第4章 性能参数监测

第4章性能参数监测3/20/20244.1概述定义：通过测定机械设备的各项性能参数值（如温度、压力、油耗等），将这些数据进行处理，然后同基准参考值相比较，得出分析结果（如偏高、偏低、过高、过低），从而可以看出机械在整体性能方面或零件性能方面存在的问题，并进行分析判断其故障部位及发展趋势的技术。

参数

运行整体性能

3/20/2024特点：（1）获得被监测对象的整体性能。（2）可利用被监测对象配有的测试仪表，投资少。（3）便于实现在线监测。（4）较容易被现场设备管理和维修人员接受。

3/20/2024监测参数的分类：（1）基本参数：长度、质量、时间、电流、温度和光强等；

（2）主要参数：力、压力、功、能量、功率、电荷、电位差、电阻、电容、电感和导热率等；

（3）次要参数：力矩、冲量、流量、燃料消耗率、单位燃料消耗率等。

4.2监测参数的选择

3/20/2024选择监测参数的要求：（1）要有足够的信息量。

（2）监测参数与故障之间有较好的灵敏度。

（3）在投资少和时间花费少的前提下，确保测量有较高的精度。

在柴油机的性能参数监测选择的监测参数主要是热工参数。包括：油、水系统的温度与压力、各缸的排气温度、进排气管平均压力、各种压力差、曲轴箱压力、空气流量、转速、各缸指示功率、油耗、气缸施工图、喷油压力曲线、进排气管压力波、压缩压力和爆发压力等。

3/20/2024监测参数的确定方法：（1）确定被监测对象。（2）明确与上述被监测对象相关的结构参数和技术指标。（3）找出影响各结构参数和技术指标的故障型式。（4）分析各故障型式所对应的故障症兆。（5）确定反映故障症兆的监测参数。3/20/2024监测对象（缸套-活塞环-活塞）缸套与活塞间隙活塞环与环槽间隙活塞环开口间隙活塞环弹性缸套或活塞磨损环槽磨损活塞环折断活塞环积炭撞击、噪声润滑油中磨损产物曲轴箱漏气滑油烧损排气浓度压缩空气功率燃油消耗率滑油消耗量、功率、曲轴箱内压力、压缩空气、燃油消耗率、振动、滑油中磨粒浓度3/20/2024定义：通过测温技术测量监测对象的表面或内部温度，以温度的大小和分布来分析监测对象的运动状态和与热相关的故障，并判断其发展趋势。膨胀式、热电阻、热电偶、辐射式

接触式测温：热平衡、存在一定的测量滞后

非接触式测温：辐射式测温

4.3温度监测4.3.1温度监测基础

3/20/2024液体膨胀式玻璃温度计4.3.2接触式温度测量①水银（-35℃～350℃）；②有机液体（-200℃～200℃）。避免急冷急热；防止断液；避免气泡和视觉误差。3/20/2024压力式玻璃温度计小型压力式温度计常用于内燃机中冷却水、润滑油系统的温度监测。原理：根据封闭容器中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸气压，受热后体积膨胀或压力变化这一原理而制作的，并用压力表来测量此变化，从而测得温度。

3/20/2024双金属温度计金属片受热后由于两种金属片的膨胀系数不同而产生弯曲变形，弯曲的程度与温度高低成比例。

3/20/2024热电阻温度计利用电阻与温度呈一定函数关系的金属导体或半导体材料制成感温元件，当温度变化时，电阻随温度而变化，通过测量电路的转换，在显示器上显示出温度值。大多数金属导体当温度上升1℃时，其电阻值均增大0.4％～0.6％；而半导体当温度上升1℃时，其电阻值则下降3％～6％。是一种较为理想的高温测量仪表，但在较低温度测量时，由于产生的热电势较小，测量精度相应降低。在-200～500℃温度范围内，一般使用热电阻温度计测量效果较好。感温金属导体：铂、铜、镍金属丝电阻温度计感温金属半导体：半导体热敏电阻温度计3/20/2024热电偶温度计热电阻是中低温区常用的一种测温元件。以热电效应为基础的测温仪表。测量范围广，结构简单，使用方便，测温准确可靠，便于信号的远传、自动记录和集中控制，在工业生产和科研领域中应用极为普遍。由热电偶、连接导线及显示仪表三部分组成。1-热电偶；2-导线；3-显示仪表3/20/2024热电偶是由两种不同的导体（或半导体）材料焊接或铰接在一起，焊接的一端与被测介质充分接触，感受被测温度，称为热电偶的工作端或热端；另一端与导线连接，称为自由端或冷端。导体Ａ、Ｂ称为热电极。如果将热电偶的热端加热，使得冷、热两端的温度不同，则在该热电偶回路中就会产生热电势，这种物理现象就称为热电现象（热电效应）。3/20/2024在热电偶回路中产生的热电势由温差电势和接触电势两部分组成。（1）温差电势：是在同一导体材料的两端因其温度不同而产生的一种热电势。t>t0此电势只与导体性质和导体两端的温度有关，而与导体长度、截面及沿导体长度上的温度分布无关。3/20/2024（2）接触电势：是两种电子密度不同的导体相互接触时产生的一种热电势。NA>NB此电势只与两种导体的性质和接触点的温度有关，当两种导体的材料一定，接触电势仅与其接触点温度有关。3/20/2024t>t0NA>NB3/20/2024常用热电偶常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。3/20/2024常用热电偶热电偶的分度号有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等几种。其中S、R、B属于贵金属热电偶，N、K、E、J、T属于廉金属热电偶。（S型热电偶）铂铑10-铂热电偶—正极为铂铑合金，其中含铑为10%，含铂为90%，负极为纯铂，故俗称单铂铑热电偶。长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。（R型热电偶）铂铑13-铂热电偶—正极为铂铑合金，其中含铑为13%，含铂为87%，负极为纯铂，长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。（B型热电偶）铂铑30-铂铑6热电偶—正极为铂铑合金，其中含铑为30%，含铂为70%，负极为铂铑合金，含铑为量6%，故俗称双铂铑热电偶。长期最高使用温度为1600℃，短期最高使用温度为1800℃。

3/20/2024（K型热电偶）镍铬-镍硅热电偶

—是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。正极为：Ni：Cr=90：10，负极为：Ni：Si=97：3，其使用温度为-200~1300℃。（N型热电偶）镍铬硅-镍硅热电偶

—是一种最新国际标准化的热电偶，正极为：Ni:Cr:Si=84.4:14.2:1.4，负极为：Ni:Si:Mg=95.5:4.4:0.1，其使用温度为-200~1300℃。（E型热电偶）镍铬-铜镍热电偶

—正极为：镍铬10合金，负极为：55%的铜，45%的镍以及少量的锰，钴，铁等元素。该热电偶的使用温度为-200~900℃。3/20/2024（J型热电偶）铁-铜镍热电偶—正极为纯铁，负极为铜镍合金，常被含糊地称之为康铜，其名义化学成分为：55%的铜和45%的镍以及少量却十分重要的锰，钴，铁等元素。覆盖测量温区为-200~1200℃，但通常使用的温度范围为0~750℃。（T型热电偶）铜-铜镍热电偶—是一种最佳的测量低温的廉金属的热电偶。正极是纯铜，负极为铜镍合金，常之为康铜，它与镍铬-康铜的康铜通用，测量温区为-200~350℃。

3/20/2024易熔合金测温法

基于纯金属及某些合金（共熔合金）具有各自固定的熔点，把这些具有固定熔点的金属（合金）丝嵌入被测零部件的表面，当零部件经过一定时期的运转后观察金属丝是否熔化来确定该点的温度范围。安装方便，尤其对运动零部件的测温简单易行，测试结果直观。但是每次只能测一种工况下的温度值，且各点的绝对温度值难以精确确定。3/20/2024低熔点控温易熔合金专用于防火阀、光学镜片铸型、熔模芯技术、液氯钢瓶卸压装置、管道和型材弯曲、机车锅炉塞、液力偶合器、板材金属变形、易熔保险设备、模型和模具、标准铸造、专用焊接、精密制模、合金熔炼槽、排烟防火阀、防火排烟风口的熔断器（温感器），易熔合金洒水喷头的热敏元件，隐蔽型洒水喷头装饰罩的控温与焊接，厨房自动灭火装置拉索释放器，报警器和发电机组的温感探头，防火门、卷帘、卷闸的控制器、自降器的温感元件，脱排油烟机控温联动装置，货运车鼓暖风机电阻器的保险装置，工业、家用避雷击、防大电流冲击的保护装置，阀门、储气罐、石油设备、大型化工钢瓶的易熔塞、块、帽，以及比重计控温封口等，也可用作其他热敏元件实现控温自动启闭，是有控温要求和安全性设备上不可缺少的一种安全可靠材料。

3/20/2024用于石油钻采设备控温元件的80℃、95℃、120℃易熔块、易熔帽易熔堵头；用于盛装液化气体压力容器的70℃、80℃、90℃、95℃易熔塞；用于装化工、石油液、气体大型钢瓶的100℃、120℃、130℃、140℃、150℃易熔塞；用于钢质石油、化工产品储罐的自动灭火装置的合金引火头110℃、180℃易熔块、环、塞。

3/20/2024硬度塞测温法

是基于金属材料淬火后，若在不同的温度下进行回火，则该金属材料的表面硬度也将不同，回火温度越高，则表面硬度越低。安装方便，不需引线，易进行温度场的测量；但测量精度不高，而且硬度计要求有一定经验的专业人员进行操作，以免因操作不当带来过大的误差。3/20/2024示温涂料法

当涂层被加热到一定温度而发生颜色或其他现象变化来指示物体表面温度及温度分布的涂料称作示温涂料，通常也称为变色涂料或热敏涂料。利用某些物质的颜色随温度变化的特性来进行测温。示温涂料法测温通常要求示温涂料随温度变化的过程不可逆。示温带——有条形自粘带和自粘圆片两种。示温笔——粗略测定表面温度。示温涂料——检查大面积温度。测温范围在40～260℃之间。

3/20/2024示温蜡片测温法利用某些物质在不同温度下能够发生熔化或变色的特性进行测温。国产的示温蜡片的额定显示温度有60℃、70℃、80℃、90℃、100℃五种。使用时可根据机械额定工作温度选择相应的示温蜡片粘在监测部位，当被测部位温度超过示温蜡片额定温度时，示温蜡片即熔化脱落，从而发现过热现象。3/20/20244.3.3非接触式测温（红外测温）

红外概念：电磁波

近红外区：0.78～1.5µm中红外区：1.5～6µm远红外区：6～15µm极远红外区：15～1000µm

3/20/2024红外测温技术

1）运动的或带电的物体，如轴承、轴、变电设备等；2）敏感的、潮湿的或被覆盖的表面；3）很难同表面形成良好接触的不规则结构，如电机中的线圈端头；4）必须避免导热的微小物体，如电子器件；5）会使接触式传感器受到破坏的高温材料，如溶化的金属；6）检测炉子或管道等大表面上的局部温差；7）温度急剧变化的物体；8）由于距离或安全原因而不能接近的物体，如大型烟囱、反应塔和加热炉炉门。3/20/2024红外测温技术的优点

1）反应速度快，响应时间在10-3s~10-9s量级。2）非接触式测温，从而不影响被测目标物的温度场。3）可用于许多无法接近的目标、带电和腐蚀性等介质温度测量。如月球表面温度、高速运转中的设备，放射性环境下的设备，高温、高电压设备等的温度测量。4）灵敏度高，能区别微小温差，可分辨0.01℃或更小的温差。5）测温范围宽（-170℃~+3200℃）。6）可对小目标进行测量，最小可测出直径为7.5μm的目标。7）可进行动态测温。3/20/2024热敏探测器光子探测器

红外探测器

微弱红外光

光电转换器件

3/20/2024光子探测器和热敏探测器的性能比较

3/20/2024主动式红外成像被动式红外成像

红外成像

红外辐射信号

红外热图像

3/20/2024主动式红外成像3/20/2024被动式红外成像3/20/2024只能测量设备表面上某点周围小面积的平均温度。红外点温仪

低温点温仪——测量范围：-100-300℃中温点温仪——测量范围：600℃以下高温点温仪——测量范围：900℃以下3/20/2024红外点温仪常用于测量物体的一个点（相对较小的面积）的温度

全辐射测温仪

单色测温仪

比色测温仪：消除比辐射率带来的误差

3/20/2024红外热像仪具有优良的性能，但它的装置精密，价格比较昂贵，且需要制冷系统方能工作，除了一些重要设备需配备红外热像仪外，大多数工业生产中应用价格比较低廉的红外热电视。红外热电视是红外热像仪的一种。可对被检目标进行二维温度场检测。红外热电视

3/20/2024日常巡检定期普测重点跟踪配合检修基础检修

红外检测的工作内容

3/20/2024对红外检测仪器的要求对检测环境的要求对检测周期的要求对操作方法的要求对被检测设备的要求

红外检测的基本要求

3/20/2024对红外检测仪器的要求红外检测所应用的仪器一般情况下为红外点温仪、红外热电视和红外热像仪。根据前面所述的相应检测内容和要求，应配备相应的检测仪器。3/20/2024对检测环境的要求①检测目标及环境温度不宜低于5℃。如果必须在低温下进行红外检测，应注意仪器自身的工作温度范围，还应考虑水汽、结冰将影响检测结果的可信度。②环境湿度不应>85％，风速不应>0.5m／s，不应有雷、雨、雾、雪。若检测中风速变大，应记录风速，必要时应对检测结果按风速加以修正。③户外设备检测宜在日出之前、日落之后或阴天情况下进行。④户内外设备检测要避免灯光的照射。⑤注意其他高温辐射体的干扰，在可能的条件下应采取遮挡措施。3/20/2024对检测周期的要求红外检测的周期取决于检测对象的重要性及其环境条件，对于关键性和枢纽性的设备、运行环境恶劣的设备及老旧设备，检测周期应缩短；对于新建、大修后的设备，要及时进行红外检测；检测中发现热异常的设备，要跟踪检测。3/20/2024对操作方法的要求①从全面扫描到局部精确检测②精密检测的注意事项A针对不同的检测目标选择不同的温度参照体。B检测设备发热点、正常设备的对应点及环境温度参照体的温度值时，应注意使用同一台仪器。C如进行同类设备比较时，应保持对各测点的测距、测量方向和测量高度的一致。D注意选择最合适的测温范围，使热像的温度分辨率达到最佳状态，以便于精密诊断设备的故障。E要从不同方位对热异常部位进行检测，以找出最热点的温度值。3/20/2024对被检测设备的要求对被检测设备应打开遮挡红外辐射的盖板，新设备制造设计时宜考虑进行红外检测的可能性。

3/20/2024表面温度判断法相对温差判断法同类比较法热谱图分析法档案分析法红外检测方法

3/20/2024表面温度判断法表面温度判断法是遵照已有的标准，对设备显示温度过热的部位进行检测并按相关的规定判断它的状态正常与否。利用这种方法可以判定设备故障部位的情况，但不可能充分显示红外诊断技术超前诊断的优越性。

3/20/2024相对温差判断法“相对温差”是指两台设备状况相同或基本相同(指设备型号、安装地点、环境温度、表面状况和负荷)的两个对应测点之间的温差。相对温差判断法是为了排除设备负荷不同、环境温度不同对红外检测和诊断结果造成影响而提出的。当环境温度过低或设备负荷较小时，设备的温度必然低于高环境温度和高负荷时的温度。但大量事实说明，此时的温度值没有超过允许值，然而并不能说明设备没有缺陷存在，往往会在负荷增长之后，或环境温度上升后，就会引发设备事故。

3/20/2024同类比较法同类比较是指在同一类型被检设备之间进行比较。所谓“同类’’设备的含义是指它们的类型、工况、环境温度和背景热噪声相同或相近，可以相互比较的设备。具体作法是将同类设备的对应部位温度值进行比较，这样更容易判断出设备状态是否正常。在进行同类比较时，要注意排除它们同时存在热故障的可能性。3/20/2024热谱图分析法热谱图分析法是根据同类设备在正常状态和异常状态下的热谱的差异来判断设备是否正常的方法。

3/20/2024档案分析法档案分析法是将测量结果与设备的红外诊断技术档案相比较来进行分析诊断的方法。这种方法有利于对重要的、结构复杂的设备进行正确的诊断。应用这种方法的前提要求比较高，需要预先为诊断对象建立红外诊断技术档案，从而在进行诊断时，可以分析该设备在不同时期的红外检测结果，包括温度、温升和温度场的分布有无变化，掌握设备热态的变化趋势，同时还应参考其他相关检测结果以综合分析判断。

3/20/2024压力：均匀而垂直地作用于单位面积上的力。压力单位：牛顿/米2（N/㎡），即：帕斯卡1标准大气压（atm）=1.033工程大气压=1.013×105Pa1工程大气压（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压力监测4.4.1压力监测基础

3/20/2024压力的表示方法

3/20/20241、液柱式压力计4.4.2测压仪表

3/20/20242、弹性式压力计弹性元件

弹簧管式弹性元件：a、b薄膜式弹性元件：c、d波纹管式弹性元件：微压、低压测量e

利用弹性元件受压后所产生的弹性变形的原理进行测量

3/20/2024弹簧管压力表

弹簧管的测压原理图3/20/2024弹簧管压力表

1－弹簧管；2－拉杆；3－扇形齿轮；4－中心齿轮；5－指针；6－面板；7-游丝；8－调整螺钉；9－接头弹簧管的材料，一般在p＜20MPa时采用磷铜，p＞20MPa时则采用不锈钢或合金钢。

3/20/20243、电气式压力计将被测的压力通过机械和电气元件转换成电量（如电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。1、4－静触电；2－动触电；3－绿灯；5－红灯

电接点压力表能简便地实现在压力超出给定范围时，及时发出报警信号，提醒操作人员注意，以便采取相应措施。另外还可通过中间继电器实现某种连锁控制，以防止严重事故发生。3/20/2024瞬时流量：单位时间内流经某一有效截面的流体数量。

体积流量：单位时间内流过某一有效截面的流体体积。

质量流量：单位时间内流经某一有效截面的流体质量。

累积流量[总量]：在某段时间内流经有效截面的流体数量的总和。4.5流量监测4.5.1流量监测基础

3/20/2024速度式流量计容积式流量计质量式流量计

4.5.2流量测量仪表

3/20/2024差压式流量计

1－节流元件；2－引压管路；3－三阀组；4－差压计流量大时，差压就大，流量小时，差压就小。流量与差压的平方根成正比。

3/20/2024容积式流量计

工作原理：流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产生一定的压力