学习情境一：设备状态监测与故障诊断

学习情境一： 设备状态监测与故障诊断模块三：温度监测与诊断

温度与机器设备的运行状态密切相关，是表征设备运行状态的一个重要指标，设备出现故障的一个明显特征就是温度升高，同时温度的异常变化又是引发机械设备故障的一个重要因素。因此温度监测在设备故障诊断技术体系中占有重要的地位。温度与机器设备的运行状态密切相关，是表征设备运行状态的一个重要指标，设备出现故障的一个明显特征就是温度升高，同时温度的异常变化又是引发机械设备故障的一个重要因素。因此温度监测在设备故障诊断技术体系中占有重要的地位。温度监测与诊断

一、温度测量基础 1、温度与温标（1）温度：表示物体冷热程度的物理量，也是物体分子运动平均动能大小的标志。（2）温标：用来度量物体温度高低的标准尺度叫做温度标尺，简称温标。目前国际上最常用的有摄氏温标t和热力学温标T，两者只是起点不同，并无本质差别。摄氏温度是以0℃为起点（即冰水混合物的温度），而热力学温度以0 K为起点（称为绝对零度），两者之间的关系为：（3—1）

2、温度测量方式 温度测量方式可分为接触式与非接触式两类。（1）接触式测温：将温度计和被测物的表面很好地接触，并使其经过足够长的时间达到热平衡，则二者的温度相等，此时温度计显示的温度即为被测物表面的温度。（2）非接触测温：利用物体的热辐射能随温度变化的原理来测定物体的温度。由于感温元件不与被测物接触，因而不会改变被测物体的温度分布，且辐射热与光速一样快，故热惯性很小。

1、接触式测温仪 常用于设备诊断的接触式测温仪主要有以下几种：（1）热膨胀式温度计这种温度计是利用液（固）体在不同温度下产生热胀冷缩的性质制成的，常用的有水银、酒精、压力表式温度计等。（2）电阻式温度计这种温度计的感温元件是利用电阻值随温度变化而改变的金属导体或半导体材料制成的。当温度变化时，感温元件的电阻随温度变化，通过测量回路的转换，在显示器上显示出温度值。电阻式温度计被广泛用于各工业领域及科研部门。二、常用温度监测仪器

（3）热电偶温度计 这种温度计由热电偶、电测仪表和连接导线所组成，广泛地用于300~1300℃温度范围内的测温。热电偶可把温度直接转换成电量，因此对于温度的测量、调节、控制以及对温度信号的放大、变换都很方便。它结构简单，便于安装，测量范围广，准确度高，热惯性小，性能稳定，便于远距离传送信号。因此，它是目前使用最普遍的接触式温度测量仪。

2、非接触式测温仪 在太阳光谱中，位于红光光谱之外的区域里存在着一种看不见的、具有强烈热效应的辐射波，称为红外线。自然界中的任何物体，只要它本身的温度高于热力学零度，就会产生热辐射。物体温度不同，辐射的波长组成成分不同，辐射能的大小也不同。在热辐射中很重要的成分是红外线辐射，一般称之为“红外辐射”。由物体自身发射的红外辐射强度能反映物体自身的温度，提供物体热状态的重要信息，揭示物体的形状特征。因此，利用红外辐射温度计和红外成像装置进行系统状态监测和故障诊断得到了快速的发展和应用。

红外测温的特点主要有： （1）红外测温是运距离和非接触测温，特别适合于高速运动物体、带电体、高温及高压物体的温度测量；（2）红外测温反应速度快。它不需要与物体达到热平衡的过程，只要接收到目标的红外辐射即可定温。反映时间一般都在毫秒级甚至微妙级；（3）红外测温灵敏度高。因为物体的辐射能量与温度的四次方成正比。物体温度微小的变化，就会引起辐射能量较大的变化，红外传感器即可迅速地检测出来；

红外测温的特点主要有： （4）红外测温准确度较高。由于是非接触测量，不会破坏物体原来温度分布状况，因此测出的温度比较真实。其测量准确度可达到0.1℃以内，甚至更小；（5）红外测温范围广泛。可测摄氏零下几十度到零上几千度的温度范围。红外温度测量方法，几乎可在所有温度测量场合使用。

如果按照检测的对象形状分，红外测温设备包括：用于检测点的红外点温仪（红外测温仪）；用于检测线的红外线扫描仪；用于检测面的红外热像仪和红外热电视。红外测温设备的主要部分包括精密光学系统和红外探测器。红外测温仪是最轻便、最直观、最快速的非接触测温仪，它常用于测量物体的一个点（指相对较小的面积）的温度。由于红外测温仪结构简单、轻巧便携、使用方便、价格低廉，因而成为现场检测的通用手段。

红外热成像系统是把物体发出的红外辐射经光学成像物镜、光机扫描系统投射到液氮致冷红外探测器上，探测器把红外辐射信号转变成电信号，经放大和处理后在视频显示器上得到与物体表面热分布相应的“实时热图像”，从而把景物的不可见热图像转变为可见图像。目前常用的热成像主要有红外热像仪和红外热电视两类。近年来，利用计算机的图像处理和分析系统也得到了广泛的应用。

热成像技术具有如下特点： （1）可进行非接触检测；（2）可给出空间分辨率和温度分辨率都较好的设备的温度场的二维图像；（3）可进行快速、实时测量，允许人们进行瞬态研究和大范围设备的快速观测，并可记录与重放物面温度场及其演变过程，进行数据显示、计算、处理和分析；（4）具有全被动式、全天候的特点。

红外测温具有非接触、便携、快速、直观、可记录存储等优点，故使用范围很广。它的响应速度快，可动态监测各种启动、过渡过程的温度；灵敏度高，可分辨被测物的微小温差；测温范围宽广，从摄氏零下数十度到零上2000℃，适于多种目标。当被测物件是很细小、脆弱、不断移动或是在真空或其它控制环境下时，使用红外线测温是唯一可行的方法。对于隔一定距离物体的温度、移动物体的温度、低密度材料的温度、需快速测量的温度、粗糙表面的温度、过热不能接近场所的温度、高电压元件的温度等的测量，红外测温都具有突出的优势。红外测温技术已广泛应用于电力、冶金、化工、交通、机电、造纸、玻璃加工等行业的设备的故障诊断中。三、红外测温仪的应用

在电气设备检测中温度量约占需要检测量的50%，这主要是在电气故障中有很多同时伴随温度的变化。目前虽有众多常规测温仪器，但大都难以解决处于高压、强电磁干扰等恶劣环境中的高压电力设备内部温度的测试，而红外测温仪以轻便、直观、快速、廉价而著称，是电气设备温度检测的一种安全、成熟的方法，无论在测试技术和故障判别方面都积累了许多经验。如：瑞典AGEMA公司的便携式80型测温仪在国内几个行业均有引进。西安光学仪器厂生产的手持式单片机红外测温仪即类似此产品。四、电气设备温度诊断实例

80型红外测温仪技术特性如下： 测量范围 -30℃—1370℃ 辐射率设定 0.10—1.00（0.1步进）环境温度设定 -17℃—1648℃ 精度（在20℃时） 38℃以上为读数的1℃， 38℃以下为1.4℃ 距离系数 60 重量 1.3kg 电源 6V碱电池

北京电力科学研究所使用点温仪对其发配电设备进行了现场检测，被检测器件有发电机碳刷、35kV户外变压器套管接头、35kV及以下的设备多处接头，并采用停电后接触式温度计接触测量对比，发现了变压器及碳刷等过热隐患，事实说明，80型适用于35kV及以下，特别是户内配电设备的温度检测；而对于35kV以上的，尤其是户外设备，限于80型距离系数较小，被测物面积在这距离测试时不能充满视场，则测试结果是不正确的，当天空占据现场较大位置时，显示温度值可达零下。

马鞍山钢铁公司应用红外点温仪在供、配电设备中，进行定期巡回检测取得了很好的效果，红外测温仪为掌握各变电所运行状态，安排维修时间提供了科学依据。马鞍山钢铁公司应用红外点温仪在供、配电设备中，进行定期巡回检测取得了很好的效果，红外测温仪为掌握各变电所运行状态，安排维修时间提供了科学依据。太原钢铁公司采用点温仪和热像仪配合测量设备温度，迅速准确地找到发电机定子铁芯的热分布图，确定了故障部位，指导大电机检修。

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