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?？滴⒂笆殖譁y溫?zé)嵯駜xH21Pro在工業(yè)設(shè)備故障預(yù)警中的應(yīng)用研究
上海儀器網(wǎng) / 2025-12-25

 

一、引言

1.1 研究背景

工業(yè)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行是保障生產(chǎn)連續(xù)性、提升生產(chǎn)效率及降低安全風(fēng)險(xiǎn)的核心前提。在工業(yè)生產(chǎn)場景中，電機(jī)、軸承、配電柜、管道等關(guān)鍵設(shè)備在長期高負(fù)荷運(yùn)行過程中，易因磨損、接觸不良、絕緣老化等問題產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象，若未能及時(shí)檢測預(yù)警，可能引發(fā)設(shè)備停機(jī)、火災(zāi)等嚴(yán)重事故。傳統(tǒng)設(shè)備溫度檢測方法（如接觸式溫度計(jì)、紅外點(diǎn)溫儀）存在檢測范圍有限、響應(yīng)速度慢、無法直觀呈現(xiàn)溫度分布等缺陷，難以滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的精準(zhǔn)化、高效化需求。
?？滴⒂笆殖譁y溫?zé)嵯駜xH21Pro憑借其非接觸式測溫、實(shí)時(shí)熱成像顯示、便攜操作及寬測溫范圍等優(yōu)勢，可快速捕捉設(shè)備表面溫度分布特征，精準(zhǔn)定位局部過熱區(qū)域，為工業(yè)設(shè)備故障預(yù)警提供直觀、可靠的溫度數(shù)據(jù)支撐。本研究以該機(jī)型為核心檢測工具，構(gòu)建工業(yè)設(shè)備故障預(yù)警應(yīng)用方案，通過針對(duì)不同類型工業(yè)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，明確其在故障預(yù)警中的檢測精度、適用場景及最優(yōu)操作規(guī)范，為工業(yè)企業(yè)設(shè)備運(yùn)維提供標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用參考。

1.2 研究目的與意義

本研究的核心目的：一是驗(yàn)證?？滴⒂癏21Pro手持測溫?zé)嵯駜x在不同工業(yè)設(shè)備（異步電機(jī)、高壓配電柜、滾動(dòng)軸承）表面溫度檢測中的精度與穩(wěn)定性；二是明確該機(jī)型在設(shè)備故障預(yù)警中的溫度閾值判定標(biāo)準(zhǔn)；三是構(gòu)建基于H21Pro的工業(yè)設(shè)備故障預(yù)警流程，提升設(shè)備運(yùn)維的智能化水平。
本研究的意義：通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)構(gòu)建針對(duì)性應(yīng)用方案，充分發(fā)揮H21Pro機(jī)型便攜、精準(zhǔn)、可視化的測溫優(yōu)勢，解決傳統(tǒng)設(shè)備測溫方法的局限性；為工業(yè)企業(yè)提供低成本、高效率的設(shè)備故障預(yù)警手段，降低設(shè)備運(yùn)維成本，減少非計(jì)劃停機(jī)損失；豐富手持測溫?zé)嵯駜x在工業(yè)運(yùn)維領(lǐng)域的應(yīng)用案例，為同類設(shè)備的推廣應(yīng)用提供技術(shù)借鑒。

二、應(yīng)用方案詳情

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

核心儀器：?？滴⒂笆殖譁y溫?zé)嵯駜xH21Pro（測溫范圍：-20℃~650℃，測溫精度：±2℃或±2%FS，熱靈敏度：≤50mK，像素：384×288，鏡頭焦距：13mm，視場角：24.4°×18.3°）；標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源（型號(hào)：IR-510，測溫范圍：-40℃~600℃，精度：±0.1℃）；接觸式精密測溫儀（型號(hào)：FLUKE 54II，精度：±0.05℃）。
實(shí)驗(yàn)設(shè)備：① 異步電機(jī)（型號(hào)：Y132M-4，功率：7.5kW，額定轉(zhuǎn)速：1440r/min）；② 高壓配電柜（型號(hào)：GGD-2，額定電壓：10kV）；③ 滾動(dòng)軸承（型號(hào)：6205-ZZ，內(nèi)徑：25mm，外徑：52mm）。

2.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象與場景設(shè)置

選取工業(yè)生產(chǎn)中三類典型關(guān)鍵設(shè)備作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，模擬不同運(yùn)行狀態(tài)下的溫度檢測場景：① 異步電機(jī)：設(shè)置空載運(yùn)行、50%負(fù)載運(yùn)行、100%負(fù)載運(yùn)行及故障模擬（軸承磨損）四種狀態(tài)；② 高壓配電柜：設(shè)置正常供電、接觸電阻增大（模擬接線松動(dòng)）兩種狀態(tài)；③ 滾動(dòng)軸承：設(shè)置正常轉(zhuǎn)速（1440r/min）、過載轉(zhuǎn)速（1800r/min）及潤滑不足三種狀態(tài)。每種設(shè)備的每種運(yùn)行狀態(tài)下，設(shè)置5個(gè)檢測點(diǎn)位，每個(gè)點(diǎn)位重復(fù)檢測3次，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（基于H21Pro的故障預(yù)警檢測流程）

2.3.1 實(shí)驗(yàn)分組

根據(jù)設(shè)備類型及運(yùn)行狀態(tài)分為正常組與故障模擬組：① 正常組：設(shè)備處于額定參數(shù)下正常運(yùn)行狀態(tài)；② 故障模擬組：通過人為干預(yù)構(gòu)建設(shè)備故障前期狀態(tài)（如電機(jī)軸承磨損、配電柜接線松動(dòng)、軸承潤滑不足）。以標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源校準(zhǔn)后的H21Pro為檢測工具，同步采用接觸式精密測溫儀進(jìn)行溫度對(duì)比驗(yàn)證。

2.3.2 檢測操作流程

① 儀器校準(zhǔn)：實(shí)驗(yàn)前采用標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源對(duì)H21Pro進(jìn)行多點(diǎn)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)溫度點(diǎn)設(shè)置為-20℃、0℃、50℃、100℃、200℃、400℃、600℃，確保測溫精度符合實(shí)驗(yàn)要求；② 檢測準(zhǔn)備：將實(shí)驗(yàn)設(shè)備調(diào)試至目標(biāo)運(yùn)行狀態(tài)，穩(wěn)定運(yùn)行30min后開始檢測；③ 測溫操作：手持H21Pro，保持鏡頭與檢測點(diǎn)位距離為1.5m（根據(jù)鏡頭參數(shù)優(yōu)化），調(diào)整焦距使成像清晰，記錄檢測點(diǎn)位的溫度值及熱成像圖；④ 數(shù)據(jù)對(duì)比：同步使用接觸式精密測溫儀測量同一檢測點(diǎn)位的溫度值，作為參考標(biāo)準(zhǔn)；⑤ 閾值確定：通過多次實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)正常運(yùn)行狀態(tài)下設(shè)備各點(diǎn)位的溫度范圍，確定故障預(yù)警溫度閾值。

2.3.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

以測溫誤差（H21Pro測量值與接觸式精密測溫儀測量值的差值）、熱像圖溫度分辨率（可分辨的最小溫度差異）、故障預(yù)警準(zhǔn)確率及檢測響應(yīng)時(shí)間作為核心評(píng)價(jià)指標(biāo)，綜合評(píng)估H21Pro在工業(yè)設(shè)備故障預(yù)警中的應(yīng)用效果。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 H21Pro測溫精度驗(yàn)證結(jié)果

通過標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源校準(zhǔn)及接觸式測溫儀對(duì)比實(shí)驗(yàn)，?？滴⒂癏21Pro手持測溫?zé)嵯駜x的測溫精度驗(yàn)證結(jié)果如表1所示。由表1可知，在-20℃~600℃測溫范圍內(nèi)，H21Pro的測溫誤差均控制在±2℃以內(nèi)，符合設(shè)備標(biāo)稱精度要求；其中在50℃~400℃的工業(yè)設(shè)備常見溫度區(qū)間內(nèi)，測溫誤差≤±1.5℃，測溫穩(wěn)定性優(yōu)異（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD≤0.8%），可滿足工業(yè)設(shè)備精準(zhǔn)測溫需求。
校準(zhǔn)溫度（℃）
H21Pro測量值（℃）
接觸式測溫值（℃）
測溫誤差（℃）
RSD（%）
-20
-18.6±0.5
-20.0
1.4
0.7
0
1.2±0.3
0.0
1.2
0.5
50
50.8±0.2
50.0
0.8
0.3
100
101.3±0.3
100.0
1.3
0.4
200
201.5±0.4
200.0
1.5
0.6
400
401.8±0.5
400.0
1.8
0.8
600
602.0±0.6
600.0
2.0
0.7

3.2 異步電機(jī)故障預(yù)警檢測結(jié)果

采用H21Pro對(duì)異步電機(jī)不同運(yùn)行狀態(tài)下的機(jī)殼、軸承端蓋、電機(jī)引線三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)位進(jìn)行溫度檢測，結(jié)果如表2所示。正常運(yùn)行狀態(tài)下，電機(jī)100%負(fù)載運(yùn)行時(shí)軸承端蓋溫度最高，為58.6℃；當(dāng)模擬軸承磨損故障時(shí)，軸承端蓋溫度顯著升高至92.3℃，較正常負(fù)載狀態(tài)升高33.7℃，且熱成像圖可清晰顯示軸承端蓋區(qū)域?yàn)楦邷禺惓｜c(diǎn)（呈紅色高亮顯示）。通過實(shí)驗(yàn)確定異步電機(jī)軸承端蓋的故障預(yù)警溫度閾值為80℃，當(dāng)H21Pro檢測溫度超過該閾值時(shí)，可判定為軸承異常，預(yù)警準(zhǔn)確率達(dá)到98.5%。
運(yùn)行狀態(tài)
檢測點(diǎn)位
H21Pro測量值（℃）
接觸式測溫值（℃）
測溫誤差（℃）
空載運(yùn)行
機(jī)殼
32.5±0.4
32.0
0.5
軸承端蓋
38.2±0.3
37.8
0.4
電機(jī)引線
30.8±0.2
30.5
0.3
50%負(fù)載運(yùn)行
機(jī)殼
45.6±0.3
45.2
0.4
軸承端蓋
52.3±0.4
51.9
0.4
電機(jī)引線
42.5±0.3
42.1
0.4
100%負(fù)載運(yùn)行
機(jī)殼
53.8±0.4
53.3
0.5
軸承端蓋
58.6±0.5
58.1
0.5
電機(jī)引線
50.2±0.3
49.8
0.4
軸承磨損故障
機(jī)殼
65.3±0.6
64.7
0.6
軸承端蓋
92.3±0.7
91.6
0.7
電機(jī)引線
58.5±0.4
57.9
0.6

3.3 高壓配電柜故障預(yù)警檢測結(jié)果

高壓配電柜正常供電與接線松動(dòng)故障狀態(tài)下的溫度檢測結(jié)果如表3所示。正常狀態(tài)下，配電柜母線接頭溫度為42.8℃；當(dāng)模擬接線松動(dòng)（接觸電阻增大）故障時(shí)，母線接頭溫度升高至78.5℃，較正常狀態(tài)升高35.7℃，H21Pro熱成像圖可清晰區(qū)分正常區(qū)域與過熱區(qū)域。結(jié)合工業(yè)配電柜運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)，確定母線接頭故障預(yù)警溫度閾值為70℃，H21Pro在該場景下的故障檢測響應(yīng)時(shí)間≤2s，可實(shí)現(xiàn)快速預(yù)警，有效避免因接觸不良引發(fā)的電弧、火災(zāi)等風(fēng)險(xiǎn)。
運(yùn)行狀態(tài)
檢測點(diǎn)位
H21Pro測量值（℃）
接觸式測溫值（℃）
測溫誤差（℃）
正常供電
母線接頭
42.8±0.3
42.4
0.4
斷路器
38.5±0.2
38.2
0.3
柜體外殼
32.6±0.2
32.3
0.3
接線松動(dòng)故障
母線接頭
78.5±0.6
77.9
0.6
斷路器
45.2±0.3
44.8
0.4
柜體外殼
38.8±0.3
38.4
0.4

3.4 滾動(dòng)軸承故障預(yù)警檢測結(jié)果

滾動(dòng)軸承不同運(yùn)行狀態(tài)下的溫度檢測結(jié)果如表4所示。正常轉(zhuǎn)速且潤滑充足時(shí)，軸承外圈溫度為45.3℃；當(dāng)處于過載轉(zhuǎn)速狀態(tài)時(shí)，溫度升高至68.7℃；當(dāng)潤滑不足時(shí)，溫度進(jìn)一步升高至85.2℃，H21Pro可精準(zhǔn)捕捉溫度變化趨勢。確定滾動(dòng)軸承外圈故障預(yù)警溫度閾值為75℃，當(dāng)檢測溫度超過該閾值時(shí)，提示設(shè)備存在過載或潤滑不良等故障，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確率為97.8%，且H21Pro的熱靈敏度可清晰分辨軸承不同區(qū)域的微小溫度差異（≤0.5℃），為故障定位提供精準(zhǔn)支撐。
運(yùn)行狀態(tài)
檢測點(diǎn)位
H21Pro測量值（℃）
接觸式測溫值（℃）
測溫誤差（℃）
正常轉(zhuǎn)速+潤滑充足
軸承外圈
45.3±0.3
44.9
0.4
軸承內(nèi)圈
48.6±0.4
48.1
0.5
過載轉(zhuǎn)速+潤滑充足
軸承外圈
68.7±0.5
68.1
0.6
軸承內(nèi)圈
72.3±0.6
71.7
0.6
正常轉(zhuǎn)速+潤滑不足
軸承外圈
85.2±0.7
84.5
0.7
軸承內(nèi)圈
89.5±0.8
88.8
0.7

四、應(yīng)用流程規(guī)范

4.1 前期準(zhǔn)備

① 儀器檢查：啟動(dòng)?？滴⒂癏21Pro手持測溫?zé)嵯駜x，檢查電池電量、顯示屏清晰度及測溫功能是否正常；根據(jù)檢測環(huán)境溫度、濕度調(diào)整儀器參數(shù)（如發(fā)射率設(shè)置，金屬設(shè)備發(fā)射率一般為0.6~0.8）；② 現(xiàn)場準(zhǔn)備：清理檢測設(shè)備表面的灰塵、油污等遮擋物，確保檢測表面平整、無反光；規(guī)劃檢測路線，明確各設(shè)備的關(guān)鍵檢測點(diǎn)位；③ 安全防護(hù)：佩戴耐高溫、絕緣防護(hù)裝備，確保在高壓、高溫設(shè)備檢測時(shí)的人身安全。

4.2 檢測操作與預(yù)警判定

① 操作規(guī)范：手持H21Pro，保持鏡頭與檢測點(diǎn)位垂直，距離控制在1~2m（根據(jù)設(shè)備尺寸調(diào)整），避免陽光直射、氣流干擾等影響測溫精度；對(duì)每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)位進(jìn)行3次重復(fù)檢測，記錄平均值及熱成像圖；② 預(yù)警判定：對(duì)照實(shí)驗(yàn)確定的各設(shè)備故障預(yù)警溫度閾值（異步電機(jī)軸承端蓋80℃、高壓配電柜母線接頭70℃、滾動(dòng)軸承外圈75℃），若檢測溫度超過閾值，結(jié)合熱成像圖的高溫區(qū)域分布，判定設(shè)備存在故障風(fēng)險(xiǎn)，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

4.3 后期處理與儀器維護(hù)

① 數(shù)據(jù)整理：將檢測溫度數(shù)據(jù)、熱成像圖分類歸檔，建立設(shè)備溫度數(shù)據(jù)庫，對(duì)比歷史數(shù)據(jù)趨勢，預(yù)測設(shè)備故障發(fā)展態(tài)勢；② 儀器清潔：使用干凈軟布擦拭鏡頭及機(jī)身，若有污漬可蘸取少量無水乙醇輕輕擦拭，避免劃傷鏡頭；③ 定期維護(hù)：建議每3個(gè)月對(duì)H21Pro進(jìn)行一次精度校準(zhǔn)，存放時(shí)置于干燥、通風(fēng)、無腐蝕氣體的環(huán)境中，避免劇烈碰撞，確保儀器長期穩(wěn)定運(yùn)行。

五、結(jié)論與展望

5.1 結(jié)論

本研究構(gòu)建了?？滴⒂笆殖譁y溫?zé)嵯駜xH21Pro在工業(yè)設(shè)備故障預(yù)警中的應(yīng)用方案，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出以下結(jié)論：① H21Pro測溫精度優(yōu)異，在工業(yè)設(shè)備常見溫度區(qū)間（50℃~400℃）內(nèi)測溫誤差≤±1.5℃，穩(wěn)定性良好（RSD≤0.8%），可滿足工業(yè)設(shè)備精準(zhǔn)測溫需求；② 針對(duì)異步電機(jī)、高壓配電柜、滾動(dòng)軸承三類關(guān)鍵設(shè)備，明確了各自關(guān)鍵點(diǎn)位的故障預(yù)警溫度閾值，預(yù)警準(zhǔn)確率均超過97%，且檢測響應(yīng)時(shí)間≤2s，可實(shí)現(xiàn)快速故障預(yù)警；③ H21Pro的熱成像功能可直觀呈現(xiàn)設(shè)備溫度分布，精準(zhǔn)定位過熱故障點(diǎn)，為設(shè)備運(yùn)維提供清晰的可視化支撐。該機(jī)型便攜、高效的特性，可顯著提升工業(yè)設(shè)備運(yùn)維效率，降低故障損失。

5.2 展望

未來，可進(jìn)一步拓展?？滴⒂癏21Pro手持測溫?zé)嵯駜x的應(yīng)用場景，如新能源設(shè)備（光伏逆變器、風(fēng)電齒輪箱）、化工管道泄漏檢測、建筑節(jié)能測溫等領(lǐng)域；結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)H21Pro與移動(dòng)終端、云端平臺(tái)的聯(lián)動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳、遠(yuǎn)程分析及智能預(yù)警；此外，可針對(duì)特殊工業(yè)環(huán)境（如高溫、高粉塵、強(qiáng)電磁干擾）優(yōu)化檢測方法，提升設(shè)備在復(fù)雜場景下的適應(yīng)性，進(jìn)一步推動(dòng)工業(yè)運(yùn)維智能化發(fā)展。

 

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