4.損傷零件壽命估算
疲勞壽命理論主要用于估算疲勞壽命和疲勞損傷。
（1）疲勞斷裂及其過程。計(jì)算帶缺陷零件的剩余自然壽命一般采用斷裂力學(xué)理論，通過建立裂紋擴(kuò)展速率與斷裂力學(xué)參量之間的關(guān)系來進(jìn)行計(jì)算。斷裂力學(xué)理 論認(rèn)為：零件的缺陷在循環(huán)載荷作用下會逐步擴(kuò)大，當(dāng)缺陷擴(kuò)大到臨界尺寸后將發(fā)生斷裂破壞。這個過程被稱為疲勞斷裂過程。
疲勞斷裂過程大致可分為四個階段，即成核、微觀裂紋擴(kuò)展、宏觀裂紋擴(kuò)展及斷裂。
（2）帕利斯定理及損傷零件疲勞壽命的估算損傷零件疲勞壽命的估算主要應(yīng)用帕利斯（Paris）定理。其主要內(nèi)容是：對裂紋擴(kuò)展規(guī)律的研究，斷裂力學(xué) 從研究裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)變場出發(fā)，導(dǎo)出裂紋體在受載條件下裂紋尖端附近應(yīng)力場和應(yīng)變場的特征量來進(jìn)行。這個特征量用應(yīng)力強(qiáng)度因子K表示。K值的變 化幅度也是控制裂紋擴(kuò)展速度da／dN的主要參量。在考慮材料性能參量對裂紋擴(kuò)展速度的影響后，帕利斯提出了以下裂紋擴(kuò)展速度的半經(jīng)驗(yàn)公式：
da／dN=A（△K）
式中：△K——應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度；
A、n——材料常數(shù)；
a—裂紋尺寸；
N——載荷循環(huán)次數(shù)。
由帕利斯公式得到：
兩邊進(jìn)行積分求得損傷零件疲勞壽命為：
式中 與 分別為初始裂紋尺寸與臨界裂紋尺寸。
（3）影響裂紋擴(kuò)展的因素。應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度△K是影響裂紋擴(kuò)展的主要參數(shù)。除此之外，還有很多因素對裂紋的疲勞擴(kuò)展有影響，如應(yīng)力循環(huán)特征、加載頻 率、溫度等。應(yīng)力循環(huán)特征對裂紋擴(kuò)展速度影響較大。加載頻率的影響，一般在△K值較低時(shí)，加載頻率對裂紋的疲勞擴(kuò)展速度影響很小，但當(dāng)AK值較高時(shí)，加載 頻率影響增大；裂紋擴(kuò)展速度與加載頻率成反比關(guān)系，加載頻率降低，裂紋擴(kuò)展速度增大。溫度的影響，對深埋裂紋，當(dāng)溫度低于蠕變溫度時(shí)，溫度對裂紋擴(kuò)展速度 無明顯影響；但對表面裂紋，高溫對裂紋擴(kuò)展速度影響較大，溫度越高裂紋擴(kuò)展速度越快。
九、設(shè)備故障診斷技術(shù)
（一）考試目的
通過對本部分內(nèi)容的考核，測試考生對檢測、診斷技術(shù)基礎(chǔ)知識及常用儀器設(shè)備的掌握程度，考核考生對設(shè)備故障診斷結(jié)果的認(rèn)知能力。
（二）考試基本要求
1.掌握以下內(nèi)容：
（1）描述故障的特征參量；
（2）故障診斷技術(shù)的實(shí)施過程；
（3）壓電加速度傳感器、磁電速度傳感器、渦流位移傳感器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用；
（4）常用噪聲測量傳感器（電容傳聲器、壓電傳聲器）的構(gòu)成及特點(diǎn)，聲級計(jì)的組成、作用及校準(zhǔn)；
（5）常用測溫儀器、儀表（熱電偶、熱電阻溫度計(jì)、紅外測溫儀、紅外熱像儀）的組成、特點(diǎn)及應(yīng)用；
（6）常用的裂紋無損探測方法，如目視一光學(xué)探測法、滲透探測法、磁粉探測法、射線探測法、超聲波探測法、聲發(fā)射操測法、渦流探測法等的優(yōu)、缺點(diǎn)及適用范圍。
2.熟悉以下內(nèi)容，：
（1）引起故障的原因；
（2）設(shè)備故障診斷技術(shù)的概念和分類；
（3）頻譜分析儀的組成、作用；
（4）振動及噪聲的測量方法；
（5）通過溫度測量所能發(fā)現(xiàn)的故障；
（6）常用的磨損油污染監(jiān)測方法及各監(jiān)測方法的適用范圍。
3.了解以下內(nèi)容：
（1）設(shè)備故障的定義和分類；
（2）狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的關(guān)系；
（3）振動的分類、振動的基本參數(shù)；
（4）描述噪聲的物理量及主觀量度。
（三）要點(diǎn)內(nèi)容
1.設(shè)備故障的定義和分類
設(shè)備在I作過程中，因某種原因喪失規(guī)定功能的現(xiàn)象稱為故障。
按故障發(fā)生、發(fā)展的進(jìn)程可將故障分為突發(fā)性故障和漸發(fā)性故障。突發(fā)性故障在發(fā)生之前無明顯的可察征兆，而是突然發(fā)生的，Ⅱ具有較大的破壞性。為了避免 突發(fā)性故障，需要對設(shè)備的重要部位進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。漸發(fā)性故障是由于設(shè)備中某些零件的技術(shù)指標(biāo)逐漸惡化，最終超出允許范圍（或極限，）而引發(fā)的故障。這類故 障的發(fā)生與產(chǎn)品材料的磨損、腐蝕、疲勞等密切相關(guān)，其特點(diǎn)是： （1）故障發(fā)生的時(shí)間一般在元器件有效壽命的后期。 （2）有規(guī)律性，可預(yù)防。（3）故障發(fā)生的概率與設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間有關(guān)。設(shè)備使用的時(shí)間越長，發(fā)生故障的概率越大，損壞的程度也越大。
按故障的性質(zhì)可將故障分為自然故障和人為故障。自然故障分正常自然故障和異常自然故障。正常自然故障一般具有規(guī)律性，如設(shè)備正常工作磨損引起的故障即 屬這類故障，這類故障會對設(shè)備的自然壽命產(chǎn)生影響。異常自然故障是因設(shè)計(jì)和制造不恰當(dāng)造成設(shè)備中存在某些薄弱環(huán)節(jié)而引發(fā)的故障，這類故障帶有偶然性，有時(shí) 又具有突發(fā)性。人為故障是指設(shè)備運(yùn)行中操作使用不當(dāng)或意外情況造成的故障。
2.引起故障的原因
環(huán)境因素、人為因素和時(shí)間因素都是引起設(shè)備故障的外因。環(huán)境因素包括力、能、溫度、濕度、振動、污染物等外界因素，這些因素將以各種能量形式對設(shè)備產(chǎn) 生作用，使機(jī)件發(fā)生磨損、變形、裂紋、腐蝕等各種形式的損傷，最終導(dǎo)致故障的發(fā)生。人為因素包括設(shè)計(jì)不良、質(zhì)量偏差、使用不當(dāng)?shù)??？梢姡O(shè)備在設(shè)計(jì)、制 造、使用和維修過程中，始終都包含著人為因素的作用，特別是早期故障的發(fā)生大部分可以歸因于人為因素。時(shí)間是形成故障的主要外因之一，盡管機(jī)件中存在著故 障隱患及形成故障的其他外因，如果沒有時(shí)間的延續(xù)故障也不一定發(fā)生。諸如施加應(yīng)力的先后順序、單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)力循環(huán)的次數(shù)、疲勞裂紋擴(kuò)展的速度以及負(fù)荷時(shí)間 與無負(fù)荷時(shí)間的比例都是故障誘因的時(shí)間因素。常見的磨損、變形、裂紋、腐蝕等故障機(jī)理都與時(shí)間有密切關(guān)系。
3.描述故障的特征參量
可以用直接特征參量或間接特征參量來描述故障。直接特征參量包括設(shè)備或部件的輸出參數(shù)、設(shè)備零部件的損傷量。以設(shè)備或部件輸出參數(shù)作為故障特征參量一 般難以發(fā)現(xiàn)早期故障。另外，這類故障特征參量只能用以判斷設(shè)備工作能力的強(qiáng)弱，只表明有無故障，而無法判斷故障部位、故障形式及故障原因。引起設(shè)備故障的 各種損傷量，如變形量、磨損量、裂紋大小、銹蝕程度等都是判斷設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的特征參量。這類特征參量都是引起故障的直接原因，它們不僅可以表示故障的存 在、原因、部位，而且其數(shù)量值可以表示故障的嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢。用設(shè)備零部件的損傷量判斷設(shè)備故障，通常是在故障診斷的第二階段進(jìn)行，即在檢測了設(shè)備輸 出參數(shù)或其他故障信息以后，認(rèn)為有必要進(jìn)一步查明設(shè)備工作能力降低或故障發(fā)生的直接原因時(shí)，才進(jìn)行損傷量的測量。
間接特征參量即二次效應(yīng)參數(shù)，主要有設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的振動、聲音、溫度、電量等等。作為故障信號的二次效應(yīng)參數(shù)比較多，而且對于不同的故障和頻 率范圍，二次效應(yīng)參數(shù)與故障判斷之間的靈敏度和有效性也不完全相同。因而在故障診斷中，就存在一個合理選擇特征參量的問題。用間接特征參量進(jìn)行故障診斷韻 主要優(yōu)點(diǎn)是可以在設(shè)備運(yùn)行中以及不作任何拆卸的條件下進(jìn)行診斷。其缺點(diǎn)是間接特征參量與故障間常存在某種隨機(jī)性。
4.設(shè)備故障診斷技術(shù)的概念、分類
設(shè)備故障診斷技術(shù)是指測取設(shè)備在運(yùn)行中或相對靜止條件下的狀態(tài)信息，對所測信號進(jìn)行處理和分析，并結(jié)合設(shè)備的歷史狀況，定量識別設(shè)備及其零、部件的實(shí)時(shí)技術(shù)狀態(tài)，預(yù)知有關(guān)異常、故障和預(yù)測未來技術(shù)狀態(tài)，從而確定必要對策的技術(shù)。
可以按不同的方法對故障診斷技術(shù)進(jìn)行分類：
（1）按診斷目的、要求和條件的不同可以把故障診斷技術(shù)分為：
①功能診斷和運(yùn)行診斷。功能診斷是指對新安裝或剛維修設(shè)備及部件的運(yùn)行工況和功能進(jìn)行檢測和判斷，并根據(jù)檢測與判斷的結(jié)果對其進(jìn)行調(diào)整。而運(yùn)行診斷是指對正在運(yùn)行中的設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，以便對異常的發(fā)生和發(fā)展進(jìn)行早期診斷。
②定期診斷和連續(xù)診斷。定期診斷是指間隔一定時(shí)間對服役中的設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行一次常規(guī)的檢查和診斷。而連續(xù)監(jiān)測則是采用儀器儀表和計(jì)算機(jī)信號處理系統(tǒng)對設(shè)備或系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視和檢測?！、壑苯釉\斷和間接診斷。直接診斷是指直接根據(jù)關(guān)鍵零部件的狀態(tài)信息來確定其所處的狀態(tài)的一種診斷。直接診斷迅速可靠，但往往受到機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作條件的 限制而無法實(shí)現(xiàn)。間接診斷是指通過設(shè)備運(yùn)行中的二次診斷信息來間接判斷關(guān)鍵零部件的狀態(tài)變化。在間接診斷中往往會出現(xiàn)偽警或漏檢的情況。
④在線診斷和離線診斷。在線診斷是指對現(xiàn)場正在運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行的自動實(shí)時(shí)診斷。而離線診斷則是通過磁帶記錄僅將現(xiàn)場測量的狀態(tài)信號記錄下來，帶回實(shí)驗(yàn)室后再結(jié)合診斷對象的歷史檔案進(jìn)行進(jìn)一步的分析診斷，或通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的診斷。
⑤常規(guī)診斷和特殊診斷。常規(guī)診斷是指在設(shè)備正常服役條件下進(jìn)行的診斷。信號在常規(guī)診斷中采集不到時(shí)，就要考慮采用特殊診斷。
⑥簡易診斷和精密診斷。簡易診斷一般由現(xiàn)場作業(yè)人員憑著聽、摸、看、聞或借助便攜式簡單診斷儀器對設(shè)備進(jìn)行人工監(jiān)測、判斷設(shè)備是否出現(xiàn)故障。精密診斷 由精密診斷專家借助先進(jìn)的傳感器、精密診斷儀器和各種先進(jìn)分析手段實(shí)施的診斷。通過檢測、分析，確定故障類型、程度、部位和產(chǎn)生故障的原因，了解故障的發(fā) 展趨勢。
（2）按診斷的物理參數(shù)對診斷技術(shù)進(jìn)行分類，可將診斷技術(shù)分為振動診斷技術(shù)、聲學(xué)診斷技術(shù)、溫度診斷技術(shù)、污染診斷技術(shù)、無損診斷技術(shù)、壓力診斷技術(shù)、強(qiáng)度診斷技術(shù)、電參數(shù)診斷技術(shù)、趨向診斷技術(shù)、綜合診斷技術(shù)等。
（3）按診斷的直接對象對診斷技術(shù)進(jìn)行分類，可將診斷技術(shù)分為機(jī)械零件診斷技術(shù)、液壓系統(tǒng)診斷技術(shù)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷技術(shù)、往復(fù)機(jī)械診斷技術(shù)、工程結(jié)構(gòu)診斷技術(shù)、工藝流程診斷技術(shù)、生產(chǎn)系統(tǒng)診斷技術(shù)、電器設(shè)備診斷技術(shù)等。
5.設(shè)備故障診斷技術(shù)的實(shí)施過程
設(shè)備故障診斷技術(shù)的實(shí)施過程分為狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷和治理預(yù)防三個階段。
狀態(tài)監(jiān)測指通過傳感器采集設(shè)備在運(yùn)行中的各種信息，將其變?yōu)殡娦盘?，再將獲取的信號輸入到信號處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，以便得到能反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)。如何將征兆信號提取出來，獲得診斷決策的可靠依據(jù)是信號處理系統(tǒng)完成的一項(xiàng)重要工作。
分析診斷包括狀態(tài)識別和診斷決策，即根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測得到的能反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的征兆（或特征參數(shù)）的變化情況，或?qū)⒄髡祝ɑ蛱卣鲄?shù)）與某故障狀態(tài)參數(shù) （模式）進(jìn)行比較，來識別設(shè)備是否存在故障，判斷故障的性質(zhì)和程度及產(chǎn)生的原因、發(fā)生的部位，并預(yù)測設(shè)備的性能和故障發(fā)展趨勢。
治理預(yù)防是指根據(jù)分析診斷得出的結(jié)論來確定治理修正和預(yù)防的辦法，包括調(diào)度、改變操作、更換、停機(jī)檢修等。如果認(rèn)定設(shè)備尚可繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，那么需對故障的發(fā)展情況作重點(diǎn)監(jiān)視或巡回監(jiān)視，以保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性。
6.狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的關(guān)系
狀態(tài)監(jiān)測是故障診斷韻基礎(chǔ)和前提，沒有監(jiān)測就談不上診斷；故障診斷是對監(jiān)測結(jié)果的進(jìn)一步分析和處理，診斷是目的。設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷既有聯(lián)·系又有區(qū)別，有時(shí)為了方便，統(tǒng)稱為設(shè)備故障診斷。
7.振動的分類、振動的基本參數(shù)
振動分為確定性振動和隨機(jī)振動，確定性振動又分為周期振動和非周期振動，周期振動又進(jìn)一步分為簡諧周期振動和復(fù)雜周期振動，非周期振動也進(jìn)一步分為準(zhǔn)周期振動和瞬態(tài)振動。
振動的基本參數(shù)包括振幅、頻率和相位。振動完全可以通過這三個參數(shù)加以描述。
8.壓電加速度傳感器、磁電速度傳感器、渦流位移傳感器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用
振動加速度信號通常采用壓電加速度傳感器（壓電加速度計(jì)）提取。壓電加速度計(jì)是基于壓電晶體的壓電效應(yīng)工作的，有多種結(jié)構(gòu)形式，如正置壓縮型、倒置壓 縮型、環(huán)形剪切型、三角形剪切型等。不管是哪一種結(jié)構(gòu)的加速度計(jì)，均包括壓緊彈簧、質(zhì)量塊、壓電晶片和基座等部分。振動加速度計(jì)屬于能量轉(zhuǎn)換型傳感器?？?測頻率范圍寬（0.1Hz-20kHz，靈敏度高而且穩(wěn)定，有比較理想的線性。這種傳感器體積小，重量輕，可以安裝在任何方位，而且無移動元件，不易造成磨損。值得注意的是，壓電式加速度計(jì)使用的上限頻率隨其固定方式而變。
振動速度信號通常采用磁電速度傳感器提取。磁電速度傳感器是基于電磁感應(yīng)原理工作的。磁電式速度傳感器為慣性速度傳感器，當(dāng)傳感器隨被測系統(tǒng)振動時(shí)， 傳感器線圈與磁場之間產(chǎn)生相對運(yùn)動，切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而輸出與振動速度成正比的電壓。磁電式速度傳感器也是能量轉(zhuǎn)換型傳感器，工作時(shí)不需要 電源，輸出信號可以不經(jīng)過變換放大即可遠(yuǎn)距離傳送，使用方便。但這種傳感器中存在著機(jī)械運(yùn)動部件，它與被測系統(tǒng)同頻率振動，由于其疲勞極限使傳感器壽命比 較短。因此，在長期連續(xù)測量中應(yīng)該考慮傳感器的壽命。
振動位移信號通常采用渦流位移傳感器提取。它基于金屬體在交變磁場中的電渦流效應(yīng)工作。是一種非接觸式的相對測振傳感器，能方便地測量運(yùn)動部件與靜止 部件間韻間隙變化，它將傳感器頂端與被測對象表面之間：間隙的變化轉(zhuǎn)換成與之成正比的電信號。電渦流位移傳感器屬于能量控制型傳感器，它必須借助于電源才 能將振動位移轉(zhuǎn)換為電信號。這種傳感器具有線性范圍寬、靈敏度高、頻率范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)影響以及非接觸測量等特點(diǎn)。不僅能測量一些旋 轉(zhuǎn)軸系的振動、軸向位移，還能測量轉(zhuǎn)數(shù)。
9.頻譜分析儀的組成、作用
頻譜分析儀一般由前置放大器、抗混淆濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、高速數(shù)據(jù)處理器及外圍設(shè)備等組成。
需要進(jìn)一步查明異常振動的原因和位置，就要對振動信號進(jìn)行頻譜分析。頻譜分析常由頻譜分析儀（又稱動態(tài)分析儀）來完成。
10.描述噪聲的物理量及主觀度量
引起聽覺的可聽聲頻率在20—20000Hz之間，但在此范圍內(nèi)的某一聲波可以有不同的聲壓或聲強(qiáng)。在聲學(xué)中采用成倍比的對數(shù)標(biāo)度，即用“級”來度量聲壓和聲強(qiáng)，并稱為聲壓級、聲強(qiáng)級，此外還有聲功率級。
聲波的聲壓級是聲波的聲壓與基準(zhǔn)聲壓之比以10為底的對數(shù)的20倍。
聲波的聲強(qiáng)級是聲波的聲強(qiáng)與基準(zhǔn)聲強(qiáng)之比以10為底的對數(shù)的10倍。
聲波的聲功率級是聲波的功率與基準(zhǔn)功率之比以10為底的對數(shù)的10倍。聲功率根據(jù)測量的聲壓級換算得到。
進(jìn)行噪聲測量時(shí)，也可以用人的主觀感覺進(jìn)行度量，如響度級。響度是人耳對聲音強(qiáng)弱產(chǎn)生的主觀感覺。要確定某聲音的響度，選用頻率為1000Hz的純音 作為標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)1000Hz純音的聲壓級，使它和所要確定的聲音聽起來有同樣的響度，則該聲音的響度級值就等于這個純音的聲壓級（dB）值，單位為方 （Phon）。例如，噪聲聽起來與頻率為10001-Iz的聲壓級為80dB的基準(zhǔn)純音一樣響，則該噪聲的響度級即為80方。
11.常用噪聲測量傳感器（電容傳聲器、壓電傳聲器）的構(gòu)成及特點(diǎn)
傳聲器的作用如同人的耳膜，由它將聲能（聲信號）轉(zhuǎn)換成電能（電信號）。其轉(zhuǎn)換過程是：首先由接受器將聲能轉(zhuǎn)換成執(zhí)械能，然后由機(jī)電轉(zhuǎn)換器把機(jī)械能轉(zhuǎn) 換成電能。通常用膜片作為接受器來感受聲壓，將聲壓的變化變成膜片的振動。根據(jù)膜片感受聲壓情況的不同，傳聲器可分為三類：壓強(qiáng)式傳聲器，其膜片，的一面 感受聲壓；壓差式傳聲器，其膜片的兩面均感受聲壓，引起膜片振動的力取決于膜片兩面壓差的大??；壓強(qiáng)和壓差組合式傳聲器。在噪聲測量中常用壓強(qiáng)式傳聲器。
電容式傳聲器利用電場耦合方式將膜片的振動轉(zhuǎn)換成電量。電容傳聲器的基本結(jié)構(gòu)是一個電容器，它主要由感受聲壓的膜片和與其平行的金屬后極板（背板）組 成。膜片和后極板在電氣上絕緣，構(gòu)成一個以空氣為介質(zhì)的電容器的兩個極。測量時(shí)，在兩電極間加直流電壓，即極化電壓。在極化電壓、負(fù)載不變的情況下，輸出 交變電壓的大小和波形由作用在膜片上的聲壓決定。電容傳聲墨屬于能量控制型傳感器。電容傳聲器靈敏度高，動態(tài)范圍寬；輸出特性穩(wěn)定，對周圍環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，在—50C ~~ +150C 的溫度范圍內(nèi)和0%—100%的相對濕度下，性能變化??；電容傳聲器的外形尺寸也比較小。電容式傳聲器常與精密、標(biāo)準(zhǔn)
聲級計(jì)聯(lián)用。
壓電傳聲器由具有壓電效應(yīng)的晶體來完成聲電轉(zhuǎn)換，它通過聲壓使晶體切片兩側(cè)產(chǎn)生電量相等的異性電荷，形成電位差。屬于能量轉(zhuǎn)換型傳感器。壓電傳聲器具 有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，輸出阻抗低，電容量大（可達(dá)1000pF），靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)。但性能受溫度、濕度影響較大。壓電傳聲器一般與普通聲級計(jì)聯(lián)用。
12.聲級計(jì)的組成、作用及校準(zhǔn)
聲級計(jì)是噪聲測量中使用最廣泛的儀器。它不僅能測量聲級，還能與多種輔助儀器配合進(jìn)行頻譜分析、記錄噪聲的時(shí)間特性和測量振動等。聲級計(jì)由傳聲器、衰 減（放大）器、計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、均方根值檢波器、指示表頭等組成。被測的聲壓信號通過傳聲器轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號經(jīng)衰減器、放大器以及相應(yīng)的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、外 接濾波器，或者輸入記錄儀器，或者經(jīng)過均方根值檢波器直接推動以分貝標(biāo)定的指示表頭。計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是基于等響曲線設(shè)計(jì)出的濾波線路，不同的濾波線路對不同頻率 的聲音信號實(shí)行不同程度的衰減，使得儀器的讀數(shù)能近似地表達(dá)人對聲音的響應(yīng)。聲級計(jì)中常用A、B、C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)效仿100方等響曲線，在整個可 聽頻率范圍內(nèi)有近乎干直的特性。它讓所有頻率的可聽聲程度近乎一樣地通過，因此它代表總聲級。B計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)效仿70方等響曲線，它使通過的聲音的低頻段有一 定的衰減。A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)效仿奶方等響曲線，它使通過的聲音的低頻段有更大的衰減，該計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)較好地模仿了人耳對低頻段（500Hz以下）不敏感，而對于 1000—50OOHz聲音敏感的特點(diǎn)?？筛鶕?jù)需要選擇計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，以完成聲壓級L和A、B、C三種計(jì)權(quán)聲級的測定。
使用聲級計(jì)時(shí)，每次測量開始和結(jié)束都應(yīng)該校準(zhǔn)，兩次差值不應(yīng)大于1dB。常用的校準(zhǔn)方法有活塞發(fā)生器校準(zhǔn)法、揚(yáng)聲器校準(zhǔn)法、互易校準(zhǔn)法、靜電激勵校準(zhǔn)法、置換法等。
13.振動及噪聲的測量方法
一般情況下，采用振動分析法進(jìn)行故障診斷總是先以振動總值法來判別異常振動。這是一種最直接的方法，把傳感器放在設(shè)備應(yīng)測量的部位，測量其振動速度。 將測得振動速度的均方根值以表格或圖樣表示其趨向，對照“異常振動判斷基準(zhǔn)”，判別實(shí)際測量值是否超過界限或極限規(guī)定值，以評價(jià)設(shè)備工作狀態(tài)的正常與否。
采用測振儀進(jìn)行振動總值的檢測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)振動總值有較快增大，并有接近或超出允許界限值的趨向時(shí)，需要進(jìn)一步采用頻率分析法進(jìn)行診斷。采用頻譜分析 儀對實(shí)測振動信號進(jìn)行頻率分析，做出頻譜圖，與其正常譜圖（或稱原始譜）進(jìn)行比較，尋找振源，診斷出故障部位和嚴(yán)重程度。還可由頻譜圖上出現(xiàn)新的譜線，查 出設(shè)備是否發(fā)生了新的故障。
對滾動軸承的磨損和損傷進(jìn)行診斷可采用專門的振動脈沖測量法。
設(shè)備中運(yùn)動著的零部件都可能產(chǎn)生振動，發(fā)出聲波。這些不同聲強(qiáng)、不同頻率的聲波無規(guī)律地混合便形成噪聲。噪聲是設(shè)備的固有信息，當(dāng)描述其特性的特征參 數(shù)發(fā)生變化，并越過一定的范圍，便可判斷可能發(fā)生了故障。因此，可以根據(jù)噪聲信號的特征量制定一定限值作為有無故障的標(biāo)準(zhǔn)，來判斷是否發(fā)生了故障。但要識 別故障的性質(zhì)，確定故障的部位及故障程度，就需對提取的噪聲信號作頻譜分析。
利用噪聲（或振動）信號特征參數(shù)的變異及其程度進(jìn)行故障判斷有三種標(biāo)準(zhǔn)，即絕對標(biāo)準(zhǔn)、相對標(biāo)準(zhǔn)和類比標(biāo)準(zhǔn)。在絕對標(biāo)準(zhǔn)中，利用測取的噪聲信號的特征量 值與標(biāo)準(zhǔn)特征量值進(jìn)行比較；在相對標(biāo)準(zhǔn)中，利用測取的噪聲信號的特征量值與正常運(yùn)行時(shí)的特征量值進(jìn)行比較；在類比標(biāo)準(zhǔn)中，利用同類設(shè)備在相同工況條件下的 噪聲信號的特征量值進(jìn)行比較。
14.常用測溫儀器、儀表（熱電偶、熱電阻溫度計(jì)、紅外測溫儀器、紅外熱像儀）的組成、特點(diǎn)及應(yīng)用 熱電偶是基于熱電效應(yīng)進(jìn)行測量的，-由兩根不同材料的導(dǎo)體焊接而成。它的熱電動勢與熱電偶材料、兩端溫度T、l有關(guān)，與熱電極長度、直徑無關(guān)。在冷端 溫度To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)。熱電偶與后續(xù)僅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。具有精度高，測量范圍寬，便于遠(yuǎn)距離和多點(diǎn)測量等優(yōu)點(diǎn)。
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。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶多用 在一些特殊場合。實(shí)際使用的熱電偶有普通熱電偶、鎧裝熱電偶和薄膜熱電偶等。鎧裝熱電偶是特殊結(jié)構(gòu)熱電偶，可以做得很細(xì)、很長，能夠彎曲。薄摸熱電偶是由 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。
在設(shè)備的溫度測量中，還經(jīng)常使用熱電阻溫度計(jì)。熱電阻溫度計(jì)是利用材料電阻率隨溫度而變化的特性進(jìn)行測量的，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(jì)和半導(dǎo)體熱電阻溫度計(jì)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型結(jié)構(gòu)基本 相同。鎧裝熱電阻的主要特點(diǎn)是體積小，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（珠狀外型尺寸僅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。
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。紅外測溫儀器的核心是紅外探測器，它能把入射 的紅外輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌跈z測的電能。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。兩種探測器在靈敏度、響應(yīng)速度、是否需要制 冷、使用是否方便等方面各不相同。紅外測溫儀器還必須包括紅外光學(xué)系統(tǒng)，用于匯聚被測對象的輻射通量，并將其傳輸?shù)郊t外探測器上。紅外光學(xué)系統(tǒng)與探測器一 起決定該儀器的現(xiàn)場和空間分辨率。實(shí)際應(yīng)用中有反射式、折射式和折一反射式等不同類型的光學(xué)系統(tǒng)供選用。
除了紅外探測器和光學(xué)系統(tǒng)外，紅外測溫儀器還應(yīng)包括信號處理系統(tǒng)（用以將電信號放大、處理成可記錄的信號）和顯示系統(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）。
用于紅外測溫的儀器有很多種，比較常用的有紅外測溫儀和紅外熱像儀。紅外測溫儀是紅外測溫儀器中最簡單的一種，用途廣泛，價(jià)格低廉，用于測量物體“點(diǎn)”的溫度。有多種紅外測溫儀供選用，它們各有其自己的應(yīng)用范圍和特點(diǎn)。
紅外熱像儀和紅外熱電視是目前使用的兩類熱成像系統(tǒng)。其中紅外熱像儀（光機(jī)掃描熱像儀）由光學(xué)與掃描系統(tǒng)、紅外探測器、視頻信號處理系統(tǒng)、顯示器等部 分組成。被測對象的紅外輻射經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)匯聚、濾波，聚焦到紅外探測器上，其間由光學(xué)一機(jī)械掃描系統(tǒng)將被測對象觀測滿面上各點(diǎn)的紅外輻射通量按時(shí)間順序排 列，經(jīng)紅外探測器變成電脈沖，通過視頻信號處理送到顯示器顯示出物體表面或近表面的熱像圖。熱像圖中包含了被測物體的熱狀態(tài)信息，因而通過熱像圖的觀察和 分析，可以獲得物體表面或近表面層的溫度分布及其所處的熱狀態(tài)。這種測溫方法簡便、直觀、精確、有效，且不受測溫對象的限制。
只有光電探測元件致冷到很低的溫度才能降低熱噪聲，屏蔽背景噪聲，提高光電探測器的信噪比和探測率，得到較短的響應(yīng)時(shí)間，因此要對探測器進(jìn)行超低溫致冷。
15.溫度測量所能發(fā)現(xiàn)的故障
通過溫度測量不僅可以檢查工藝過程中的溫度變化，還可以掌握機(jī)件的受熱狀況。通過溫度測量所能發(fā)現(xiàn)的常見故障可歸納如下：
通過溫度測量可以發(fā)現(xiàn)軸承損壞，液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和燃油系統(tǒng)等流體系統(tǒng)故障，內(nèi)燃機(jī)、加熱爐等燃燒不正常引起的發(fā)熱量異常；污染物質(zhì)積聚 （如管道內(nèi)有水垢，鍋爐或煙道內(nèi)結(jié)灰渣、積聚腐蝕性污染物等），保溫材料損壞，電器元件損壞（如電氣元件接觸不良，整流管、晶閘管等器件存在損傷，高壓輸 電線的電纜、接頭、絕緣子、電容器、變壓器以及輸變電網(wǎng)的電氣元件和設(shè)備的損壞），非金屬部件缺陷，機(jī)件內(nèi)部缺陷。還可進(jìn)行裂紋探測（檢查裂紋及其發(fā)展過 程，確定機(jī)件在使用中表面或近表面的裂紋及其位置等）。
疲勞壽命理論主要用于估算疲勞壽命和疲勞損傷。
（1）疲勞斷裂及其過程。計(jì)算帶缺陷零件的剩余自然壽命一般采用斷裂力學(xué)理論，通過建立裂紋擴(kuò)展速率與斷裂力學(xué)參量之間的關(guān)系來進(jìn)行計(jì)算。斷裂力學(xué)理 論認(rèn)為：零件的缺陷在循環(huán)載荷作用下會逐步擴(kuò)大，當(dāng)缺陷擴(kuò)大到臨界尺寸后將發(fā)生斷裂破壞。這個過程被稱為疲勞斷裂過程。
疲勞斷裂過程大致可分為四個階段，即成核、微觀裂紋擴(kuò)展、宏觀裂紋擴(kuò)展及斷裂。
（2）帕利斯定理及損傷零件疲勞壽命的估算損傷零件疲勞壽命的估算主要應(yīng)用帕利斯（Paris）定理。其主要內(nèi)容是：對裂紋擴(kuò)展規(guī)律的研究，斷裂力學(xué) 從研究裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)變場出發(fā)，導(dǎo)出裂紋體在受載條件下裂紋尖端附近應(yīng)力場和應(yīng)變場的特征量來進(jìn)行。這個特征量用應(yīng)力強(qiáng)度因子K表示。K值的變 化幅度也是控制裂紋擴(kuò)展速度da／dN的主要參量。在考慮材料性能參量對裂紋擴(kuò)展速度的影響后，帕利斯提出了以下裂紋擴(kuò)展速度的半經(jīng)驗(yàn)公式：
da／dN=A（△K）
式中：△K——應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度；
A、n——材料常數(shù)；
a—裂紋尺寸；
N——載荷循環(huán)次數(shù)。
由帕利斯公式得到：
兩邊進(jìn)行積分求得損傷零件疲勞壽命為：
式中 與 分別為初始裂紋尺寸與臨界裂紋尺寸。
（3）影響裂紋擴(kuò)展的因素。應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度△K是影響裂紋擴(kuò)展的主要參數(shù)。除此之外，還有很多因素對裂紋的疲勞擴(kuò)展有影響，如應(yīng)力循環(huán)特征、加載頻 率、溫度等。應(yīng)力循環(huán)特征對裂紋擴(kuò)展速度影響較大。加載頻率的影響，一般在△K值較低時(shí)，加載頻率對裂紋的疲勞擴(kuò)展速度影響很小，但當(dāng)AK值較高時(shí)，加載 頻率影響增大；裂紋擴(kuò)展速度與加載頻率成反比關(guān)系，加載頻率降低，裂紋擴(kuò)展速度增大。溫度的影響，對深埋裂紋，當(dāng)溫度低于蠕變溫度時(shí)，溫度對裂紋擴(kuò)展速度 無明顯影響；但對表面裂紋，高溫對裂紋擴(kuò)展速度影響較大，溫度越高裂紋擴(kuò)展速度越快。
九、設(shè)備故障診斷技術(shù)
（一）考試目的
通過對本部分內(nèi)容的考核，測試考生對檢測、診斷技術(shù)基礎(chǔ)知識及常用儀器設(shè)備的掌握程度，考核考生對設(shè)備故障診斷結(jié)果的認(rèn)知能力。
（二）考試基本要求
1.掌握以下內(nèi)容：
（1）描述故障的特征參量；
（2）故障診斷技術(shù)的實(shí)施過程；
（3）壓電加速度傳感器、磁電速度傳感器、渦流位移傳感器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用；
（4）常用噪聲測量傳感器（電容傳聲器、壓電傳聲器）的構(gòu)成及特點(diǎn)，聲級計(jì)的組成、作用及校準(zhǔn)；
（5）常用測溫儀器、儀表（熱電偶、熱電阻溫度計(jì)、紅外測溫儀、紅外熱像儀）的組成、特點(diǎn)及應(yīng)用；
（6）常用的裂紋無損探測方法，如目視一光學(xué)探測法、滲透探測法、磁粉探測法、射線探測法、超聲波探測法、聲發(fā)射操測法、渦流探測法等的優(yōu)、缺點(diǎn)及適用范圍。
2.熟悉以下內(nèi)容，：
（1）引起故障的原因；
（2）設(shè)備故障診斷技術(shù)的概念和分類；
（3）頻譜分析儀的組成、作用；
（4）振動及噪聲的測量方法；
（5）通過溫度測量所能發(fā)現(xiàn)的故障；
（6）常用的磨損油污染監(jiān)測方法及各監(jiān)測方法的適用范圍。
3.了解以下內(nèi)容：
（1）設(shè)備故障的定義和分類；
（2）狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的關(guān)系；
（3）振動的分類、振動的基本參數(shù)；
（4）描述噪聲的物理量及主觀量度。
（三）要點(diǎn)內(nèi)容
1.設(shè)備故障的定義和分類
設(shè)備在I作過程中，因某種原因喪失規(guī)定功能的現(xiàn)象稱為故障。
按故障發(fā)生、發(fā)展的進(jìn)程可將故障分為突發(fā)性故障和漸發(fā)性故障。突發(fā)性故障在發(fā)生之前無明顯的可察征兆，而是突然發(fā)生的，Ⅱ具有較大的破壞性。為了避免 突發(fā)性故障，需要對設(shè)備的重要部位進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。漸發(fā)性故障是由于設(shè)備中某些零件的技術(shù)指標(biāo)逐漸惡化，最終超出允許范圍（或極限，）而引發(fā)的故障。這類故 障的發(fā)生與產(chǎn)品材料的磨損、腐蝕、疲勞等密切相關(guān)，其特點(diǎn)是： （1）故障發(fā)生的時(shí)間一般在元器件有效壽命的后期。 （2）有規(guī)律性，可預(yù)防。（3）故障發(fā)生的概率與設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間有關(guān)。設(shè)備使用的時(shí)間越長，發(fā)生故障的概率越大，損壞的程度也越大。
按故障的性質(zhì)可將故障分為自然故障和人為故障。自然故障分正常自然故障和異常自然故障。正常自然故障一般具有規(guī)律性，如設(shè)備正常工作磨損引起的故障即 屬這類故障，這類故障會對設(shè)備的自然壽命產(chǎn)生影響。異常自然故障是因設(shè)計(jì)和制造不恰當(dāng)造成設(shè)備中存在某些薄弱環(huán)節(jié)而引發(fā)的故障，這類故障帶有偶然性，有時(shí) 又具有突發(fā)性。人為故障是指設(shè)備運(yùn)行中操作使用不當(dāng)或意外情況造成的故障。
2.引起故障的原因
環(huán)境因素、人為因素和時(shí)間因素都是引起設(shè)備故障的外因。環(huán)境因素包括力、能、溫度、濕度、振動、污染物等外界因素，這些因素將以各種能量形式對設(shè)備產(chǎn) 生作用，使機(jī)件發(fā)生磨損、變形、裂紋、腐蝕等各種形式的損傷，最終導(dǎo)致故障的發(fā)生。人為因素包括設(shè)計(jì)不良、質(zhì)量偏差、使用不當(dāng)?shù)??？梢姡O(shè)備在設(shè)計(jì)、制 造、使用和維修過程中，始終都包含著人為因素的作用，特別是早期故障的發(fā)生大部分可以歸因于人為因素。時(shí)間是形成故障的主要外因之一，盡管機(jī)件中存在著故 障隱患及形成故障的其他外因，如果沒有時(shí)間的延續(xù)故障也不一定發(fā)生。諸如施加應(yīng)力的先后順序、單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)力循環(huán)的次數(shù)、疲勞裂紋擴(kuò)展的速度以及負(fù)荷時(shí)間 與無負(fù)荷時(shí)間的比例都是故障誘因的時(shí)間因素。常見的磨損、變形、裂紋、腐蝕等故障機(jī)理都與時(shí)間有密切關(guān)系。
3.描述故障的特征參量
可以用直接特征參量或間接特征參量來描述故障。直接特征參量包括設(shè)備或部件的輸出參數(shù)、設(shè)備零部件的損傷量。以設(shè)備或部件輸出參數(shù)作為故障特征參量一 般難以發(fā)現(xiàn)早期故障。另外，這類故障特征參量只能用以判斷設(shè)備工作能力的強(qiáng)弱，只表明有無故障，而無法判斷故障部位、故障形式及故障原因。引起設(shè)備故障的 各種損傷量，如變形量、磨損量、裂紋大小、銹蝕程度等都是判斷設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的特征參量。這類特征參量都是引起故障的直接原因，它們不僅可以表示故障的存 在、原因、部位，而且其數(shù)量值可以表示故障的嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢。用設(shè)備零部件的損傷量判斷設(shè)備故障，通常是在故障診斷的第二階段進(jìn)行，即在檢測了設(shè)備輸 出參數(shù)或其他故障信息以后，認(rèn)為有必要進(jìn)一步查明設(shè)備工作能力降低或故障發(fā)生的直接原因時(shí)，才進(jìn)行損傷量的測量。
間接特征參量即二次效應(yīng)參數(shù)，主要有設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的振動、聲音、溫度、電量等等。作為故障信號的二次效應(yīng)參數(shù)比較多，而且對于不同的故障和頻 率范圍，二次效應(yīng)參數(shù)與故障判斷之間的靈敏度和有效性也不完全相同。因而在故障診斷中，就存在一個合理選擇特征參量的問題。用間接特征參量進(jìn)行故障診斷韻 主要優(yōu)點(diǎn)是可以在設(shè)備運(yùn)行中以及不作任何拆卸的條件下進(jìn)行診斷。其缺點(diǎn)是間接特征參量與故障間常存在某種隨機(jī)性。
4.設(shè)備故障診斷技術(shù)的概念、分類
設(shè)備故障診斷技術(shù)是指測取設(shè)備在運(yùn)行中或相對靜止條件下的狀態(tài)信息，對所測信號進(jìn)行處理和分析，并結(jié)合設(shè)備的歷史狀況，定量識別設(shè)備及其零、部件的實(shí)時(shí)技術(shù)狀態(tài)，預(yù)知有關(guān)異常、故障和預(yù)測未來技術(shù)狀態(tài)，從而確定必要對策的技術(shù)。
可以按不同的方法對故障診斷技術(shù)進(jìn)行分類：
（1）按診斷目的、要求和條件的不同可以把故障診斷技術(shù)分為：
①功能診斷和運(yùn)行診斷。功能診斷是指對新安裝或剛維修設(shè)備及部件的運(yùn)行工況和功能進(jìn)行檢測和判斷，并根據(jù)檢測與判斷的結(jié)果對其進(jìn)行調(diào)整。而運(yùn)行診斷是指對正在運(yùn)行中的設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，以便對異常的發(fā)生和發(fā)展進(jìn)行早期診斷。
②定期診斷和連續(xù)診斷。定期診斷是指間隔一定時(shí)間對服役中的設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行一次常規(guī)的檢查和診斷。而連續(xù)監(jiān)測則是采用儀器儀表和計(jì)算機(jī)信號處理系統(tǒng)對設(shè)備或系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視和檢測?！、壑苯釉\斷和間接診斷。直接診斷是指直接根據(jù)關(guān)鍵零部件的狀態(tài)信息來確定其所處的狀態(tài)的一種診斷。直接診斷迅速可靠，但往往受到機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作條件的 限制而無法實(shí)現(xiàn)。間接診斷是指通過設(shè)備運(yùn)行中的二次診斷信息來間接判斷關(guān)鍵零部件的狀態(tài)變化。在間接診斷中往往會出現(xiàn)偽警或漏檢的情況。
④在線診斷和離線診斷。在線診斷是指對現(xiàn)場正在運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行的自動實(shí)時(shí)診斷。而離線診斷則是通過磁帶記錄僅將現(xiàn)場測量的狀態(tài)信號記錄下來，帶回實(shí)驗(yàn)室后再結(jié)合診斷對象的歷史檔案進(jìn)行進(jìn)一步的分析診斷，或通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的診斷。
⑤常規(guī)診斷和特殊診斷。常規(guī)診斷是指在設(shè)備正常服役條件下進(jìn)行的診斷。信號在常規(guī)診斷中采集不到時(shí)，就要考慮采用特殊診斷。
⑥簡易診斷和精密診斷。簡易診斷一般由現(xiàn)場作業(yè)人員憑著聽、摸、看、聞或借助便攜式簡單診斷儀器對設(shè)備進(jìn)行人工監(jiān)測、判斷設(shè)備是否出現(xiàn)故障。精密診斷 由精密診斷專家借助先進(jìn)的傳感器、精密診斷儀器和各種先進(jìn)分析手段實(shí)施的診斷。通過檢測、分析，確定故障類型、程度、部位和產(chǎn)生故障的原因，了解故障的發(fā) 展趨勢。
（2）按診斷的物理參數(shù)對診斷技術(shù)進(jìn)行分類，可將診斷技術(shù)分為振動診斷技術(shù)、聲學(xué)診斷技術(shù)、溫度診斷技術(shù)、污染診斷技術(shù)、無損診斷技術(shù)、壓力診斷技術(shù)、強(qiáng)度診斷技術(shù)、電參數(shù)診斷技術(shù)、趨向診斷技術(shù)、綜合診斷技術(shù)等。
（3）按診斷的直接對象對診斷技術(shù)進(jìn)行分類，可將診斷技術(shù)分為機(jī)械零件診斷技術(shù)、液壓系統(tǒng)診斷技術(shù)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷技術(shù)、往復(fù)機(jī)械診斷技術(shù)、工程結(jié)構(gòu)診斷技術(shù)、工藝流程診斷技術(shù)、生產(chǎn)系統(tǒng)診斷技術(shù)、電器設(shè)備診斷技術(shù)等。
5.設(shè)備故障診斷技術(shù)的實(shí)施過程
設(shè)備故障診斷技術(shù)的實(shí)施過程分為狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷和治理預(yù)防三個階段。
狀態(tài)監(jiān)測指通過傳感器采集設(shè)備在運(yùn)行中的各種信息，將其變?yōu)殡娦盘?，再將獲取的信號輸入到信號處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，以便得到能反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)。如何將征兆信號提取出來，獲得診斷決策的可靠依據(jù)是信號處理系統(tǒng)完成的一項(xiàng)重要工作。
分析診斷包括狀態(tài)識別和診斷決策，即根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測得到的能反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的征兆（或特征參數(shù)）的變化情況，或?qū)⒄髡祝ɑ蛱卣鲄?shù)）與某故障狀態(tài)參數(shù) （模式）進(jìn)行比較，來識別設(shè)備是否存在故障，判斷故障的性質(zhì)和程度及產(chǎn)生的原因、發(fā)生的部位，并預(yù)測設(shè)備的性能和故障發(fā)展趨勢。
治理預(yù)防是指根據(jù)分析診斷得出的結(jié)論來確定治理修正和預(yù)防的辦法，包括調(diào)度、改變操作、更換、停機(jī)檢修等。如果認(rèn)定設(shè)備尚可繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，那么需對故障的發(fā)展情況作重點(diǎn)監(jiān)視或巡回監(jiān)視，以保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性。
6.狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的關(guān)系
狀態(tài)監(jiān)測是故障診斷韻基礎(chǔ)和前提，沒有監(jiān)測就談不上診斷；故障診斷是對監(jiān)測結(jié)果的進(jìn)一步分析和處理，診斷是目的。設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷既有聯(lián)·系又有區(qū)別，有時(shí)為了方便，統(tǒng)稱為設(shè)備故障診斷。
7.振動的分類、振動的基本參數(shù)
振動分為確定性振動和隨機(jī)振動，確定性振動又分為周期振動和非周期振動，周期振動又進(jìn)一步分為簡諧周期振動和復(fù)雜周期振動，非周期振動也進(jìn)一步分為準(zhǔn)周期振動和瞬態(tài)振動。
振動的基本參數(shù)包括振幅、頻率和相位。振動完全可以通過這三個參數(shù)加以描述。
8.壓電加速度傳感器、磁電速度傳感器、渦流位移傳感器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用
振動加速度信號通常采用壓電加速度傳感器（壓電加速度計(jì)）提取。壓電加速度計(jì)是基于壓電晶體的壓電效應(yīng)工作的，有多種結(jié)構(gòu)形式，如正置壓縮型、倒置壓 縮型、環(huán)形剪切型、三角形剪切型等。不管是哪一種結(jié)構(gòu)的加速度計(jì)，均包括壓緊彈簧、質(zhì)量塊、壓電晶片和基座等部分。振動加速度計(jì)屬于能量轉(zhuǎn)換型傳感器?？?測頻率范圍寬（0.1Hz-20kHz，靈敏度高而且穩(wěn)定，有比較理想的線性。這種傳感器體積小，重量輕，可以安裝在任何方位，而且無移動元件，不易造成磨損。值得注意的是，壓電式加速度計(jì)使用的上限頻率隨其固定方式而變。
振動速度信號通常采用磁電速度傳感器提取。磁電速度傳感器是基于電磁感應(yīng)原理工作的。磁電式速度傳感器為慣性速度傳感器，當(dāng)傳感器隨被測系統(tǒng)振動時(shí)， 傳感器線圈與磁場之間產(chǎn)生相對運(yùn)動，切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而輸出與振動速度成正比的電壓。磁電式速度傳感器也是能量轉(zhuǎn)換型傳感器，工作時(shí)不需要 電源，輸出信號可以不經(jīng)過變換放大即可遠(yuǎn)距離傳送，使用方便。但這種傳感器中存在著機(jī)械運(yùn)動部件，它與被測系統(tǒng)同頻率振動，由于其疲勞極限使傳感器壽命比 較短。因此，在長期連續(xù)測量中應(yīng)該考慮傳感器的壽命。
振動位移信號通常采用渦流位移傳感器提取。它基于金屬體在交變磁場中的電渦流效應(yīng)工作。是一種非接觸式的相對測振傳感器，能方便地測量運(yùn)動部件與靜止 部件間韻間隙變化，它將傳感器頂端與被測對象表面之間：間隙的變化轉(zhuǎn)換成與之成正比的電信號。電渦流位移傳感器屬于能量控制型傳感器，它必須借助于電源才 能將振動位移轉(zhuǎn)換為電信號。這種傳感器具有線性范圍寬、靈敏度高、頻率范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)影響以及非接觸測量等特點(diǎn)。不僅能測量一些旋 轉(zhuǎn)軸系的振動、軸向位移，還能測量轉(zhuǎn)數(shù)。
9.頻譜分析儀的組成、作用
頻譜分析儀一般由前置放大器、抗混淆濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、高速數(shù)據(jù)處理器及外圍設(shè)備等組成。
需要進(jìn)一步查明異常振動的原因和位置，就要對振動信號進(jìn)行頻譜分析。頻譜分析常由頻譜分析儀（又稱動態(tài)分析儀）來完成。
10.描述噪聲的物理量及主觀度量
引起聽覺的可聽聲頻率在20—20000Hz之間，但在此范圍內(nèi)的某一聲波可以有不同的聲壓或聲強(qiáng)。在聲學(xué)中采用成倍比的對數(shù)標(biāo)度，即用“級”來度量聲壓和聲強(qiáng)，并稱為聲壓級、聲強(qiáng)級，此外還有聲功率級。
聲波的聲壓級是聲波的聲壓與基準(zhǔn)聲壓之比以10為底的對數(shù)的20倍。
聲波的聲強(qiáng)級是聲波的聲強(qiáng)與基準(zhǔn)聲強(qiáng)之比以10為底的對數(shù)的10倍。
聲波的聲功率級是聲波的功率與基準(zhǔn)功率之比以10為底的對數(shù)的10倍。聲功率根據(jù)測量的聲壓級換算得到。
進(jìn)行噪聲測量時(shí)，也可以用人的主觀感覺進(jìn)行度量，如響度級。響度是人耳對聲音強(qiáng)弱產(chǎn)生的主觀感覺。要確定某聲音的響度，選用頻率為1000Hz的純音 作為標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)1000Hz純音的聲壓級，使它和所要確定的聲音聽起來有同樣的響度，則該聲音的響度級值就等于這個純音的聲壓級（dB）值，單位為方 （Phon）。例如，噪聲聽起來與頻率為10001-Iz的聲壓級為80dB的基準(zhǔn)純音一樣響，則該噪聲的響度級即為80方。
11.常用噪聲測量傳感器（電容傳聲器、壓電傳聲器）的構(gòu)成及特點(diǎn)
傳聲器的作用如同人的耳膜，由它將聲能（聲信號）轉(zhuǎn)換成電能（電信號）。其轉(zhuǎn)換過程是：首先由接受器將聲能轉(zhuǎn)換成執(zhí)械能，然后由機(jī)電轉(zhuǎn)換器把機(jī)械能轉(zhuǎn) 換成電能。通常用膜片作為接受器來感受聲壓，將聲壓的變化變成膜片的振動。根據(jù)膜片感受聲壓情況的不同，傳聲器可分為三類：壓強(qiáng)式傳聲器，其膜片，的一面 感受聲壓；壓差式傳聲器，其膜片的兩面均感受聲壓，引起膜片振動的力取決于膜片兩面壓差的大??；壓強(qiáng)和壓差組合式傳聲器。在噪聲測量中常用壓強(qiáng)式傳聲器。
電容式傳聲器利用電場耦合方式將膜片的振動轉(zhuǎn)換成電量。電容傳聲器的基本結(jié)構(gòu)是一個電容器，它主要由感受聲壓的膜片和與其平行的金屬后極板（背板）組 成。膜片和后極板在電氣上絕緣，構(gòu)成一個以空氣為介質(zhì)的電容器的兩個極。測量時(shí)，在兩電極間加直流電壓，即極化電壓。在極化電壓、負(fù)載不變的情況下，輸出 交變電壓的大小和波形由作用在膜片上的聲壓決定。電容傳聲墨屬于能量控制型傳感器。電容傳聲器靈敏度高，動態(tài)范圍寬；輸出特性穩(wěn)定，對周圍環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，在—50C ~~ +150C 的溫度范圍內(nèi)和0%—100%的相對濕度下，性能變化??；電容傳聲器的外形尺寸也比較小。電容式傳聲器常與精密、標(biāo)準(zhǔn)
聲級計(jì)聯(lián)用。
壓電傳聲器由具有壓電效應(yīng)的晶體來完成聲電轉(zhuǎn)換，它通過聲壓使晶體切片兩側(cè)產(chǎn)生電量相等的異性電荷，形成電位差。屬于能量轉(zhuǎn)換型傳感器。壓電傳聲器具 有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，輸出阻抗低，電容量大（可達(dá)1000pF），靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)。但性能受溫度、濕度影響較大。壓電傳聲器一般與普通聲級計(jì)聯(lián)用。
12.聲級計(jì)的組成、作用及校準(zhǔn)
聲級計(jì)是噪聲測量中使用最廣泛的儀器。它不僅能測量聲級，還能與多種輔助儀器配合進(jìn)行頻譜分析、記錄噪聲的時(shí)間特性和測量振動等。聲級計(jì)由傳聲器、衰 減（放大）器、計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、均方根值檢波器、指示表頭等組成。被測的聲壓信號通過傳聲器轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號經(jīng)衰減器、放大器以及相應(yīng)的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、外 接濾波器，或者輸入記錄儀器，或者經(jīng)過均方根值檢波器直接推動以分貝標(biāo)定的指示表頭。計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是基于等響曲線設(shè)計(jì)出的濾波線路，不同的濾波線路對不同頻率 的聲音信號實(shí)行不同程度的衰減，使得儀器的讀數(shù)能近似地表達(dá)人對聲音的響應(yīng)。聲級計(jì)中常用A、B、C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)效仿100方等響曲線，在整個可 聽頻率范圍內(nèi)有近乎干直的特性。它讓所有頻率的可聽聲程度近乎一樣地通過，因此它代表總聲級。B計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)效仿70方等響曲線，它使通過的聲音的低頻段有一 定的衰減。A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)效仿奶方等響曲線，它使通過的聲音的低頻段有更大的衰減，該計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)較好地模仿了人耳對低頻段（500Hz以下）不敏感，而對于 1000—50OOHz聲音敏感的特點(diǎn)?？筛鶕?jù)需要選擇計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，以完成聲壓級L和A、B、C三種計(jì)權(quán)聲級的測定。
使用聲級計(jì)時(shí)，每次測量開始和結(jié)束都應(yīng)該校準(zhǔn)，兩次差值不應(yīng)大于1dB。常用的校準(zhǔn)方法有活塞發(fā)生器校準(zhǔn)法、揚(yáng)聲器校準(zhǔn)法、互易校準(zhǔn)法、靜電激勵校準(zhǔn)法、置換法等。
13.振動及噪聲的測量方法
一般情況下，采用振動分析法進(jìn)行故障診斷總是先以振動總值法來判別異常振動。這是一種最直接的方法，把傳感器放在設(shè)備應(yīng)測量的部位，測量其振動速度。 將測得振動速度的均方根值以表格或圖樣表示其趨向，對照“異常振動判斷基準(zhǔn)”，判別實(shí)際測量值是否超過界限或極限規(guī)定值，以評價(jià)設(shè)備工作狀態(tài)的正常與否。
采用測振儀進(jìn)行振動總值的檢測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)振動總值有較快增大，并有接近或超出允許界限值的趨向時(shí)，需要進(jìn)一步采用頻率分析法進(jìn)行診斷。采用頻譜分析 儀對實(shí)測振動信號進(jìn)行頻率分析，做出頻譜圖，與其正常譜圖（或稱原始譜）進(jìn)行比較，尋找振源，診斷出故障部位和嚴(yán)重程度。還可由頻譜圖上出現(xiàn)新的譜線，查 出設(shè)備是否發(fā)生了新的故障。
對滾動軸承的磨損和損傷進(jìn)行診斷可采用專門的振動脈沖測量法。
設(shè)備中運(yùn)動著的零部件都可能產(chǎn)生振動，發(fā)出聲波。這些不同聲強(qiáng)、不同頻率的聲波無規(guī)律地混合便形成噪聲。噪聲是設(shè)備的固有信息，當(dāng)描述其特性的特征參 數(shù)發(fā)生變化，并越過一定的范圍，便可判斷可能發(fā)生了故障。因此，可以根據(jù)噪聲信號的特征量制定一定限值作為有無故障的標(biāo)準(zhǔn)，來判斷是否發(fā)生了故障。但要識 別故障的性質(zhì)，確定故障的部位及故障程度，就需對提取的噪聲信號作頻譜分析。
利用噪聲（或振動）信號特征參數(shù)的變異及其程度進(jìn)行故障判斷有三種標(biāo)準(zhǔn)，即絕對標(biāo)準(zhǔn)、相對標(biāo)準(zhǔn)和類比標(biāo)準(zhǔn)。在絕對標(biāo)準(zhǔn)中，利用測取的噪聲信號的特征量 值與標(biāo)準(zhǔn)特征量值進(jìn)行比較；在相對標(biāo)準(zhǔn)中，利用測取的噪聲信號的特征量值與正常運(yùn)行時(shí)的特征量值進(jìn)行比較；在類比標(biāo)準(zhǔn)中，利用同類設(shè)備在相同工況條件下的 噪聲信號的特征量值進(jìn)行比較。
14.常用測溫儀器、儀表（熱電偶、熱電阻溫度計(jì)、紅外測溫儀器、紅外熱像儀）的組成、特點(diǎn)及應(yīng)用 熱電偶是基于熱電效應(yīng)進(jìn)行測量的，-由兩根不同材料的導(dǎo)體焊接而成。它的熱電動勢與熱電偶材料、兩端溫度T、l有關(guān)，與熱電極長度、直徑無關(guān)。在冷端 溫度To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)。熱電偶與后續(xù)僅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。具有精度高，測量范圍寬，便于遠(yuǎn)距離和多點(diǎn)測量等優(yōu)點(diǎn)。
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。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶多用 在一些特殊場合。實(shí)際使用的熱電偶有普通熱電偶、鎧裝熱電偶和薄膜熱電偶等。鎧裝熱電偶是特殊結(jié)構(gòu)熱電偶，可以做得很細(xì)、很長，能夠彎曲。薄摸熱電偶是由 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。
在設(shè)備的溫度測量中，還經(jīng)常使用熱電阻溫度計(jì)。熱電阻溫度計(jì)是利用材料電阻率隨溫度而變化的特性進(jìn)行測量的，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(jì)和半導(dǎo)體熱電阻溫度計(jì)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型結(jié)構(gòu)基本 相同。鎧裝熱電阻的主要特點(diǎn)是體積小，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（珠狀外型尺寸僅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。
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。紅外測溫儀器的核心是紅外探測器，它能把入射 的紅外輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌跈z測的電能。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。兩種探測器在靈敏度、響應(yīng)速度、是否需要制 冷、使用是否方便等方面各不相同。紅外測溫儀器還必須包括紅外光學(xué)系統(tǒng)，用于匯聚被測對象的輻射通量，并將其傳輸?shù)郊t外探測器上。紅外光學(xué)系統(tǒng)與探測器一 起決定該儀器的現(xiàn)場和空間分辨率。實(shí)際應(yīng)用中有反射式、折射式和折一反射式等不同類型的光學(xué)系統(tǒng)供選用。
除了紅外探測器和光學(xué)系統(tǒng)外，紅外測溫儀器還應(yīng)包括信號處理系統(tǒng)（用以將電信號放大、處理成可記錄的信號）和顯示系統(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）。
用于紅外測溫的儀器有很多種，比較常用的有紅外測溫儀和紅外熱像儀。紅外測溫儀是紅外測溫儀器中最簡單的一種，用途廣泛，價(jià)格低廉，用于測量物體“點(diǎn)”的溫度。有多種紅外測溫儀供選用，它們各有其自己的應(yīng)用范圍和特點(diǎn)。
紅外熱像儀和紅外熱電視是目前使用的兩類熱成像系統(tǒng)。其中紅外熱像儀（光機(jī)掃描熱像儀）由光學(xué)與掃描系統(tǒng)、紅外探測器、視頻信號處理系統(tǒng)、顯示器等部 分組成。被測對象的紅外輻射經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)匯聚、濾波，聚焦到紅外探測器上，其間由光學(xué)一機(jī)械掃描系統(tǒng)將被測對象觀測滿面上各點(diǎn)的紅外輻射通量按時(shí)間順序排 列，經(jīng)紅外探測器變成電脈沖，通過視頻信號處理送到顯示器顯示出物體表面或近表面的熱像圖。熱像圖中包含了被測物體的熱狀態(tài)信息，因而通過熱像圖的觀察和 分析，可以獲得物體表面或近表面層的溫度分布及其所處的熱狀態(tài)。這種測溫方法簡便、直觀、精確、有效，且不受測溫對象的限制。
只有光電探測元件致冷到很低的溫度才能降低熱噪聲，屏蔽背景噪聲，提高光電探測器的信噪比和探測率，得到較短的響應(yīng)時(shí)間，因此要對探測器進(jìn)行超低溫致冷。
15.溫度測量所能發(fā)現(xiàn)的故障
通過溫度測量不僅可以檢查工藝過程中的溫度變化，還可以掌握機(jī)件的受熱狀況。通過溫度測量所能發(fā)現(xiàn)的常見故障可歸納如下：
通過溫度測量可以發(fā)現(xiàn)軸承損壞，液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和燃油系統(tǒng)等流體系統(tǒng)故障，內(nèi)燃機(jī)、加熱爐等燃燒不正常引起的發(fā)熱量異常；污染物質(zhì)積聚 （如管道內(nèi)有水垢，鍋爐或煙道內(nèi)結(jié)灰渣、積聚腐蝕性污染物等），保溫材料損壞，電器元件損壞（如電氣元件接觸不良，整流管、晶閘管等器件存在損傷，高壓輸 電線的電纜、接頭、絕緣子、電容器、變壓器以及輸變電網(wǎng)的電氣元件和設(shè)備的損壞），非金屬部件缺陷，機(jī)件內(nèi)部缺陷。還可進(jìn)行裂紋探測（檢查裂紋及其發(fā)展過 程，確定機(jī)件在使用中表面或近表面的裂紋及其位置等）。