2013注評考試《機(jī)電設(shè)備評估基礎(chǔ)》預(yù)習(xí)：溫度測量法

第七章　設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

　　知識點(diǎn)八、溫度測量法

　　通過溫度測量可以找出機(jī)件的缺陷并能診斷出各種由熱應(yīng)力引起的故障。不僅如此，溫度測量法還可以彌補(bǔ)射線、超聲、渦流等無損探測法（后面有述）的不足，用來探測機(jī)件內(nèi)部的各種故障隱患。研究和應(yīng)用實(shí)例表明，溫度測量法是目前故障診斷中的一項(xiàng)十分實(shí)用而有效的診斷方法。

　�。ㄒ唬�測溫儀表

　　1.接觸式測溫裝置：測溫元件與被測對象直接接觸，通過熱交換進(jìn)行測溫。

　�。�1）熱電偶。熱電偶與后續(xù)儀表配套可以直接測量出0℃～1800℃范圍內(nèi)液體、氣體內(nèi)部以及固體表面的溫度。精度高，測量范圍寬，便于遠(yuǎn)距離和多點(diǎn)測量等優(yōu)點(diǎn)。

　　熱電偶是基于熱電效應(yīng)進(jìn)行測量的。

　　熱電偶的熱電動勢與熱電偶的材料、兩端溫度T、T₀ 有關(guān)，與熱電極長度、直徑無關(guān)。在冷端溫度T0 不變，熱電偶材料已定的情況下，其熱電動勢只是被測溫度的函數(shù)。

　　根據(jù)所測得的熱電動勢便可確定被測溫度值。

　　常用熱電偶分為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶兩類。

　　標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶制造工藝比較成熟、性能優(yōu)良且穩(wěn)定，同一型號熱電偶具有互換性。常用的有廉價金屬熱電偶及貴金屬熱電偶。

　　非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶多用在一些特殊場合，雖然在使用范圍和數(shù)量上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，但它們的一些特別良好的性能是標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶所不及的。

　　例如，鎢錸系熱電偶長期使用的最高溫度達(dá)2800℃，短時間使用可達(dá)3000℃；鎳鉻-金鐵熱電偶在4K溫度下也能保持大于10μV/℃的熱電勢率，是一種理想的低溫?zé)犭娕肌?/p>

　　【拓展】K為開爾文溫度，273.15K為零攝氏度，4K相等于零下269攝氏度。如果從分子運(yùn)動論的觀點(diǎn)出發(fā)，理想氣體分子的平均動能由溫度確定，即溫度越高分子就運(yùn)動得越快，達(dá)到-273.15℃的時候分子運(yùn)動已經(jīng)完全停止了，所以此時為極限溫度）

　　實(shí)際使用的熱電偶通常分為普通熱電偶、鎧裝熱電偶和薄膜熱電偶等。普通熱電偶的結(jié)構(gòu)外形有多種形式，但其基本結(jié)構(gòu)均由保護(hù)套管、熱電極、絕緣套管和接線盒等主要部分組成。

　　鎧裝熱電偶是由熱電極、絕緣材料和金屬保護(hù)套管等組合成一體的特殊結(jié)構(gòu)熱電電偶，可以做得很細(xì)，很長，能夠彎曲。

　　薄膜熱電偶是由兩種金屬薄膜采用真空蒸鍍、化學(xué)涂層或電泳等方法連接在一起的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶。

　　2.熱電阻溫度計

　　熱電阻溫度計利用材料的電阻率隨溫度變化而變化的特性，與電橋相配合，將溫度按一定函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為電量。

　　按敏感材料的不同，有金屬熱電阻溫度計和半導(dǎo)體熱電阻溫度計兩種。常用的金屬熱電阻有鉑熱電阻、銅熱電阻、鎳熱電阻等。其結(jié)構(gòu)有普通型熱電阻和鎧裝熱電阻。

　　工業(yè)用普通型熱電阻的外型結(jié)構(gòu)與普通型熱電偶的外形結(jié)構(gòu)基本相同。熱電阻體由引出線、熱電阻絲、骨架、保護(hù)云母片和綁帶組成。鎧裝熱電阻的主要特點(diǎn)是體積�。ㄖ睆絻H為1～8mm），響應(yīng)速度快，耐振抗沖擊，感溫元件、連接導(dǎo)線及保護(hù)套管全封閉并連成一體，使用壽命長。

　　半導(dǎo)體熱電阻材料是將各種氧化物（如錳、鎳、銅和鐵的氧化物）按一定比例混合壓制而成。半導(dǎo)體熱電阻的溫度測量范圍在-100℃～300℃之間。其主要特點(diǎn)是電阻溫度系數(shù)大（比金屬熱電阻高10～100倍），電阻率高，感溫元件可做得很小，可根據(jù)需要做成片狀、棒狀和珠狀（珠狀外型尺寸可小到3mm），可測空隙、腔體、內(nèi)孔等處的溫度。但其性能不夠穩(wěn)定，互換性差，使其應(yīng)用受到一定限制。

　　3.紅外測溫儀器

　　紅外測溫儀器是利用紅外輻射原理，采用非接觸方式，對被測物體表面進(jìn)行觀測，并能記錄其溫度變化的設(shè)備。

　　核心是紅外探測器，它能把紅外輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

　　按對輻射響應(yīng)方式的不同，將紅外探測器分為光電探測器和熱敏探測器兩大類。

　　表：光電、熱敏探測器性能比較

　　紅外測溫儀器的組成有：（1）紅外探測器；（2）紅外光學(xué)系統(tǒng)：用于匯聚被測對象的輻射，并將其傳輸?shù)郊t外探測器上；（3）信號處理系統(tǒng)：用以將電信號放大、處理成可記錄的信號。（4）顯示系統(tǒng)：是最終將被測信號以表針指示、數(shù)字顯示或圖像等不同方式記錄、存儲下來的裝置。

　　常用的紅外測溫儀器有：

　　（1）紅外測溫儀：是紅外測溫儀器中最簡單的一種。品種多、用途廣泛、價格低廉，用于測量物體“點(diǎn)”的溫度。

　　表：常用紅外測溫儀

　�。�2）紅外熱像儀。它能把被測物體發(fā)出的紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見圖像，這種圖像稱為熱像圖或溫度圖。這種測溫方法簡便、直觀、精確、有效，且不受測溫對象的限制，因此，在溫度測量中得到比較廣泛的應(yīng)用，并有著寬廣的應(yīng)用前景。

　　現(xiàn)有的熱成像系統(tǒng)主要分兩類：一類是光機(jī)掃描成像系統(tǒng)，稱為紅外熱像儀；另一類是熱釋電紅外攝像管成像系統(tǒng)，稱為紅外熱電視。

　�。ǘ�）通過測溫測量所能發(fā)現(xiàn)的常見故障

　　軸承損壞、流體系統(tǒng)故障、發(fā)熱異常、污染物質(zhì)積聚、保溫材料損壞、電器元件故障、非金屬部件的故障、機(jī)件內(nèi)部缺陷、裂紋探測等。