要的錳，鈷，鐵等元素。覆蓋測量溫區(qū)為-200~1200℃，但通常使用的溫度范圍為0~750℃。（T型熱電偶）銅-銅鎳熱電偶—是一種最佳的測量低溫的廉金屬的熱電偶。正極是純銅，負極為銅鎳合金，常之為康銅，它與鎳鉻-康銅的康銅通用，測量溫區(qū)為-200~350℃。

3/20/2024易熔合金測溫法

基于純金屬及某些合金（共熔合金）具有各自固定的熔點，把這些具有固定熔點的金屬（合金）絲嵌入被測零部件的表面，當零部件經(jīng)過一定時期的運轉(zhuǎn)后觀察金屬絲是否熔化來確定該點的溫度范圍。安裝方便，尤其對運動零部件的測溫簡單易行，測試結(jié)果直觀。但是每次只能測一種工況下的溫度值，且各點的絕對溫度值難以精確確定。3/20/2024低熔點控溫易熔合金專用于防火閥、光學鏡片鑄型、熔模芯技術(shù)、液氯鋼瓶卸壓裝置、管道和型材彎曲、機車鍋爐塞、液力偶合器、板材金屬變形、易熔保險設(shè)備、模型和模具、標準鑄造、專用焊接、精密制模、合金熔煉槽、排煙防火閥、防火排煙風口的熔斷器（溫感器），易熔合金灑水噴頭的熱敏元件，隱蔽型灑水噴頭裝飾罩的控溫與焊接，廚房自動滅火裝置拉索釋放器，報警器和發(fā)電機組的溫感探頭，防火門、卷簾、卷閘的控制器、自降器的溫感元件，脫排油煙機控溫聯(lián)動裝置，貨運車鼓暖風機電阻器的保險裝置，工業(yè)、家用避雷擊、防大電流沖擊的保護裝置，閥門、儲氣罐、石油設(shè)備、大型化工鋼瓶的易熔塞、塊、帽，以及比重計控溫封口等，也可用作其他熱敏元件實現(xiàn)控溫自動啟閉，是有控溫要求和安全性設(shè)備上不可缺少的一種安全可靠材料。

3/20/2024用于石油鉆采設(shè)備控溫元件的80℃、95℃、120℃易熔塊、易熔帽易熔堵頭；用于盛裝液化氣體壓力容器的70℃、80℃、90℃、95℃易熔塞；用于裝化工、石油液、氣體大型鋼瓶的100℃、120℃、130℃、140℃、150℃易熔塞；用于鋼質(zhì)石油、化工產(chǎn)品儲罐的自動滅火裝置的合金引火頭110℃、180℃易熔塊、環(huán)、塞。

3/20/2024硬度塞測溫法

是基于金屬材料淬火后，若在不同的溫度下進行回火，則該金屬材料的表面硬度也將不同，回火溫度越高，則表面硬度越低。安裝方便，不需引線，易進行溫度場的測量；但測量精度不高，而且硬度計要求有一定經(jīng)驗的專業(yè)人員進行操作，以免因操作不當帶來過大的誤差。3/20/2024示溫涂料法

當涂層被加熱到一定溫度而發(fā)生顏色或其他現(xiàn)象變化來指示物體表面溫度及溫度分布的涂料稱作示溫涂料，通常也稱為變色涂料或熱敏涂料。利用某些物質(zhì)的顏色隨溫度變化的特性來進行測溫。示溫涂料法測溫通常要求示溫涂料隨溫度變化的過程不可逆。示溫帶——有條形自粘帶和自粘圓片兩種。示溫筆——粗略測定表面溫度。示溫涂料——檢查大面積溫度。測溫范圍在40～260℃之間。

3/20/2024示溫蠟片測溫法利用某些物質(zhì)在不同溫度下能夠發(fā)生熔化或變色的特性進行測溫。國產(chǎn)的示溫蠟片的額定顯示溫度有60℃、70℃、80℃、90℃、100℃五種。使用時可根據(jù)機械額定工作溫度選擇相應的示溫蠟片粘在監(jiān)測部位，當被測部位溫度超過示溫蠟片額定溫度時，示溫蠟片即熔化脫落，從而發(fā)現(xiàn)過熱現(xiàn)象。3/20/20244.3.3非接觸式測溫（紅外測溫）

紅外概念：電磁波

近紅外區(qū)：0.78～1.5μm中紅外區(qū)：1.5～6μm遠紅外區(qū)：6～15μm極遠紅外區(qū)：15～1000μm

3/20/2024紅外測溫技術(shù)

1）運動的或帶電的物體，如軸承、軸、變電設(shè)備等；2）敏感的、潮濕的或被覆蓋的表面；3）很難同表面形成良好接觸的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，如電機中的線圈端頭；4）必須避免導熱的微小物體，如電子器件；5）會使接觸式傳感器受到破壞的高溫材料，如溶化的金屬；6）檢測爐子或管道等大表面上的局部溫差；7）溫度急劇變化的物體；8）由于距離或安全原因而不能接近的物體，如大型煙囪、反應塔和加熱爐爐門。3/20/2024紅外測溫技術(shù)的優(yōu)點

1）反應速度快，響應時間在10-3s~10-9s量級。2）非接觸式測溫，從而不影響被測目標物的溫度場。3）可用于許多無法接近的目標、帶電和腐蝕性等介質(zhì)溫度測量。如月球表面溫度、高速運轉(zhuǎn)中的設(shè)備，放射性環(huán)境下的設(shè)備，高溫、高電壓設(shè)備等的溫度測量。4）靈敏度高，能區(qū)別微小溫差，可分辨0.01℃或更小的溫差。5）測溫范圍寬（-170℃~+3200℃）。6）可對小目標進行測量，最小可測出直徑為7.5μm的目標。7）可進行動態(tài)測溫。3/20/2024熱敏探測器光子探測器

紅外探測器

微弱紅外光

光電轉(zhuǎn)換器件

3/20/2024光子探測器和熱敏探測器的性能比較

3/20/2024主動式紅外成像被動式紅外成像

紅外成像

紅外輻射信號

紅外熱圖像

3/20/2024主動式紅外成像3/20/2024被動式紅外成像3/20/2024只能測量設(shè)備表面上某點周圍小面積的平均溫度。紅外點溫儀

低溫點溫儀——測量范圍：-100-300℃中溫點溫儀——測量范圍：600℃以下高溫點溫儀——測量范圍：900℃以下3/20/2024紅外點溫儀常用于測量物體的一個點（相對較小的面積）的溫度

全輻射測溫儀

單色測溫儀

比色測溫儀：消除比輻射率帶來的誤差

3/20/2024紅外熱像儀具有優(yōu)良的性能，但它的裝置精密，價格比較昂貴，且需要制冷系統(tǒng)方能工作，除了一些重要設(shè)備需配備紅外熱像儀外，大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)中應用價格比較低廉的紅外熱電視。紅外熱電視是紅外熱像儀的一種?？蓪Ρ粰z目標進行二維溫度場檢測。紅外熱電視

3/20/2024日常巡檢定期普測重點跟蹤配合檢修基礎(chǔ)檢修

紅外檢測的工作內(nèi)容

3/20/2024對紅外檢測儀器的要求對檢測環(huán)境的要求對檢測周期的要求對操作方法的要求對被檢測設(shè)備的要求

紅外檢測的基本要求

3/20/2024對紅外檢測儀器的要求紅外檢測所應用的儀器一般情況下為紅外點溫儀、紅外熱電視和紅外熱像儀。根據(jù)前面所述的相應檢測內(nèi)容和要求，應配備相應的檢測儀器。3/20/2024對檢測環(huán)境的要求①檢測目標及環(huán)境溫度不宜低于5℃。如果必須在低溫下進行紅外檢測，應注意儀器自身的工作溫度范圍，還應考慮水汽、結(jié)冰將影響檢測結(jié)果的可信度。②環(huán)境濕度不應>85％，風速不應>0.5m／s，不應有雷、雨、霧、雪。若檢測中風速變大，應記錄風速，必要時應對檢測結(jié)果按風速加以修正。③戶外設(shè)備檢測宜在日出之前、日落之后或陰天情況下進行。④戶內(nèi)外設(shè)備檢測要避免燈光的照射。⑤注意其他高溫輻射體的干擾，在可能的條件下應采取遮擋措施。3/20/2024對檢測周期的要求紅外檢測的周期取決于檢測對象的重要性及其環(huán)境條件，對于關(guān)鍵性和樞紐性的設(shè)備、運行環(huán)境惡劣的設(shè)備及老舊設(shè)備，檢測周期應縮短；對于新建、大修后的設(shè)備，要及時進行紅外檢測；檢測中發(fā)現(xiàn)熱異常的設(shè)備，要跟蹤檢測。3/20/2024對操作方法的要求①從全面掃描到局部精確檢測②精密檢測的注意事項A針對不同的檢測目標選擇不同的溫度參照體。B檢測設(shè)備發(fā)熱點、正常設(shè)備的對應點及環(huán)境溫度參照體的溫度值時，應注意使用同一臺儀器。C如進行同類設(shè)備比較時，應保持對各測點的測距、測量方向和測量高度的一致。D注意選擇最合適的測溫范圍，使熱像的溫度分辨率達到最佳狀態(tài)，以便于精密診斷設(shè)備的故障。E要從不同方位對熱異常部位進行檢測，以找出最熱點的溫度值。3/20/2024對被檢測設(shè)備的要求對被檢測設(shè)備應打開遮擋紅外輻射的蓋板，新設(shè)備制造設(shè)計時宜考慮進行紅外檢測的可能性。

3/20/2024表面溫度判斷法相對溫差判斷法同類比較法熱譜圖分析法檔案分析法紅外檢測方法

3/20/2024表面溫度判斷法表面溫度判斷法是遵照已有的標準，對設(shè)備顯示溫度過熱的部位進行檢測并按相關(guān)的規(guī)定判斷它的狀態(tài)正常與否。利用這種方法可以判定設(shè)備故障部位的情況，但不可能充分顯示紅外診斷技術(shù)超前診斷的優(yōu)越性。

3/20/2024相對溫差判斷法“相對溫差”是指兩臺設(shè)備狀況相同或基本相同(指設(shè)備型號、安裝地點、環(huán)境溫度、表面狀況和負荷)的兩個對應測點之間的溫差。相對溫差判斷法是為了排除設(shè)備負荷不同、環(huán)境溫度不同對紅外檢測和診斷結(jié)果造成影響而提出的。當環(huán)境溫度過低或設(shè)備負荷較小時，設(shè)備的溫度必然低于高環(huán)境溫度和高負荷時的溫度。但大量事實說明，此時的溫度值沒有超過允許值，然而并不能說明設(shè)備沒有缺陷存在，往往會在負荷增長之后，或環(huán)境溫度上升后，就會引發(fā)設(shè)備事故。

3/20/2024同類比較法同類比較是指在同一類型被檢設(shè)備之間進行比較。所謂“同類’’設(shè)備的含義是指它們的類型、工況、環(huán)境溫度和背景熱噪聲相同或相近，可以相互比較的設(shè)備。具體作法是將同類設(shè)備的對應部位溫度值進行比較，這樣更容易判斷出設(shè)備狀態(tài)是否正常。在進行同類比較時，要注意排除它們同時存在熱故障的可能性。3/20/2024熱譜圖分析法熱譜圖分析法是根據(jù)同類設(shè)備在正常狀態(tài)和異常狀態(tài)下的熱譜的差異來判斷設(shè)備是否正常的方法。

3/20/2024檔案分析法檔案分析法是將測量結(jié)果與設(shè)備的紅外診斷技術(shù)檔案相比較來進行分析診斷的方法。這種方法有利于對重要的、結(jié)構(gòu)復雜的設(shè)備進行正確的診斷。應用這種方法的前提要求比較高，需要預先為診斷對象建立紅外診斷技術(shù)檔案，從而在進行診斷時，可以分析該設(shè)備在不同時期的紅外檢測結(jié)果，包括溫度、溫升和溫度場的分布有無變化，掌握設(shè)備熱態(tài)的變化趨勢，同時還應參考其他相關(guān)檢測結(jié)果以綜合分析判斷。

3/20/2024壓力：均勻而垂直地作用于單位面積上的力。壓力單位：牛頓/米2（N/㎡），即：帕斯卡1標準大氣壓（atm）=1.033工程大氣壓=1.013×105Pa1工程大氣壓（kgf/cm2）=98066.5Pa≈98KPa1毫米汞柱（mmHg）=133.322Pa1毫米水柱（mmH2O）=9.80665Pa1巴（bar）=105Pa1磅力/英寸2（bf/in2）=6894.9Pa

4.4壓力監(jiān)測4.4.1壓力監(jiān)測基礎(chǔ)

3/20/2024壓力的表示方法

3/20/20241、液柱式壓力計4.4.2測壓儀表

3/20/20242、彈性式壓力計彈性元件

彈簧管式彈性元件：a、b薄膜式彈性元件：c、d波紋管式彈性元件：微壓、低壓測量e

利用彈性元件受壓后所產(chǎn)生的彈性變形的原理進行測量

3/20/2024彈簧管壓力表

彈簧管的測壓原理圖3/20/2024彈簧管壓力表

1－彈簧管；2－拉桿；3－扇形齒輪；4－中心齒輪；5－指針；6－面板；7-游絲；8－調(diào)整螺釘；9－接頭彈簧管的材料，一般在p＜20MPa時采用磷銅，p＞20MPa時則采用不銹鋼或合金鋼。

3/20/20243、電氣式壓力計將被測的壓力通過機械和電氣元件轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進行測量的儀表。1、4－靜觸電；2－動觸電；3－綠燈；5－紅燈

電接點壓力表能簡便地實現(xiàn)在壓力超出給定范圍時，及時發(fā)出報警信號，提醒操作人員注意，以便采取相應措施。另外還可通過中間繼電器實現(xiàn)某種連鎖控制，以防止嚴重事故發(fā)生。3/20/2024瞬時流量：單位時間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的流體數(shù)量。

體積流量：單位時間內(nèi)流過某一有效截面的流體體積。

質(zhì)量流量：單位時間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的流體質(zhì)量。

累積流量[總量]：在某段時間內(nèi)流經(jīng)有效截面的流體數(shù)量的總和。4.5流量監(jiān)測4.5.1流量監(jiān)測基礎(chǔ)

3/20/2024速度式流量計容積式流量計質(zhì)量式流量計

4.5.2流量測量儀表

3/20/2024差壓式流量計

1－節(jié)流元件；2－引壓管路；3－三閥組；4－差壓計流量大時，差壓就大，流量小時，差壓就小。流量與差壓的平方根成正比。

3/20/2024容積式流量計

工作原理：流體通過流量計，就會在流量計進出口之間產(chǎn)生一定的壓力