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红外测温技术在民航客机维修中的应用研究

 庞工随手记 2023-07-07 发布于山东

摘要





摘要:本文从红外辐射原理出发分析了红外测温的工作原理,从发射率、测量距离、环境等因素探讨了测温误差的原因,以及基于红外测温技术的测温仪和热像仪的简单概述,并在分析目前民航客机维修中一些测温难点问题的基础上,探究和分析了红外测温技术在民航客机维修中的应用。
关键词:红外、红外测温、民航维修
Abstract: in this paper, starting from the principle of infrared radiation is analyzed the working principle of infrared measuring temperature, the emissivity, measuring distance, environmental factors, such as, to explore the causes of the temperature measurement error and the temperature measuring instrument based on infrared temperature measurement technology and simple overview of the thermal imager, and based on the analysis of the civil aircraft maintenance, on the basis of some temperature measurement in the difficult problem, to explore and analyze the infrared temperature measurement technology in the application of the civil aircraft maintenance.
Keywords:Infrared, infrared temperature measurement, civil aviation maintenance








红外测温技术





01


红外测温的工作原理和特点

1.1黑子辐射与红外测温原理
一切温度高于绝对零度的物体都在不停的向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的表面温度有着十分紧密的关系。因此,通过对物体自身辐射的红外能量的测量,便能准确地测定它的表面温度,这就是红外测温依据的客观基础。
黑体辐射定律:黑体是一种理想的辐射体,它吸收所有波长的辐射能量,没有能量的反射和透过,其表面的发射率为1,其他物质的反射系数小于1,称为灰体。特别指出,自然界中并不存在真正的黑体,但是为了研究清楚红外辐射的分布规律,在理论研究中必须选择理想的合适模型,这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型,从而推导出普朗克黑体辐射的定律,即以波长表示的黑体光谱辐射度,这是一切红外辐射理论的基础,故称黑子辐射定律。
1.2红外测温的特点
非接触式测量,测温范围广,响应时间快,灵敏度高。由于受测对象的发射率影响,红外测量的表面温度,而不是被测对象的真实温度。

02


红外测温仪的系统组成

红外测温采用逐点分析的方式,即把物体一个局部区域的热辐射聚集在单个的探测器上,并通过已知物体的发射率,将辐射功率转化为温度。由于被检测的对象、测量范围和使用场所不同,红外测温仪的外观设计和内部结构不尽相同,但基本的结构大致相似,主要包括光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理和显示输出等部分组成。

辐射体发出的红外辐射,进入光学系统,经调制器把红外辐射调制成交变辐射,由探测器转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路,并按照设定的算法和目标发射率矫正好抓变为被测目标的温度值进行显示和输出。系统简图如下:




红外测温技术在民航客机维修中的实例





01


发动机孔探

飞机发动机是整架飞机的重要部件,是心脏,发动机的安全直接决定了飞机的安全。民航飞机发动机厂家GE、RR、PW、CFM……,在飞机发动机安全方面从设计、材料和工艺等方面严格控制和把关。飞机发动机在服役期间会有很多的方式和手段监控发动机的运行状态,常见的有温度监控、震动监控、滑油分析、孔探检查。其中孔探检查也是飞机发动机控制方面最直观,也是最重要的检查手段之一。

然而,随着机队的不断壮大,孔探的工作量也越来越大,尤其非例行孔探工作对时限的要求有比较严格。民航界的孔探专家们估计都遇到过在孔探过程中因超温触发警告的情况。超温无论对探头还是其他探测元件都有损伤,有些甚至是不可逆的。一旦孔探设备损伤,维修费用轻者几千,重着十几万。如何正确评估发动机核心部件的温度进而做到孔探不超温,这是摆在我们面前的问题。目前通用的方法是监控EGT温度,配合用手触摸核心机匣。首先,EGT温度无法真实反映燃烧室的实际温度;其次,用手触摸的感受会因人而异。

随着红外测温技术的不断完善,很多领域都用上了红外测温技术,例如:电力、冶金、玻璃塑料制造、粮食加工、食品加工等。

从理论上来说,民航孔探领域也可利用红外测温技术解决目前孔探超温的难题。举例说明:我们以孔探检查高压涡轮导向器为例。首相我们可以利用红外测温仪激光定点技术精确测量燃烧室内部温度,实施高效准确;另外,我们还可以测量燃烧室或高压涡轮机匣温度形成经验数据,进而确定高压涡轮温度。

02


引气渗漏探测 

A320FAM家族飞机引气渗漏故障具有多发性、重复性、复杂性,根据有关部门的统计,这个系统的故障占到故障总数的1/4左右,有些渗漏故障的触发,飞机不能放行必须停场排故,给公司的正常运行也造成不小的影响。为了乘客 乘坐的舒服性,维修人员要花费大量的时间经历维护和排除飞机引气系统故障。然而,气体渗漏不像水或油渗漏一样一眼就能看出来,气体形影无踪,随处可在。尤其在发动机吊架短舱、空调舱、大翼等复杂区域,查漏更是难上加难。

从理论上说,红外测温技术就可以解决这个问题。飞机系统的高温引气一旦渗漏,附近的部件或者环境温度就会快速上升,明显大于其他区域。我们只需要对可疑的渗漏区域分别使用定测或面测的方式进行测温,就可以快速找到渗漏点,大大提高排故的工作效率。如果条件成熟的话,使用红外成像仪会更加直观便捷。

03


飞机部件温度异常检测

飞机上成千上万的部件都是在一定温度范围内正常工作的,一旦超过了温度的门槛值有些部件将进行保护,有些部件将会烧掉。这类部件主要有继电器、变压器、断路器、互感器、旋转电机等。飞机上的这些部件是不带监控元件的,也就是说一旦这些部件出现了损坏,系统是不会直接报出部件故障的,而是会触发系统子系统或线路警告信息。在拆除此类故障时难度也非常的。举例说明:旋转部件液压系统电动泵,在一定的温度下正常工作,一旦散热风扇故障,空中长时间工作便会触发过热警告,然而在地面排故时,无论测试泵操作还是测量泵线路都正常,唯一的隐形表征便是泵本体的温度异常。再比如,电器元件继电器,继电器在通电的情况下,电流流过会产生热量,热量在密闭的狭小空间只能通过壳体向外辐射;一但继电器故障,触电断开,不再产生热量,对外的热辐射便会大副降低。

从理论上讲,红外测温技术便可以解决这类难题,排故时,我们只需对可疑故障件进行精准测温,对比正常部件的经验值便可以初步判断出故障件。





结论





红外测温技术是一种在线监测(不停电)式高科技检测技术,它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身,通过接收物体发出的红外线(红外辐射),将其温度显示在屏幕上或热像显示在荧光屏上,从而准确判断物体表面的温度分布情况,具有准确、实时、快速等优点。

目前红外测温技术无处不在,渗透到各个领域,然而作为民航飞机维修领域还并没有大力普及。随着目前机队的不断加大,民航维修行业精准精益化维修的整体要求,红外测温技术在民航飞机维修上的普及迫在眉睫。





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