1、第第4 4章章 性能參數監測性能參數監測4.1 4.1 概述概述 定義：通過測定機械設備的各項性能參數值如溫度、定義：通過測定機械設備的各項性能參數值如溫度、壓力、油耗等），將這些數據進行處理，然后同基準參壓力、油耗等），將這些數據進行處理，然后同基準參考值相比較，得出分析結果如偏高、偏低、過高、過考值相比較，得出分析結果如偏高、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展趨勢面存在的問題，并進行分析判斷其故障部位及發展趨勢的技術。的技術。 參數參數 運行整體性能運行整體性能 特點：特

2、點：（1獲得被監測對象的整體性能。獲得被監測對象的整體性能。（2較容易被現場設備管理和維修人員較容易被現場設備管理和維修人員接受。接受。（3便于實現在線監測。便于實現在線監測。（4可利用被監測對象配有的測試儀表，可利用被監測對象配有的測試儀表，投資少。投資少。 監測參數的分類：監測參數的分類： （1 1基本參數：長度、質量、時間、電流、溫度和基本參數：長度、質量、時間、電流、溫度和光強等；光強等； （2 2主要參數：力、壓力、功、能量、功率、電荷、主要參數：力、壓力、功、能量、功率、電荷、電位差、電阻、電容、電感和導熱率等；電位差、電阻、電容、電感和導熱率等； （3 3次要參數：力矩、沖量、流

3、量、燃料消耗率、次要參數：力矩、沖量、流量、燃料消耗率、單位燃料消耗率等。單位燃料消耗率等。 4.2 4.2 監測參數的選擇監測參數的選擇 選擇監測參數的要求：選擇監測參數的要求： （1 1要有足夠的信息量。要有足夠的信息量。 （2 2監測參數與故障之間有較好的靈敏度。監測參數與故障之間有較好的靈敏度。 （3 3在投資少和時間花費少的前提下，確保測量有較高的精在投資少和時間花費少的前提下，確保測量有較高的精度。度。 在柴油機的性能參數監測選擇的監測參數主要是熱工參數。在柴油機的性能參數監測選擇的監測參數主要是熱工參數。包括：油、水系統的溫度與壓力、各缸的排氣溫度、進排氣包括：油、水系統的溫度與

4、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、轉速、管平均壓力、各種壓力差、曲軸箱壓力、空氣流量、轉速、各缸指示功率、油耗、氣缸施工圖、噴油壓力曲線、進排氣各缸指示功率、油耗、氣缸施工圖、噴油壓力曲線、進排氣管壓力波、壓縮壓力和爆發壓力等。管壓力波、壓縮壓力和爆發壓力等。 監測參數的確定方法：監測參數的確定方法：（1 1確定被監測對象。確定被監測對象。（2 2明確與上述被監測對象相關的結構參數和技明確與上述被監測對象相關的結構參數和技術指標。術指標。（3 3找出影響各結構參數和技術指標的故障型式。找出影響各結構參數和技術指標的故障型式。（4 4分析各故障型式所對應的

5、故障癥兆。分析各故障型式所對應的故障癥兆。（5 5確定反映故障癥兆的監測參數。確定反映故障癥兆的監測參數。監測對象缸套監測對象缸套-活塞環活塞環-活塞）活塞）缸套與活塞間隙缸套與活塞間隙活塞環與環槽間隙活塞環與環槽間隙活塞環開口間隙活塞環開口間隙活塞環彈性活塞環彈性缸套或活塞磨損缸套或活塞磨損環槽磨損環槽磨損活塞環折斷活塞環折斷活塞環積炭活塞環積炭撞擊、噪聲撞擊、噪聲潤滑油中磨損產物潤滑油中磨損產物曲軸箱曲軸箱漏氣漏氣滑油滑油燒損燒損排氣排氣濃度濃度壓縮壓縮空氣空氣功功率率燃油消燃油消耗率耗率滑油消耗量、功率、曲軸箱內壓力、壓縮空氣、燃油消耗率、振動、滑油中磨粒濃度滑油消耗量、功率、曲軸箱內壓

6、力、壓縮空氣、燃油消耗率、振動、滑油中磨粒濃度 定義：通過測溫技術測量監測對象的表面或內部溫度，定義：通過測溫技術測量監測對象的表面或內部溫度，以溫度的大小和分布來分析監測對象的運動狀態和與以溫度的大小和分布來分析監測對象的運動狀態和與熱相關的故障，并判斷其發展趨勢。熱相關的故障，并判斷其發展趨勢。 膨脹式、熱電阻、熱電偶、輻射式膨脹式、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：輻射式測溫非接觸式測溫：輻射式測溫 4.3 4.3 溫度監測溫度監測4.3.1 4.3.1 溫度監測基礎溫度監測基礎 液體膨脹式玻璃溫度計液體膨

7、脹式玻璃溫度計4.3.2 4.3.2 接觸式溫度測量接觸式溫度測量水銀（水銀（-35350）；）；有機液體（有機液體（-200200）。）。避免急冷急熱；防止斷液；避免氣避免急冷急熱；防止斷液；避免氣泡和視覺誤差。泡和視覺誤差。壓力式玻璃溫度計壓力式玻璃溫度計 小型壓力式溫度計常用于內燃機中冷卻水、潤滑小型壓力式溫度計常用于內燃機中冷卻水、潤滑油系統的溫度監測。油系統的溫度監測。雙金屬溫度計雙金屬溫度計 雙金屬片受熱后由于兩種金屬片的膨脹系數雙金屬片受熱后由于兩種金屬片的膨脹系數不同而產生彎曲變形，彎曲的程度與溫度高低成比不同而產生彎曲變形，彎曲的程度與溫度高低成比例。例。 熱電阻溫度計熱電阻

8、溫度計v 利用電阻與溫度呈一定函數關系的金屬導體或半導體材料制成利用電阻與溫度呈一定函數關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，通過測量電路的轉換，在顯示器上顯示出溫度值。轉換，在顯示器上顯示出溫度值。v 大多數金屬導體當溫度上升大多數金屬導體當溫度上升1時，其電阻值均增大時，其電阻值均增大0.40.6；而半導體當溫度上升；而半導體當溫度上升1時，其電阻值則下降時，其電阻值則下降36。v 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，由于產生的熱電勢

9、較小，測量精度相應降低。產生的熱電勢較小，測量精度相應降低。v 在在-200500溫度范圍內，一般使用熱電阻溫度計測量效果溫度范圍內，一般使用熱電阻溫度計測量效果較好。較好。v 感溫金屬導體：鉑、銅、鎳金屬絲電阻溫度計感溫金屬導體：鉑、銅、鎳金屬絲電阻溫度計v 感溫金屬半導體：半導體熱敏電阻溫度計感溫金屬半導體：半導體熱敏電阻溫度計熱電偶溫度計熱電偶溫度計v 熱電偶是由兩種不同的導體（熱電偶是由兩種不同的導體（ 或半或半導體材料焊接或鉸接在一起，焊接的導體材料焊接或鉸接在一起，焊接的一端與被測介質充分接觸，感受被測溫一端與被測介質充分接觸，感受被測溫度，稱為熱電偶的工作端或熱端；另一度，稱為熱

10、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。導端與導線連接，稱為自由端或冷端。導體、稱為熱電極。體、稱為熱電極。v 如果將熱電偶的熱端加熱，使得冷、如果將熱電偶的熱端加熱，使得冷、熱兩端的溫度不同，則在該熱電偶回路熱兩端的溫度不同，則在該熱電偶回路中就會產生熱電勢，這種物理現象就稱中就會產生熱電勢，這種物理現象就稱為熱電現象熱電效應）。為熱電現象熱電效應）。v熱電偶溫度計測量范圍廣、結構簡單、使用熱電偶溫度計測量范圍廣、結構簡單、使用方便，測溫準確可靠、便于信號的遠傳、自動方便，測溫準確可靠、便于信號的遠傳、自動紀錄和集中控制。紀錄和集中控制。v按材料分為貴金屬熱電偶如鉑銠合金和按

11、材料分為貴金屬熱電偶如鉑銠合金和廉金屬熱電偶如銅鎳、鎳鉻合金）。廉金屬熱電偶如銅鎳、鎳鉻合金）。 易熔合金測溫法易熔合金測溫法 v 基于純金屬及某些合金共熔合金具有各自固定的熔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，當零部件經過一定時期的運轉后觀察金屬部件的表面，當零部件經過一定時期的運轉后觀察金屬絲是否熔化來確定該點的溫度范圍。絲是否熔化來確定該點的溫度范圍。v 安裝方便，尤其對運動零部件的測溫簡單易行，測試結安裝方便，尤其對運動零部件的測溫簡單易行，測試結果直觀。但是每次只能測一種工況下

12、的溫度值，且各點果直觀。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。的絕對溫度值難以精確確定。硬度塞測溫法硬度塞測溫法 v 是基于金屬材料淬火后，若在不同的溫度下進行回火，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。表面硬度越低。 v 安裝方便，不需引線，易進行溫度場的測量；但測量精安裝方便，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驗的專業人員進行操度不高，而且硬度計要求有一定經驗的專業人員進行操作，以免因操作不當帶來過大的誤差。作

13、，以免因操作不當帶來過大的誤差。示溫涂料法示溫涂料法 v 利用某些物質的顏色隨溫度變化的特性來進行測溫。利用某些物質的顏色隨溫度變化的特性來進行測溫。v 示溫涂料法測溫通常要求示溫涂料隨溫度變化的過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。程不可逆。v 示溫帶示溫帶有條形自粘帶和自粘圓片兩種。有條形自粘帶和自粘圓片兩種。v 示溫筆示溫筆粗略測定表面溫度。粗略測定表面溫度。 v 示溫涂料示溫涂料檢查大面積溫度。檢查大面積溫度。 v 測溫范圍在測溫范圍在40260之間。之間。v 示溫蠟片測溫法示溫蠟片測溫法v 利用某些物質在不同溫度下能夠發生熔化或變色的利用某些物質在不同溫度下能夠發生

14、熔化或變色的特性進行測溫。特性進行測溫。v 國產的示溫蠟片的額定顯示溫度有國產的示溫蠟片的額定顯示溫度有60、 70、 80、 90、 100五種。五種。v 使用時可根據機械額定工作溫度選擇相應的示溫蠟使用時可根據機械額定工作溫度選擇相應的示溫蠟片粘在監測部位，當被測部位溫度超過示溫蠟片額片粘在監測部位，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，從而發現過熱現定溫度時，示溫蠟片即熔化脫落，從而發現過熱現象。象。4.3.3 4.3.3 非接觸式測溫紅外測溫）非接觸式測溫紅外測溫） 紅外概念：電磁波紅外概念：電磁波 近紅外區：近紅外區： 0.781.5 m中紅外區：中紅外區： 1.

15、56 m 遠紅外區：遠紅外區： 6 15 m 極遠紅外區：極遠紅外區：151000 m 紅外測溫技術紅外測溫技術 1運動的或帶電的物體，如軸承、軸、變電設備等；運動的或帶電的物體，如軸承、軸、變電設備等； 2敏感的、潮濕的或被覆蓋的表面；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則結構，如電機中很難同表面形成良好接觸的不規則結構，如電機中的線圈端頭；的線圈端頭；4必須避免導熱的微小物體，如電子器件；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，如溶化的會使接觸式傳感器受到破壞的高溫材料，如溶化的金屬；金屬；6檢測爐子或管道等大表面上的局部溫差；檢測

16、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；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。囪、反應塔和加熱爐爐門。紅外測溫技術的優點紅外測溫技術的優點 1反應速度快，響應時間在反應速度快，響應時間在10-3s10-9s量級。量級。2非接觸式測溫，從而不影響被測目標物的溫度場。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溫度測可用于許多無法接近的目標、帶電和腐蝕性等介質溫度測量。如月球表面溫度、高速運轉中的設備，放射性環境下量。如月球表面溫度、高速運轉中

17、的設備，放射性環境下的設備，高溫、高電壓設備等的溫度測量。的設備，高溫、高電壓設備等的溫度測量。4靈敏度高，能區別微小溫差，可分辨靈敏度高，能區別微小溫差，可分辨0.01或更小的溫差。或更小的溫差。5測溫范圍寬（測溫范圍寬（-170+3200）。）。6可對小目標進行測量，最小可測出直徑為可對小目標進行測量，最小可測出直徑為7.5m的目標。的目標。7可進行動態測溫。可進行動態測溫。u熱敏探測器熱敏探測器u光子探測器光子探測器 紅外探測器紅外探測器 微弱紅外光微弱紅外光 光電轉換器件光電轉換器件 光子探測器和熱敏探測器的性能比較光子探測器和熱敏探測器的性能比較 u主動式紅外成像主動式紅外成像 u被

18、動式紅外成像被動式紅外成像 紅外成像紅外成像 紅外輻射信號紅外輻射信號 紅外熱圖像紅外熱圖像 u主動式紅外成像主動式紅外成像u被動式紅外成像被動式紅外成像u只能測量設備表面上某點周圍小面積的平均溫度。只能測量設備表面上某點周圍小面積的平均溫度。紅外點溫儀紅外點溫儀 低溫點溫儀低溫點溫儀測量范圍：測量范圍：-100-300 中溫點溫儀中溫點溫儀測量范圍：測量范圍：600以下以下 高溫點溫儀高溫點溫儀測量范圍：測量范圍：900以下以下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 全輻射測溫儀全輻射測溫儀 單色測溫儀單色測溫儀 比色測溫儀：

19、消除比輻射率帶來的誤差比色測溫儀：消除比輻射率帶來的誤差 v紅外熱像儀具有優良的性能，但它的裝置精密，價格比紅外熱像儀具有優良的性能，但它的裝置精密，價格比較昂貴，且需要制冷系統方能工作，除了一些重要設備需較昂貴，且需要制冷系統方能工作，除了一些重要設備需配備紅外熱像儀外，大多數工業生產中應用價格比較低廉配備紅外熱像儀外，大多數工業生產中應用價格比較低廉的紅外熱電視。的紅外熱電視。v紅外熱電視是紅外熱像儀的一種。紅外熱電視是紅外熱像儀的一種。v可對被檢目標進行二維溫度場檢測。可對被檢目標進行二維溫度場檢測。紅外熱電視紅外熱電視 v日常巡檢日常巡檢 v定期普測定期普測v重點跟蹤重點跟蹤 v配合檢

20、修配合檢修 v基礎檢修基礎檢修 紅外檢測的工作內容紅外檢測的工作內容 v對紅外檢測儀器的要求對紅外檢測儀器的要求 v對檢測環境的要求對檢測環境的要求v對檢測周期的要求對檢測周期的要求 v對操作方法的要求對操作方法的要求 v對被檢測設備的要求對被檢測設備的要求 紅外檢測的基本要求紅外檢測的基本要求 v對檢測環境的要求對檢測環境的要求 檢測目標及環境溫度不宜低于檢測目標及環境溫度不宜低于5。如果必須在低。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，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、結冰將影響檢測結果的可信度。還應考慮水汽、結冰將影響檢測結果的可信度。 環

21、境濕度不應環境濕度不應85，風速不應，風速不應0.5ms，不應，不應有雷、雨、霧、雪。若檢測中風速變大，應記錄風速，有雷、雨、霧、雪。若檢測中風速變大，應記錄風速，必要時應對檢測結果按風速加以修正。必要時應對檢測結果按風速加以修正。 戶外設備檢測宜在日出之前、日落之后或陰天情況戶外設備檢測宜在日出之前、日落之后或陰天情況下進行。下進行。 戶內外設備檢測要避免燈光的照射。戶內外設備檢測要避免燈光的照射。 注意其他高溫輻射體的干擾，在可能的條件下應采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。取遮擋措施。v對操作方法的要求對操作方法的要求 從全面掃描到局部精確檢測從全面掃描到局部精確檢

22、測 精密檢測的注意事項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。針對不同的檢測目標選擇不同的溫度參照體。B 檢測設備發熱點、正常設備的對應點及環境溫度參檢測設備發熱點、正常設備的對應點及環境溫度參照體的溫度值時，應注意使用同一臺儀器。照體的溫度值時，應注意使用同一臺儀器。C 如進行同類設備比較時，應保持對各測點的測距、如進行同類設備比較時，應保持對各測點的測距、測量方向和測量高度的一致。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，以便于精密診斷設備的故障。達到最佳狀態，以便于精密診斷設備

23、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。點的溫度值。v表面溫度判斷法表面溫度判斷法 v相對溫差判斷法相對溫差判斷法 v同類比較法同類比較法 v熱譜圖分析法熱譜圖分析法v檔案分析法檔案分析法 紅外檢測方法紅外檢測方法 壓力：均勻而垂直地作用于單位面積上的力。壓力：均勻而垂直地作用于單位面積上的力。壓力單位：牛頓壓力單位：牛頓/ /米米2 2N/N/），即：帕斯卡），即：帕斯卡1 1標準大氣壓標準大氣壓atmatm）=1.033=1.033工程大氣壓工程大氣壓=1.013=1.013105 Pa105 Pa1 1工程大氣壓工程

24、大氣壓kgf/cm2kgf/cm2）=98066.5Pa98 KPa=98066.5Pa98 KPa1 1毫米汞柱毫米汞柱mmHgmmHg）=133.322Pa=133.322Pa1 1毫米水柱毫米水柱mmH2OmmH2O）=9.806 65 Pa=9.806 65 Pa1 1巴巴barbar）=105Pa=105Pa1 1磅力磅力/ /英寸英寸2 2 （bf / in2bf / in2）=6 894.9 Pa =6 894.9 Pa 4.4 4.4 壓力監測壓力監測4.4.1 4.4.1 壓力監測基礎壓力監測基礎 AFP 壓力的表示方法壓力的表示方法 大氣絕表PPP絕大氣真ppp1、液柱式壓

25、力計、液柱式壓力計4.4.2 4.4.2 測壓儀表測壓儀表 HhP1P2OOP1P2h1h2F1F2OOh1P1P2h2aa）b）c）圖72 液柱式壓力計a）U形管壓力計 b）單管壓力計 c）斜管壓力計2、彈性式壓力計、彈性式壓力計彈性元件彈性元件 彈簧管式彈性元件彈簧管式彈性元件薄膜式彈性元件薄膜式彈性元件 波紋管式彈性元件：微壓、低壓測量波紋管式彈性元件：微壓、低壓測量 P(a)P(b)(c)(d)(e)PPP彈簧管壓力表彈簧管壓力表 彈簧管的測壓原理圖彈簧管的測壓原理圖PABRr2b2aBO彈簧管壓力表彈簧管壓力表 1020382B547306193、電氣式壓力計、電氣式壓力計22846

26、142143 5瞬時流量：單位時間內流經某一有效截面的流體瞬時流量：單位時間內流經某一有效截面的流體數量數量 。 體積流量：單位時間內流過某一有效截面的體積流量：單位時間內流過某一有效截面的流體體積。流體體積。 質量流量：單位時間內流經某一有效截面的質量流量：單位時間內流經某一有效截面的流體質量。流體質量。 累積流量累積流量 總量總量 ：在某段時間內流經有效截面的：在某段時間內流經有效截面的流體數量的總和。流體數量的總和。4.5 4.5 流量監測流量監測4.5.1 4.5.1 流量監測基礎流量監測基礎 tQdtQ0總tMdtM0總AQAQMv速度式流量計速度式流量計v容積式流量計容積式流量計

27、v質量式流量計質量式流量計 4.5.2 4.5.2 流量測量儀表流量測量儀表 差壓式流量計差壓式流量計 123431節流元件；節流元件；2引壓管路；引壓管路；3三閥組；三閥組；4差壓計差壓計流量大時，差壓就大，流量大時，差壓就大，流量小時，差壓就小。流量小時，差壓就小。流量與差壓的平方根成流量與差壓的平方根成正比。正比。 容積式流量計容積式流量計 工作原理：流體通過流量計，就會在流量計進出口之間工作原理：流體通過流量計，就會在流量計進出口之間產生一定的壓力差，流量計的轉動部件簡稱轉子在產生一定的壓力差，流量計的轉動部件簡稱轉子在這個壓力差作用下產生旋轉，并將流體由入口排向出口，這個壓力差作用下

28、產生旋轉，并將流體由入口排向出口，在這個過程中，流體一次次地充滿流量計的在這個過程中，流體一次次地充滿流量計的“計量空計量空間間”，然后又不斷地被送往出口，在給定流量計條件下，然后又不斷地被送往出口，在給定流量計條件下，該計量空間的體積是確定的，只要測得轉子的轉動次數，該計量空間的體積是確定的，只要測得轉子的轉動次數，就可以得到通過流量計的流體體積的累積值。就可以得到通過流量計的流體體積的累積值。 v測量的精確度與流體的密度無關，測量的精確度與流體的密度無關， 測量精確度高，測量精確度高，可達可達.v不受流動狀態的影響不受流動狀態的影響v廣泛應用于工業生產過程的流量測量并作為流量計廣泛應用于工業生產過程的流量測量并作為流量計量的標準儀表量的標準儀表v不要求前、后直管段長度，特別適合高粘度介質的不要求前、后直管段長度，特別適合高粘度介質的測量測量v要求被測流體潔凈，否則在流量計前應加裝過濾器，要求被測流體潔凈，否則在流量計前應加裝過濾器，這樣將造成較大壓損，而且對于大口徑管道測量，流這樣將造成較大壓損，而且對于大口徑管道測量，流量計本體顯得過于笨重，安裝、量計本體顯得過于笨重，安裝、 維修均不方便維修均不方便齒輪型容積式流量計齒輪型容積式流量計 橢圓齒輪每轉一周，就排出四份橢圓齒輪每轉一周，就排出四份“計量空間流體體積計量空間流體體積