設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術其它物理診斷方法方案

第八章其它物理診斷方法學習目標：了解聲學監(jiān)測方法；掌握溫度監(jiān)測方法；了解無損檢測技術。第八章其它物理診斷方法學習目標：第一節(jié)聲學監(jiān)測方法利用聲響判斷物品的質(zhì)量是人們常用的簡易方法。例如維修人員用聽棒檢查軸承的運行狀態(tài)，鐵路工人用手錘檢驗車架以判斷其故障等，這些都是敲擊聲檢測法。在檢測蜂窩結(jié)構(gòu)與復合材料缺陷時，也常采用這種辦法。這些簡單的方法延用至今，但它只能是一種定性的故障檢測手段，依賴于人的經(jīng)驗和技巧。現(xiàn)代的聲學監(jiān)測技術已有了很大的發(fā)展，目前主要有聲學和噪聲監(jiān)測技術，超聲波檢測技術和聲發(fā)射技術。第一節(jié)聲學監(jiān)測方法利用聲響判斷物品的質(zhì)量是人們常用的簡易一、聲音和噪聲診斷方法在設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中，聽碰到的聲音一般為噪聲，噪聲有兩類，一類是指一些不規(guī)則的、間歇的或隨機的聲波；另一類是指不希望有的擾動或干擾聲音，有時也包括那些在有用頻帶內(nèi)任何不需要的干擾。在人們所處的某一環(huán)境中所有噪聲的總和稱為環(huán)境噪聲。當觀測研究某聲源時，凡與該聲源信號存在與否無關的一切干擾，統(tǒng)稱為背景噪聲（如測量噪聲、散粒噪聲、熱噪聲等）。

第一節(jié)聲學監(jiān)測方法一、聲音和噪聲診斷方法第一節(jié)聲學監(jiān)測方法聲級計（傳感器）是最基本的噪聲測量儀器，通常由輸入放大器、計權網(wǎng)絡、帶通濾波器、輸出放大器、檢波器和顯示裝置組成，從表頭上可直接讀出聲壓級的分貝（dB）數(shù)。

機器設備的噪聲是伴隨著振動同時產(chǎn)生的。利用聲音和噪聲的測量與分析進行機器設備監(jiān)測及診斷的主要方法有下列幾種：（1）通過簡易診斷技術的評估法

這可以通過人的聽覺系統(tǒng)主觀判斷噪聲源的頻率和位置，精估機器運行是否正常；或者借助于傳聲器-放大器-聲級計對機器進行近場掃描測量和表面振速分析，用來尋找機器的噪聲源和主要發(fā)聲部位。這種方法可用于機器運行狀態(tài)的一般識別和精密診斷的粗定位。第一節(jié)聲學監(jiān)測方法（1）通過簡易診斷技術的評估法第一節(jié)聲學監(jiān)測方法2．通過頻譜分析進行精密診斷

與振動診斷方法一樣，頻譜分析是識別聲源的重要方法，可以尋找發(fā)生故障的零、部件及故障原因。對于往復機械或旋轉(zhuǎn)機械，一般都可以在它們的噪聲頻譜信號中找到與轉(zhuǎn)速n（r/min）和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性有關的基波和諧波峰值及其頻率值，可用來識別主要噪聲源。當峰值頻率為好幾個零、部件共有時，這時，就要結(jié)合其它方法，方可識別和區(qū)別究竟哪個零、部件是主要噪聲源。3．聲強法

聲強探頭具有明顯的指向特性。聲強法測量對聲學環(huán)境沒有特殊要求，并可在近場測量，測量既方便又迅速。4．相關函數(shù)法第一節(jié)聲學監(jiān)測方法2．通過頻譜分析進行精密診斷第一節(jié)聲學監(jiān)測方法二、超聲波診斷方法正常人耳可以聽到的聲音的頻率范圍為20—20000Hz，在此范圍內(nèi)的聲音叫作可聽聲。頻率低于20Hz的叫次聲，高于20000Hz的叫超聲，用于故障診斷的超聲波頻率一般是在0.5MHz到10MHz以上（1MHz=1000000Hz）。利用超聲波進行探傷的特點是：超聲波有良好的指向性，頻率越高，指向性越好；由于頻率高，波長短，超聲波可在物體界面或內(nèi)部缺陷處反射、折射和散射，據(jù)此可檢測物體內(nèi)部和表面的缺陷。并且波長越短，識別缺陷的尺寸越小，可檢測與其波長同量級的缺陷。

第一節(jié)聲學監(jiān)測方法二、超聲波診斷方法第一節(jié)聲學監(jiān)測方法超聲波探傷的優(yōu)點是：設備輕巧，操作方便，成本低，靈敏度高，檢測速度快，可自動化檢測，適用于野外作業(yè)，而且超聲波對人體無害。缺點是檢測時有一定的近場盲區(qū)，且很難用于在線檢測。目前，超聲波探傷技術已廣泛應用于工礦企業(yè)的一些重要管線和壓力容器的故障診斷。另外，超聲波測厚技術也是超聲波診斷方法的一種，這一技術已廣泛應用于管道壁厚測量。例如，2002年夏天，某化纖公司聚酯生產(chǎn)裝置一臺熱媒加熱爐發(fā)生熱媒加熱盤管泄漏，在對漏點進行焊接修補的同時，利用超聲波測厚儀對盤管進行壁厚測量，經(jīng)多點檢測得之當時壁厚范圍約在3.5～4mm（原始壁厚4mm），提供了該熱媒加熱爐繼續(xù)使用的參考依據(jù)。第一節(jié)聲學監(jiān)測方法第一節(jié)聲學監(jiān)測方法三、聲發(fā)射診斷技術當加載物體發(fā)生塑性變形、內(nèi)部晶格位錯運動、晶界滑移時，或者在裂紋成核、擴展和物體斷裂時以及其它缺陷增長時，都會以彈性波的形式釋放出猝發(fā)能量，這種現(xiàn)象稱為聲發(fā)射（AcousticEmission）。大多數(shù)金屬材料的塑性變形和位錯運動中的聲發(fā)射信號很微弱。這就要借助傳感器和測量儀器，通過檢測分析聲發(fā)射信號，并進而根據(jù)聲發(fā)射信號的特征推斷聲發(fā)射源的機理和危險性，這就出現(xiàn)了聲發(fā)射技術。第一節(jié)聲學監(jiān)測方法三、聲發(fā)射診斷技術當加載物體發(fā)生塑性變形、內(nèi)部晶格位錯運動、聲發(fā)射必須有外部條件，如力、電磁、溫度等因素的作用，使材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷或潛在缺陷發(fā)生變化，才能產(chǎn)生能量釋放使聲發(fā)射出來。因此聲發(fā)射技術是一種“動態(tài)”無損檢測技術，它對增長著的缺陷更敏感，可以檢測微米數(shù)量級的顯微裂紋的變化，檢測靈敏度很高。另外，絕大多數(shù)金屬和非金屬都具有聲發(fā)射特性，聲發(fā)射診斷幾乎不受材料所限，可以長期對缺陷的安全性進行實時狀況監(jiān)測和險情報警，這是聲發(fā)身技術優(yōu)于其它無損檢測技術的特點。但是，由于材料的塑性變形和裂紋擴展等的不可逆性，聲發(fā)射也有不可逆性，即認為應力第二次再重復作用時，大多數(shù)彈性體不會再產(chǎn)生聲發(fā)射。因此，必須知道材料的受力歷史或者在構(gòu)件第一次受力時進行聲發(fā)射診斷。需要指出的是，聲發(fā)射探傷的技術關鍵之一是排除背景噪聲的干擾。第一節(jié)聲學監(jiān)測方法聲發(fā)射必須有外部條件，如力、電磁、溫度等因素的作用，使材料內(nèi)第二節(jié)溫度監(jiān)測方法

溫度與機器設備的運行狀態(tài)密切相關。如潤滑不良造成機件的異常磨損會使相應部位的溫度升高——故障征兆；高溫也會引發(fā)機械設備故障，尤其在夏季運行時更需注意。旋轉(zhuǎn)機械的的軸承、潤滑油和帶電設備的接頭等是需要重點關注溫度和溫升的部位。

溫度診斷技術是利用測量機件工作溫度的方式，對機器設備的發(fā)熱狀態(tài)進行監(jiān)測，從而判斷設備的技術狀態(tài)。溫度監(jiān)測方法包括簡易溫度監(jiān)測方法和紅外測溫監(jiān)測方法。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法溫度與機器設備一、簡易溫度監(jiān)測方法溫度是工業(yè)生產(chǎn)中重要的熱工參數(shù)之一，溫度的變化與被監(jiān)測設備的性能和工況有密切的關系，因此，溫度監(jiān)測已被廣泛地應用于在線設備的監(jiān)測上。簡易溫度監(jiān)測常用接觸式測溫儀表，常用的有下列幾種：膨脹式溫度計：分液體式和固體式，它們是利用液體或固體受熱膨脹的原理制成的，如液柱溫度計和雙金屬溫度計。壓力表式溫度計：分液體式、氣體式和蒸汽式，其作用原理是封閉在固定容積中的液體、氣體或某種液體的飽合蒸氣，受熱后體積膨脹或壓力變化。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法一、簡易溫度監(jiān)測方法溫度是工業(yè)生產(chǎn)中電阻溫度計：是利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)來進行測溫的。通常以金屬熱電阻或半導體熱敏電阻作為敏感元件，用電橋轉(zhuǎn)換變?yōu)殡妷旱淖兓?。熱電偶溫度計：其基本原理是利用物體的熱電效應，用電位差計等儀表測量出熱電勢，來求出對應的溫度值。接觸測溫由于熱接觸和熱平衡常帶來較大的誤差，同時，在應用范圍上也有一定的局限性，因此，非接觸測溫法越來越受到人們的重視。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法第二節(jié)溫度監(jiān)測方法二、紅外測溫監(jiān)測技術

任何物體都存在熱輻射。物體溫度不同，輻射的波長組成成分不同，輻射能的大小也不同。在熱輻射中很重要的成分是紅外線輻射，稱之為“紅外輻射”。紅外輻射就是從可見光的紅端到毫米波的寬廣波長范圍內(nèi)的電磁波輻射。由物體自身發(fā)射的紅外輻射強度反映了物體自身的溫度，能提供物體熱狀態(tài)的重要信息，可揭示物體的形狀特征。因此，利用紅外輻射溫度計和紅外成象裝置進行系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷得到了迅速的發(fā)展和應用。如果按照檢測的形狀分，紅外測溫設備包括：用于檢測點的紅外點溫儀（紅外測溫儀）；用于檢測線的紅外行掃描儀；用于檢測面的紅外熱像儀和紅外熱電視。

第二節(jié)溫度監(jiān)測方法二、紅外測溫監(jiān)測技術任何物體都存在熱紅外測溫設備的主要部分包括精密光學系統(tǒng)和紅外探測器。紅外測溫儀（紅外點溫儀）是最輕便、最直觀、最快速的非接觸測溫儀，它常用于測量物體的一個點（指相對較小的面積）的溫度。由于紅外測溫儀結(jié)構(gòu)簡單、輕巧便攜、使用方便、價格低廉，因而成為現(xiàn)場檢測的通用手段。

紅外熱成象系統(tǒng)是把物體發(fā)出的紅外輻射經(jīng)光學成象物鏡、光機掃描系統(tǒng)投射到液氮致冷紅外探測器上，探測器把紅外輻射信號轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)放大和處理后在視頻顯示器上得到與物體表面熱分布相應的“實時熱圖象”。從而實現(xiàn)了把景物的不可見熱圖象轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢妶D象。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法紅外測溫設備的主要部分包括精密光學系統(tǒng)和紅外探測器。第二節(jié)目前常用的熱成象主要有紅外熱象儀和紅外熱電視兩類。近年來，利用微機的圖象處理和分析系統(tǒng)也得到了廣泛的應用。熱成象技術具有如下特點：可進行非接觸檢測；可給出空間分辨率和溫度分辨率都較好的設備的溫度場的二維圖象；可進行快速和實時測量，允許我們進行瞬態(tài)研究和大范圍設備的快速觀測，并可記錄與重放物面溫度場及其演變過程，進行數(shù)據(jù)顯示、計算、處理和分析；具有全被動式、全天候的特點。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法目前常用的熱成象主要有紅外熱象儀和紅外熱電視兩類。近年來，利三、紅外測溫技術在故障診斷中的應用

只要表面發(fā)出的紅外輻射不受阻擋，都屬于紅外診斷技術的有效監(jiān)測設備，例如：旋轉(zhuǎn)機械、變壓器、斷路器、互感器、電力電容器、避雷器、電力電纜、母線、導線、絕緣子串、組合電器、低壓電器及二次回路等。在電力系統(tǒng)中，輸電電纜的接頭發(fā)熱是電力設備中的一個主要問題。如為了防止過熱造成停電事故，需用大量人力手工測量接頭或?qū)Ь€的電阻比。不僅勞動強度大，而且作業(yè)危險。利用紅外溫度測量儀則只需手持儀器對著導線接頭直接測量，幾分鐘即可完成檢查工作。又如電機轉(zhuǎn)子、變壓器、開關、閘刀等常常因元件老化造成失效，不但會影響正常供電甚至會引起火災，停電檢查勢必會影響生產(chǎn)。利用紅外測量儀進行在線監(jiān)測代替停電檢查可充分顯示出它的優(yōu)越性。電氣部件的故障是逐漸惡化的，在此過程中往往伴隨著溫度的升高，根據(jù)所測溫度及電氣設備的特點，可以判斷該設備是否已經(jīng)變壞，并可做出趨勢分析。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法三、紅外測溫技術在故障診斷中的應用只帶電設備（AliveEquipment）紅外診斷技術定義：1．帶電設備：傳導負荷電流(試驗電流)或加有運行電壓(試驗電壓)的設備。2．溫升（TemperatureRise）：用同一檢測儀器相繼測得的被測物表面溫度和環(huán)境溫度參照體表面溫度之差。3．溫差（TemperatureDifference）：用同一檢測儀器相繼測得的不同被測物或同一被測物不同部位之間的溫度差。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法帶電設備（AliveEquipment）紅外診斷技術定義4．相對溫差（RelativeTemperatureDifference）：兩個對應測點之間的溫差與其中較熱點的溫升之比的百分數(shù)相對溫差δt可用下式求出：δt=[(τ1―τ2)/τ1]×100%=[(T1―T2)/(T1―T0)]×100%式中：τ1和T1為發(fā)熱點的溫升和溫度；τ2和T2為正常相對應點的溫升和溫度；T0為環(huán)境參照體的溫度。5．環(huán)境溫度參照體（ReferenceBodyOfAmbientTemperature）：用來采集環(huán)境溫度的物體叫環(huán)境溫度參照體。它可能不具有當時的真實環(huán)境溫度，但它具有與被測物相似的物理屬性并與被測物處在相似的環(huán)境之中。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法4．相對溫差（RelativeTemperatureDi

運行電氣設備的紅外檢測和診斷周期應根據(jù)電氣設備的重要性、電壓等級、負荷率及環(huán)境條件等因素確定。紅外檢測時一般先用紅外熱像儀或紅外熱電視對所有應測部位進行全面掃描，找出熱態(tài)異常部位，然后對異常部位和重點檢測設備進行準確測溫。準確測溫應注意下列各項：1．針對不同的檢測對象選擇不同的環(huán)境溫度參照體；2．測量設備發(fā)熱點、正常相的對應點及環(huán)境溫度參照體的溫度值時，應使用同一儀器測量；3．正確選擇被測物體的發(fā)射率；第二節(jié)溫度監(jiān)測方法運行電氣設備的紅外檢測和診斷周期應根4．作同類比較時要注意保持儀器與各對應測點的距離一致，方位一致；5．正確鍵入大氣溫度、相對濕度、測量距離等補償參數(shù)，并選擇適當?shù)臏y溫范圍；6．應從不同方位進行檢測，求出最熱點的溫度值；7．記錄異常設備的實際負荷電流和發(fā)熱相、正常相及環(huán)境溫度參照體的溫度值。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法4．作同類比較時要注意保持儀器與各對應測點的距離一致，方位一

案例一：35kV多油斷路器外連接件接觸不良，6個接頭有5個發(fā)熱，最高溫度達537.2℃，屬緊急缺陷。

案例二：發(fā)熱接頭溫度T1=97.9℃，正常相T2=31.2℃，T0=10.2℃，δt=75.9%，屬一般缺陷。案例一

高壓斷路器外部連接件接觸不良案例二電纜頭接頭接觸不良第二節(jié)溫度監(jiān)測方法案例一：35kV多油斷路器外連接件接觸

無損檢測（NDT，NondestructiveTesting）是指對材料和零、部件進行的非破壞檢測，以期發(fā)現(xiàn)表面和內(nèi)部缺陷的一項專門技術。表8-1無損探傷法檢測表面裂紋的極限能力第三節(jié)無損檢測技術檢測方法裂紋尺寸（mm）注釋寬長深目視法0.12—受表面狀況和光照的影響滲透法10-210.1與表面狀況有關磁粉法10-210.2與磁化方式有關，限于鐵磁材料渦流法10-210.2與激勵頻率有關，適于導體超聲波法10-221與反射情況有關X射線法0.350.3與表面垂直厚度有關聲發(fā)射法10-310-310-3僅在裂紋擴展時才有信號無損檢測（NDT，Nondestructi1．滲透探傷法（著色探傷法）用清洗劑（無色）把受檢零件表面預先清理干凈后，在其表面敷以專用的滲透液，當表面有開口缺陷時，經(jīng)足夠的時間后，滲透劑（紅色）就滲透到缺陷中；然后把零件表面多余的滲透液清洗掉，再涂以顯象劑形成顯象劑（白色）薄膜，把缺陷中的滲透液吸出，經(jīng)充分擴散進入顯象劑薄膜，顯現(xiàn)缺陷圖景；最后就可觀測判斷缺陷的位置、形狀和大小，這就是滲透探傷法（PenetrantTesting）。優(yōu)點：簡單方便，直觀形象，成本最低，應用范圍廣。缺點：僅適于表面開口的缺陷類型，靈敏度不太高，不利于實現(xiàn)自動化，不能顯示深度。第三節(jié)無損檢測技術1．滲透探傷法（著色探傷法）第三節(jié)無損檢測技術2．磁粉探傷法磁粉探傷（MagneticParticleTesting）是一種應用較早較廣的無損檢測方法。主要用于探測磁性材料或零、部件表面和近表面的各種缺陷。通過觀測施加在構(gòu)件上的磁粉痕跡，就可判定缺陷的位置、取向和大小。優(yōu)點：比滲透探傷更靈敏，能探測近表面的缺陷；可攜帶，甚至可用于水下探測；不需除去像油漆那樣的涂層，使用簡便，成本較低；顯示直觀。缺點：僅適于鐵磁材料或構(gòu)件；試驗前要去除剩磁，否則會出假痕跡；若要探測所有方向上的缺陷，要進行多次探測。第三節(jié)無損檢測技術2．磁粉探傷法第三節(jié)無損檢測技術3．渦流探傷法渦流探傷法是以電磁感應為基礎的。優(yōu)點：適用范圍廣，靈敏度高，超過磁粉探傷所能測到的深度；不用耦合劑，且可用于高溫探傷；容易實現(xiàn)自動化和計算機化的數(shù)據(jù)處理。缺點：由于渦流表面的趨膚效應，距表面較深的缺陷難以檢測出來；由于影響渦流變化的因素很多，故必須采用信息處理的方法“去偽存真”，這就需要做模擬試驗或做標準試塊予以對比，或做些預試驗摸索規(guī)律，方可做出正確判斷；渦流對形狀復雜的零件存在邊界效應。第三節(jié)無損檢測技術3．渦流探傷法第三節(jié)無損檢測技術4．射線探傷法在設備診斷中常用的射線有X和γ射線。射線探傷技術在核反應堆部件的質(zhì)量檢驗中，在固體火箭發(fā)動機的完整性評價中都已得到了具體應用，現(xiàn)已成為檢查現(xiàn)場安裝質(zhì)量、維護管理和壽命預測的主要手段。其主要缺點是射線對人身有害，且設備的成本較高。5．光學探傷法光學探傷的主要設備是光學內(nèi)窺鏡。第三節(jié)無損檢測技術4．射線探傷法第三節(jié)無損檢測技術材料監(jiān)測項目目視檢測法溫度檢測法光學檢測法滲透檢測法磁粉檢測法射線檢測法渦流檢測法泄漏檢測法力學檢測法聲學檢測法超聲探傷法超聲測厚法聲發(fā)射法其它方法金屬表面開裂紋××××××//××表面腐蝕坑×××××/嚴重腐蝕研磨×//××××內(nèi)部裂紋×//×/孔隙/×/××未焊透缺陷/×內(nèi)部孔穴夾雜×//缺陷尺寸////×厚度測量××//××結(jié)構(gòu)微變化/×/////應力/應變測量//×涂層金屬涂層厚度測量/××/××涂層剝落////×涂層針孔×/復合材料脫粘////×××/纖維/基體配量///樹脂不完全固化///內(nèi)部孔隙×混凝土混凝土厚度×加強鋼筋腐蝕/陶瓷表面裂紋/×//內(nèi)部裂紋孔隙×/其它組裝檢測××選分×××表8-2各種檢測方法的應用范圍注：/一般的檢測方法×較好的檢測方法材料監(jiān)測項目目視溫度光學滲透磁粉射線渦流泄漏力學聲學超聲超聲小結(jié)（一）利用聲響判斷物品的質(zhì)量是人們常用的簡易方法?，F(xiàn)代的聲學監(jiān)測技術已有了很大的發(fā)展，目前主要有聲學和噪聲監(jiān)測技術、超聲波檢測技術和聲發(fā)射技術。溫度是工業(yè)生產(chǎn)中重要的熱工參數(shù)之一。簡易溫度監(jiān)測常用接觸式測溫儀表；目前，非接觸測溫法——紅外測溫監(jiān)測技術越來越受到人們的重視。無損檢測是指對材料和零、部件進行的非破壞檢測，以期發(fā)現(xiàn)表面和內(nèi)部缺陷的一項專門技術。小結(jié)（一）利用聲響判斷物品的質(zhì)量是人們常用的簡易方法?，F(xiàn)問題與回答互動時間問題與回答互動時間一、單項選擇題（在備選答案中選出一個正確答案，并將其號碼填在題干中的橫線上）

1．聲級計是依靠

將被測聲波轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，最后在表頭上指示出讀數(shù)。A、微音器（傳感器）B、擴大器C、檢音器D、記錄儀2．超聲的頻率范圍為

。A、低于20HzB、高于10000HzC、高于20000HzD、低于10Hz3．下列監(jiān)測方法中不屬于聲學監(jiān)測方法的是

。A、聲發(fā)射診斷技術B、超聲波測厚C、聲強法D、射線探傷法一、單項選擇題（在備選答案中選出一個正確答案，并將其號碼填在4．泄漏故障的檢查方法有超聲波檢查、涂肥皂水、涂煤油和

等多種方法。A、升溫檢查B、加壓試驗C、性能試驗D、超速試驗5．以下測溫儀表中，不屬于接觸式測溫儀表的是

。A、膨脹式溫度計B、紅外測溫儀C、壓力表式溫度計D、熱電偶溫度計6．一臺高速運轉(zhuǎn)的齒輪箱，下列部位中，

最適宜作為溫度監(jiān)測點。A、上箱體蓋B、側(cè)箱體蓋C、底座D、軸承座7．以下無損檢測技術中，能測得裂紋尺寸最小的是

。A、滲透探傷法B、磁粉探傷法C、渦流探傷法D、聲發(fā)射法8．以下無損檢測技術中，對人體有害的是

。A、磁粉探傷法B、渦流探傷法C、射線探傷法D、光學探傷法4．泄漏故障的檢查方法有超聲波檢查、涂肥皂水、涂煤油和二、判斷題（在括號內(nèi)選擇打“√”或“×”）

1．超聲波測厚技術屬于超聲波診斷方法。（）2．聲發(fā)射具有可逆性。（）3．體溫計屬于膨脹式溫度計。（）4．紅外測溫設備是利用物體存在紅外輻射的原理工作的。

（）5．目前常用的熱成象主要有紅外測溫儀和紅外熱電視兩類。

（）6．用來采集環(huán)境溫度的物體叫環(huán)境溫度參照體。（）7．紅外測溫監(jiān)測技術僅用來檢測帶電設備。（）8．磁粉探傷法僅適于鐵磁材料或構(gòu)件。（）二、判斷題（在括號內(nèi)選擇打“√”或“×”）1．超聲波測厚技第八章結(jié)束

謝謝大家!2022/10/3133第八章結(jié)束

謝謝大家!2022/10/2333人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，古人說“書中自有黃金屋?！蓖ㄟ^閱讀科技書籍，我們能豐富知識，培養(yǎng)邏輯思維能力；通過閱讀文學作品，我們能提高文學鑒賞水平，培養(yǎng)文學情趣；通過閱讀報刊，我們能增長見識，擴大自己的知識面。有許多書籍還能培養(yǎng)我們的道德情操，給我們巨大的精神力量，鼓舞我們前進。人有了知識，就會具備各種分析能力，設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術第8章-其它物理診斷方法方案第八章其它物理診斷方法學習目標：了解聲學監(jiān)測方法；掌握溫度監(jiān)測方法；了解無損檢測技術。第八章其它物理診斷方法學習目標：第一節(jié)聲學監(jiān)測方法利用聲響判斷物品的質(zhì)量是人們常用的簡易方法。例如維修人員用聽棒檢查軸承的運行狀態(tài)，鐵路工人用手錘檢驗車架以判斷其故障等，這些都是敲擊聲檢測法。在檢測蜂窩結(jié)構(gòu)與復合材料缺陷時，也常采用這種辦法。這些簡單的方法延用至今，但它只能是一種定性的故障檢測手段，依賴于人的經(jīng)驗和技巧?，F(xiàn)代的聲學監(jiān)測技術已有了很大的發(fā)展，目前主要有聲學和噪聲監(jiān)測技術，超聲波檢測技術和聲發(fā)射技術。第一節(jié)聲學監(jiān)測方法利用聲響判斷物品的質(zhì)量是人們常用的簡易一、聲音和噪聲診斷方法在設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中，聽碰到的聲音一般為噪聲，噪聲有兩類，一類是指一些不規(guī)則的、間歇的或隨機的聲波；另一類是指不希望有的擾動或干擾聲音，有時也包括那些在有用頻帶內(nèi)任何不需要的干擾。在人們所處的某一環(huán)境中所有噪聲的總和稱為環(huán)境噪聲。當觀測研究某聲源時，凡與該聲源信號存在與否無關的一切干擾，統(tǒng)稱為背景噪聲（如測量噪聲、散粒噪聲、熱噪聲等）。

第一節(jié)聲學監(jiān)測方法一、聲音和噪聲診斷方法第一節(jié)聲學監(jiān)測方法聲級計（傳感器）是最基本的噪聲測量儀器，通常由輸入放大器、計權網(wǎng)絡、帶通濾波器、輸出放大器、檢波器和顯示裝置組成，從表頭上可直接讀出聲壓級的分貝（dB）數(shù)。

機器設備的噪聲是伴隨著振動同時產(chǎn)生的。利用聲音和噪聲的測量與分析進行機器設備監(jiān)測及診斷的主要方法有下列幾種：（1）通過簡易診斷技術的評估法

這可以通過人的聽覺系統(tǒng)主觀判斷噪聲源的頻率和位置，精估機器運行是否正常；或者借助于傳聲器-放大器-聲級計對機器進行近場掃描測量和表面振速分析，用來尋找機器的噪聲源和主要發(fā)聲部位。這種方法可用于機器運行狀態(tài)的一般識別和精密診斷的粗定位。第一節(jié)聲學監(jiān)測方法（1）通過簡易診斷技術的評估法第一節(jié)聲學監(jiān)測方法2．通過頻譜分析進行精密診斷

與振動診斷方法一樣，頻譜分析是識別聲源的重要方法，可以尋找發(fā)生故障的零、部件及故障原因。對于往復機械或旋轉(zhuǎn)機械，一般都可以在它們的噪聲頻譜信號中找到與轉(zhuǎn)速n（r/min）和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性有關的基波和諧波峰值及其頻率值，可用來識別主要噪聲源。當峰值頻率為好幾個零、部件共有時，這時，就要結(jié)合其它方法，方可識別和區(qū)別究竟哪個零、部件是主要噪聲源。3．聲強法

聲強探頭具有明顯的指向特性。聲強法測量對聲學環(huán)境沒有特殊要求，并可在近場測量，測量既方便又迅速。4．相關函數(shù)法第一節(jié)聲學監(jiān)測方法2．通過頻譜分析進行精密診斷第一節(jié)聲學監(jiān)測方法二、超聲波診斷方法正常人耳可以聽到的聲音的頻率范圍為20—20000Hz，在此范圍內(nèi)的聲音叫作可聽聲。頻率低于20Hz的叫次聲，高于20000Hz的叫超聲，用于故障診斷的超聲波頻率一般是在0.5MHz到10MHz以上（1MHz=1000000Hz）。利用超聲波進行探傷的特點是：超聲波有良好的指向性，頻率越高，指向性越好；由于頻率高，波長短，超聲波可在物體界面或內(nèi)部缺陷處反射、折射和散射，據(jù)此可檢測物體內(nèi)部和表面的缺陷。并且波長越短，識別缺陷的尺寸越小，可檢測與其波長同量級的缺陷。

第一節(jié)聲學監(jiān)測方法二、超聲波診斷方法第一節(jié)聲學監(jiān)測方法超聲波探傷的優(yōu)點是：設備輕巧，操作方便，成本低，靈敏度高，檢測速度快，可自動化檢測，適用于野外作業(yè)，而且超聲波對人體無害。缺點是檢測時有一定的近場盲區(qū)，且很難用于在線檢測。目前，超聲波探傷技術已廣泛應用于工礦企業(yè)的一些重要管線和壓力容器的故障診斷。另外，超聲波測厚技術也是超聲波診斷方法的一種，這一技術已廣泛應用于管道壁厚測量。例如，2002年夏天，某化纖公司聚酯生產(chǎn)裝置一臺熱媒加熱爐發(fā)生熱媒加熱盤管泄漏，在對漏點進行焊接修補的同時，利用超聲波測厚儀對盤管進行壁厚測量，經(jīng)多點檢測得之當時壁厚范圍約在3.5～4mm（原始壁厚4mm），提供了該熱媒加熱爐繼續(xù)使用的參考依據(jù)。第一節(jié)聲學監(jiān)測方法第一節(jié)聲學監(jiān)測方法三、聲發(fā)射診斷技術當加載物體發(fā)生塑性變形、內(nèi)部晶格位錯運動、晶界滑移時，或者在裂紋成核、擴展和物體斷裂時以及其它缺陷增長時，都會以彈性波的形式釋放出猝發(fā)能量，這種現(xiàn)象稱為聲發(fā)射（AcousticEmission）。大多數(shù)金屬材料的塑性變形和位錯運動中的聲發(fā)射信號很微弱。這就要借助傳感器和測量儀器，通過檢測分析聲發(fā)射信號，并進而根據(jù)聲發(fā)射信號的特征推斷聲發(fā)射源的機理和危險性，這就出現(xiàn)了聲發(fā)射技術。第一節(jié)聲學監(jiān)測方法三、聲發(fā)射診斷技術當加載物體發(fā)生塑性變形、內(nèi)部晶格位錯運動、聲發(fā)射必須有外部條件，如力、電磁、溫度等因素的作用，使材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷或潛在缺陷發(fā)生變化，才能產(chǎn)生能量釋放使聲發(fā)射出來。因此聲發(fā)射技術是一種“動態(tài)”無損檢測技術，它對增長著的缺陷更敏感，可以檢測微米數(shù)量級的顯微裂紋的變化，檢測靈敏度很高。另外，絕大多數(shù)金屬和非金屬都具有聲發(fā)射特性，聲發(fā)射診斷幾乎不受材料所限，可以長期對缺陷的安全性進行實時狀況監(jiān)測和險情報警，這是聲發(fā)身技術優(yōu)于其它無損檢測技術的特點。但是，由于材料的塑性變形和裂紋擴展等的不可逆性，聲發(fā)射也有不可逆性，即認為應力第二次再重復作用時，大多數(shù)彈性體不會再產(chǎn)生聲發(fā)射。因此，必須知道材料的受力歷史或者在構(gòu)件第一次受力時進行聲發(fā)射診斷。需要指出的是，聲發(fā)射探傷的技術關鍵之一是排除背景噪聲的干擾。第一節(jié)聲學監(jiān)測方法聲發(fā)射必須有外部條件，如力、電磁、溫度等因素的作用，使材料內(nèi)第二節(jié)溫度監(jiān)測方法

溫度與機器設備的運行狀態(tài)密切相關。如潤滑不良造成機件的異常磨損會使相應部位的溫度升高——故障征兆；高溫也會引發(fā)機械設備故障，尤其在夏季運行時更需注意。旋轉(zhuǎn)機械的的軸承、潤滑油和帶電設備的接頭等是需要重點關注溫度和溫升的部位。

溫度診斷技術是利用測量機件工作溫度的方式，對機器設備的發(fā)熱狀態(tài)進行監(jiān)測，從而判斷設備的技術狀態(tài)。溫度監(jiān)測方法包括簡易溫度監(jiān)測方法和紅外測溫監(jiān)測方法。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法溫度與機器設備一、簡易溫度監(jiān)測方法溫度是工業(yè)生產(chǎn)中重要的熱工參數(shù)之一，溫度的變化與被監(jiān)測設備的性能和工況有密切的關系，因此，溫度監(jiān)測已被廣泛地應用于在線設備的監(jiān)測上。簡易溫度監(jiān)測常用接觸式測溫儀表，常用的有下列幾種：膨脹式溫度計：分液體式和固體式，它們是利用液體或固體受熱膨脹的原理制成的，如液柱溫度計和雙金屬溫度計。壓力表式溫度計：分液體式、氣體式和蒸汽式，其作用原理是封閉在固定容積中的液體、氣體或某種液體的飽合蒸氣，受熱后體積膨脹或壓力變化。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法一、簡易溫度監(jiān)測方法溫度是工業(yè)生產(chǎn)中電阻溫度計：是利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)來進行測溫的。通常以金屬熱電阻或半導體熱敏電阻作為敏感元件，用電橋轉(zhuǎn)換變?yōu)殡妷旱淖兓?。熱電偶溫度計：其基本原理是利用物體的熱電效應，用電位差計等儀表測量出熱電勢，來求出對應的溫度值。接觸測溫由于熱接觸和熱平衡常帶來較大的誤差，同時，在應用范圍上也有一定的局限性，因此，非接觸測溫法越來越受到人們的重視。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法第二節(jié)溫度監(jiān)測方法二、紅外測溫監(jiān)測技術

任何物體都存在熱輻射。物體溫度不同，輻射的波長組成成分不同，輻射能的大小也不同。在熱輻射中很重要的成分是紅外線輻射，稱之為“紅外輻射”。紅外輻射就是從可見光的紅端到毫米波的寬廣波長范圍內(nèi)的電磁波輻射。由物體自身發(fā)射的紅外輻射強度反映了物體自身的溫度，能提供物體熱狀態(tài)的重要信息，可揭示物體的形狀特征。因此，利用紅外輻射溫度計和紅外成象裝置進行系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷得到了迅速的發(fā)展和應用。如果按照檢測的形狀分，紅外測溫設備包括：用于檢測點的紅外點溫儀（紅外測溫儀）；用于檢測線的紅外行掃描儀；用于檢測面的紅外熱像儀和紅外熱電視。

第二節(jié)溫度監(jiān)測方法二、紅外測溫監(jiān)測技術任何物體都存在熱紅外測溫設備的主要部分包括精密光學系統(tǒng)和紅外探測器。紅外測溫儀（紅外點溫儀）是最輕便、最直觀、最快速的非接觸測溫儀，它常用于測量物體的一個點（指相對較小的面積）的溫度。由于紅外測溫儀結(jié)構(gòu)簡單、輕巧便攜、使用方便、價格低廉，因而成為現(xiàn)場檢測的通用手段。

紅外熱成象系統(tǒng)是把物體發(fā)出的紅外輻射經(jīng)光學成象物鏡、光機掃描系統(tǒng)投射到液氮致冷紅外探測器上，探測器把紅外輻射信號轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)放大和處理后在視頻顯示器上得到與物體表面熱分布相應的“實時熱圖象”。從而實現(xiàn)了把景物的不可見熱圖象轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢妶D象。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法紅外測溫設備的主要部分包括精密光學系統(tǒng)和紅外探測器。第二節(jié)目前常用的熱成象主要有紅外熱象儀和紅外熱電視兩類。近年來，利用微機的圖象處理和分析系統(tǒng)也得到了廣泛的應用。熱成象技術具有如下特點：可進行非接觸檢測；可給出空間分辨率和溫度分辨率都較好的設備的溫度場的二維圖象；可進行快速和實時測量，允許我們進行瞬態(tài)研究和大范圍設備的快速觀測，并可記錄與重放物面溫度場及其演變過程，進行數(shù)據(jù)顯示、計算、處理和分析；具有全被動式、全天候的特點。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法目前常用的熱成象主要有紅外熱象儀和紅外熱電視兩類。近年來，利三、紅外測溫技術在故障診斷中的應用

只要表面發(fā)出的紅外輻射不受阻擋，都屬于紅外診斷技術的有效監(jiān)測設備，例如：旋轉(zhuǎn)機械、變壓器、斷路器、互感器、電力電容器、避雷器、電力電纜、母線、導線、絕緣子串、組合電器、低壓電器及二次回路等。在電力系統(tǒng)中，輸電電纜的接頭發(fā)熱是電力設備中的一個主要問題。如為了防止過熱造成停電事故，需用大量人力手工測量接頭或?qū)Ь€的電阻比。不僅勞動強度大，而且作業(yè)危險。利用紅外溫度測量儀則只需手持儀器對著導線接頭直接測量，幾分鐘即可完成檢查工作。又如電機轉(zhuǎn)子、變壓器、開關、閘刀等常常因元件老化造成失效，不但會影響正常供電甚至會引起火災，停電檢查勢必會影響生產(chǎn)。利用紅外測量儀進行在線監(jiān)測代替停電檢查可充分顯示出它的優(yōu)越性。電氣部件的故障是逐漸惡化的，在此過程中往往伴隨著溫度的升高，根據(jù)所測溫度及電氣設備的特點，可以判斷該設備是否已經(jīng)變壞，并可做出趨勢分析。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法三、紅外測溫技術在故障診斷中的應用只帶電設備（AliveEquipment）紅外診斷技術定義：1．帶電設備：傳導負荷電流(試驗電流)或加有運行電壓(試驗電壓)的設備。2．溫升（TemperatureRise）：用同一檢測儀器相繼測得的被測物表面溫度和環(huán)境溫度參照體表面溫度之差。3．溫差（TemperatureDifference）：用同一檢測儀器相繼測得的不同被測物或同一被測物不同部位之間的溫度差。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法帶電設備（AliveEquipment）紅外診斷技術定義4．相對溫差（RelativeTemperatureDifference）：兩個對應測點之間的溫差與其中較熱點的溫升之比的百分數(shù)相對溫差δt可用下式求出：δt=[(τ1―τ2)/τ1]×100%=[(T1―T2)/(T1―T0)]×100%式中：τ1和T1為發(fā)熱點的溫升和溫度；τ2和T2為正常相對應點的溫升和溫度；T0為環(huán)境參照體的溫度。5．環(huán)境溫度參照體（ReferenceBodyOfAmbientTemperature）：用來采集環(huán)境溫度的物體叫環(huán)境溫度參照體。它可能不具有當時的真實環(huán)境溫度，但它具有與被測物相似的物理屬性并與被測物處在相似的環(huán)境之中。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法4．相對溫差（RelativeTemperatureDi

運行電氣設備的紅外檢測和診斷周期應根據(jù)電氣設備的重要性、電壓等級、負荷率及環(huán)境條件等因素確定。紅外檢測時一般先用紅外熱像儀或紅外熱電視對所有應測部位進行全面掃描，找出熱態(tài)異常部位，然后對異常部位和重點檢測設備進行準確測溫。準確測溫應注意下列各項：1．針對不同的檢測對象選擇不同的環(huán)境溫度參照體；2．測量設備發(fā)熱點、正常相的對應點及環(huán)境溫度參照體的溫度值時，應使用同一儀器測量；3．正確選擇被測物體的發(fā)射率；第二節(jié)溫度監(jiān)測方法運行電氣設備的紅外檢測和診斷周期應根4．作同類比較時要注意保持儀器與各對應測點的距離一致，方位一致；5．正確鍵入大氣溫度、相對濕度、測量距離等補償參數(shù)，并選擇適當?shù)臏y溫范圍；6．應從不同方位進行檢測，求出最熱點的溫度值；7．記錄異常設備的實際負荷電流和發(fā)熱相、正常相及環(huán)境溫度參照體的溫度值。第二節(jié)溫度監(jiān)測方法4．作同類比較時要注意保持儀器與各對應測點的距離一致，方位一

案例一：35kV多油斷路器外連接件接觸不良，6個接頭有5個發(fā)熱，最高溫度達537.2℃，屬緊急缺陷。

案例二：發(fā)熱接頭溫度T1=97.9℃，正常相T2=31.2℃，T0=10.2℃，δt=75.9%，屬一般缺陷。案例一

高壓斷路器外部連接件接觸不良案例二電纜頭接頭接觸不良第二節(jié)溫度監(jiān)測方法案例一：35kV多油斷路器外連接件接觸

無損檢測（NDT，NondestructiveTesting）是指對材料和零、部件進行的非破壞檢測，以期發(fā)現(xiàn)表面和內(nèi)部缺陷的一項專門技術。表8-1無損探傷法檢測表面裂紋的極限能力第三節(jié)無損檢測技術檢測方法裂紋尺寸（mm）注釋寬長深目視法0.12—受表面狀況和光照的影響滲透法10-210.1與表面狀況有關磁粉法10-210.2與磁化方式有關，限于鐵磁材料渦流法10-210.2與激勵頻率有關，適于導體超聲波法10-221與反射情況有關X射線法0.350.3與表面垂直厚度有關聲發(fā)射法10-310-310-3僅在裂紋擴展時才有信號無損檢測（NDT，Nondestructi1．滲透探傷法（著色探傷法）用清洗劑（無色）把受檢零件表面預先清理干凈后，在其表面敷以專用的滲透液，當表面有開口缺陷時，經(jīng)足夠的時間后，滲透劑（紅色）就滲透到缺陷中；然后把零件表面多余的滲透液清洗掉，再涂以顯象劑形成顯象劑（白色）薄膜，把缺陷中的滲透液吸出，經(jīng)充分擴散進入顯象劑薄膜，顯現(xiàn)缺陷圖景；最后就可觀測判斷缺陷的位置、形狀和大小，這就是滲透探傷法（PenetrantTesting）。優(yōu)點：簡單方便，直觀形象，成本最低，應用范圍廣。缺點：僅適于表面開口的缺陷類型，靈敏度不太高，不利于實現(xiàn)自動化，不能顯示深度。第三節(jié)無損檢測技術1．滲透探傷法（著色探傷法）第三節(jié)無損檢測技術2．磁粉探傷法磁粉探傷（MagneticParticleTesting）是一種應用較早較廣的無損檢測方法。主要用于探測磁性材料或零、部件表面和近表面的各種缺陷。通過觀測施加在構(gòu)件上的磁粉痕跡，就可判定缺陷的位置、取向和大小。優(yōu)點：比滲透探傷更靈敏，能探測近表面的缺陷；可攜帶，甚至可用于水下探測；不需除去像油漆那樣的涂層，使用簡便，成本較低；顯示直觀。缺點：僅適于鐵磁材料或構(gòu)件；試驗前要去除剩磁，否則會出假痕跡；若要探測所有方向上的缺陷，要進行多次探測。第三節(jié)無損檢測技術2．磁粉探傷法第三節(jié)無損檢測技術3．渦流探傷法渦流探傷法是以電磁感應為基礎的。優(yōu)點：適用范圍廣，靈敏度高，超過磁粉探傷所能測到的深度；不用耦合劑，且可用于高溫探傷；容易實現(xiàn)自動化和計算機化的數(shù)據(jù)處理。缺點：由于渦流表面的趨膚效應，距表面較深的缺陷難以檢測出來；由于影響渦流變化的因素很多，故必須采用信息處理的方法“去偽存真”，這就需要做模擬試驗或做標準試塊予以對比，或做些預試驗摸索規(guī)律，方可做出正確判斷；渦流對形狀復雜的零件存在邊界效應。第三節(jié)無損檢測技術3．渦流探傷法第三節(jié)無損檢測技術4．射線探傷法在設備診斷中常用的射線有X和γ射線。射線探傷技術在核反應堆部件的質(zhì)量檢驗中，在固體火箭發(fā)動機的完整性評價中都已得到了具體應用，現(xiàn)已成為檢查現(xiàn)場安裝質(zhì)量、維護管理和壽命預測的主要手段。其主要缺點是射線對人身有害，且設備的成本較高。5．光學探傷法光學探傷的主要設備是光學內(nèi)窺鏡。第三節(jié)無損檢測技術4．射線探傷法第三節(jié)無損檢測技術材料監(jiān)測項目目視檢測法溫度檢測法光學檢測法滲透檢測法磁粉檢測法射線檢測法渦流檢測法泄漏檢測法力學檢測法聲學檢測法超聲探傷法超聲測厚法聲發(fā)射法其它方法金屬表面開裂紋××××××//××表面腐蝕坑×××××/嚴重腐蝕研磨×//××××內(nèi)部裂紋×//×/孔隙/×/××未焊透缺陷/×內(nèi)部孔穴夾雜×//缺陷尺寸////×厚度測量××//××結(jié)構(gòu)微變化/×/////應力/應變測量//×涂層金屬涂層厚度測量/××/××涂層剝落////×涂層針孔×/復合材料脫粘////×××/纖維/基體配量///樹脂不完全固化///內(nèi)部孔隙×混凝土混凝土厚度×加強鋼