一、紅外輻射測溫儀的原理和應(yīng)用簡介
從理論上講，自然界中任何物體溫度高于絕對零度0K（-273.16℃），都會在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。該物體紅外輻射能量的大小，主要取決于其表面溫度的高低，因此，通過檢測某物體輻射的紅外能量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度。
紅外測溫儀主要由光學(xué)成像掃描系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。工作原理如下：光學(xué)成像掃描系統(tǒng)可將視場內(nèi)目標(biāo)物體紅外輻射能量進(jìn)行匯集，經(jīng)聚焦后的紅外輻射能量落在光電探測器上并被轉(zhuǎn)變成電信號，該電信號經(jīng)過放大器和信號處理電路，并經(jīng)過一系列信號運算處理和發(fā)射率校正后，即可顯示被測目標(biāo)的溫度值。
1、常用的紅外輻射測溫儀有兩種
?。?）單色測溫儀：單色測溫儀與波段內(nèi)的輻射量成比例。
?。?）雙色測溫儀：雙色測溫儀與兩個波段的輻射量之比成比例。
2、紅外線測溫儀通常的用途
（1）可快速檢測人體表面溫度的紅外線測溫儀。
?。?）可快速檢測工業(yè)儀器、設(shè)施、設(shè)備表面溫度的紅外測溫儀。
?。?）可快速檢測遠(yuǎn)距離外各種動物體表溫度的紅外測溫儀。
3、紅外測溫儀的優(yōu)點
?。?）便捷：可快速測量溫度，可以讀取所有連接點的溫度，另外紅外測溫儀堅實、輕巧、便于攜帶。
?。?）精確：通常精度都是1℃以內(nèi)，可快速準(zhǔn)確地探測出溫度的微小變化。
?。?）安全：能夠安全地非接觸地讀取難以接近的或不可到達(dá)的目標(biāo)溫度，可以在儀器允許的范圍內(nèi)讀取目標(biāo)溫度。
4、使用紅外測溫儀注意事項
?。?）紅外測溫儀只能測量物體表面溫度，不能測量物體內(nèi)部溫度。
?。?）不能透過石英玻璃進(jìn)行測溫，玻璃有很特殊的反射和透過特性。對于表面光亮的或拋光的金屬物體，如不銹鋼、鋁等，測量精度也不準(zhǔn)確。
?。?）要盡量縮短測量距離，防止信號衰減。測溫儀直接瞄準(zhǔn)目標(biāo)，然后對目標(biāo)上下掃描，直至確定熱點。
?。?）避免蒸汽、塵土、煙霧等環(huán)境因素對測溫儀光學(xué)系統(tǒng)造成影響，降低測量精度。
?。?）注意消除環(huán)境溫度影響，如果測溫儀突然暴露在環(huán)境溫差為20℃或更高的情況下，允許儀器在20分鐘內(nèi)調(diào)節(jié)到新的環(huán)境溫度。
二、飛機發(fā)動機/APU引氣管路滲漏故障的檢測
飛機的發(fā)動機或者APU引氣可用于空調(diào)系統(tǒng)、除防冰系統(tǒng)、真空馬桶以及液壓油箱增壓等，一般而言，用于空調(diào)組件的引氣壓力可達(dá)到40PSI左右，溫度也可以達(dá)到260℃左右，如果引氣管路發(fā)生滲漏的情況，這種高溫高壓引氣會對其周圍的部件和區(qū)域造成破壞，危險性很大。
下面以E145飛機發(fā)動機引氣管路滲漏故障為例，介紹使用紅外測溫儀檢查引氣管路滲漏的工作方法。
1、故障報告
飛機在空中或者地面上時，當(dāng)接通空調(diào)組件工作一段時間后，在飛機中央儀表盤的CAS區(qū)（CrewAdvisorySystem）出現(xiàn)1#或2#引氣滲漏（BLEED1/2LEAK）的故障信息。這種故障是145飛機的多發(fā)故障，在天氣炎熱氣候下出現(xiàn)的相當(dāng)頻繁。
2、排故過程
在本公司E145飛機運行的前幾年里，對于BLEED1/2LEAK的故障，機務(wù)人員主要根據(jù)FIM（FaultIsolationManual）進(jìn)行故障隔離，F(xiàn)IM提供的主要排故步驟如下：
（1）按照AMM手冊進(jìn)行引氣系統(tǒng)操作測試程序，接通外部高壓氮氣對管路的密封性進(jìn)行檢測，以驗證故障現(xiàn)象，判斷故障是否間歇性出現(xiàn)。這個測試需要比較復(fù)雜的設(shè)備，花費時間也很長，必須在主維修基地才能完成。
?。?）使用熱風(fēng)槍和溫度計對所有的管路接口區(qū)域的超溫探測電門進(jìn)行檢查，操作方式如下圖。E145飛機左側(cè)發(fā)動機引氣管路上有17個超溫探測電門，右側(cè)發(fā)動機引氣管路上有14個超溫探測電門，逐一對所有的電門進(jìn)行檢測，檢查范圍大，需較長時間停場排故，工作難度很高，準(zhǔn)確性也很差。
?。?）如果沒有發(fā)現(xiàn)超溫電門的問題，再對相關(guān)的線路狀況進(jìn)行檢查，這個檢查主要依靠三用表進(jìn)行，這個工作很復(fù)雜，通過量線的實際排故效果很差。
?。?）在完成以上的檢測工作后，對各段引氣管路接口進(jìn)行滲漏檢查。在初期排故時，需要發(fā)動機運轉(zhuǎn)并接通空調(diào)組件引氣，主要依靠目視檢查和手感等常規(guī)方式查找漏氣點，由于泄露的引氣溫度很高，有時可以達(dá)到150℃以上，存在相當(dāng)大的危險性。另外，對于超溫電門的臨界溫度91℃左右，使用目視或者手感的方式，缺乏準(zhǔn)確性。最后在采用紅外測溫儀進(jìn)行溫度檢測后，才徹底解決這個問題。
在初期的排故中，完全參照FIM手冊進(jìn)行故障隔離，注意力容易被引導(dǎo)至管路功能測試、超溫電門和線路檢測等工作上，不僅需要投入大量的費用和人力，造成飛機長時間停場，而且基本上都不能一次性徹底排除故障，致使這個故障多次重復(fù)出現(xiàn)。經(jīng)過認(rèn)真總結(jié)和分析后，我們對排故步驟進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并結(jié)合使用紅外測溫儀來測量管路接頭處漏氣溫度的方法，取得良好的效果，主要操作步驟的調(diào)整情況如下：
?。?）首先進(jìn)行故障模擬和檢查，只需要使用APU引氣，在空調(diào)組件通氣十分鐘以后即可對管接頭進(jìn)行溫度檢測。
（2）然后用紅外測溫儀對相應(yīng)的引氣管路接頭，逐個進(jìn)行溫度檢測；
?。?）如沒有檢測到引氣滲漏，再依次進(jìn)行探測電門和線路的故障隔離；
經(jīng)過許多次排故驗證，使用紅外測溫儀檢測管路接頭的溫度，可以安全、快速、準(zhǔn)確地檢測管路接口是否存在超溫的情況，既節(jié)省大量的人力和停場時間，又可提高檢測漏氣點的準(zhǔn)確性，達(dá)到100%。
3、故障分析
E145飛機發(fā)動機和APU安裝在飛機尾部，左、右空調(diào)系統(tǒng)組件安裝在機身中部，左、右兩空調(diào)組件引氣管路是一段很長的管路，分別由十幾段各種形狀的管路連接而成。
大部分的管路接口里安裝2個橡膠封圈（少部分接口使用金屬卡箍），起封嚴(yán)密封的作用，用于防止引氣滲漏。在高溫高壓引氣的作用下，加上不規(guī)范施工因素的不良影響，這種封圈很容易扭曲變形，造成引氣滲漏的情況，而這種滲漏沒有得到及時的排除，長期下來會造成該接頭的封圈被高溫高壓引氣吹斷的情況，導(dǎo)致引氣嚴(yán)重泄漏。
在每個管路接口旁邊都安裝有一個熱電偶式超溫探測電門，當(dāng)溫度達(dá)到觸發(fā)門檻值91±3℃，超溫電門接通，這時探測系統(tǒng)就會發(fā)出BLEED1/2LEAK的信息。當(dāng)溫度下降到79±3℃時，超溫電門斷開，滲漏信息消失。
排除BLEED1/2LEAK故障的關(guān)鍵在于快速準(zhǔn)確地判斷引氣滲漏點，引氣管路安裝在地板下，周圍環(huán)境密閉，空氣流動性不好，只要發(fā)生引氣滲漏，不管引氣滲漏程度是多少，均可造成管路接口區(qū)域溫度有一定程度上升。一般的紅外測溫儀測量精度達(dá)到1℃，可以準(zhǔn)確地檢測出引氣滲漏點的溫度變化情況，通過對臨近接口的溫度數(shù)據(jù)對比，即可容易地查找到滲漏點。
另外，紅外測溫儀易于攜帶，操作步驟簡單易懂，使用方便，無須其他輔助設(shè)備，可快速地接近和檢測目標(biāo)物體，節(jié)省大量時間和人力，因此是一種安全、有效的檢查方法。
對于BLEED1/2LEAK的排故問題，在FIM里提供相應(yīng)的排故步驟，在AMM（AircraftMaintenanceManual）等手冊里也提供使用紅外測溫儀檢查漏氣點的方法，但是由于實際步驟是先難后易，且容易將注意力引導(dǎo)故障可能性較低的超溫電門和線路檢測上，可操作性不強。
4、引氣管路漏氣故障預(yù)防性檢測方法的研究
在E145飛機MP（MaintenancePlan）沒有針對引氣管路漏氣的定期檢查項目，由于缺乏主動的預(yù)防性維修工作，只有出現(xiàn)BLEED1/2LEAK故障時才實施排故工作，處于被動排故的狀況下，直接導(dǎo)致E145飛機不正常航班增多，降低了機隊整體可靠性。
為了提高引氣管路系統(tǒng)的可靠性，提前發(fā)現(xiàn)滲漏故障點，減少故障報告率和不正常航班率，通過認(rèn)真分析和研究，結(jié)合紅外測溫儀檢測引氣滲漏點的檢查方法，制定了合理的檢查間隔和檢查標(biāo)準(zhǔn)，利用做定檢工作的期間，進(jìn)行預(yù)防性維修工作，提前檢測出引氣管路的滲漏點，以有效地降低此故障的發(fā)生率。
預(yù)防性維修工作有兩個關(guān)鍵點：一是確定合適的檢查間隔，二是確定滲漏點的標(biāo)準(zhǔn)溫度值。利用飛機C檢對兩條引氣管路各個接口的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行取樣，同時拆下相應(yīng)的封圈狀況進(jìn)行檢查，然后更換新封圈，其中一組數(shù)據(jù)如下：
序號 接近區(qū)域 封嚴(yán)更換前溫度℃ 封嚴(yán)的狀況 封嚴(yán)更換后溫度℃
1 195AL 111 1個完好，1個輕微漏氣痕跡 74
2 194AR 107 1個完好，1個輕微漏氣痕跡 91
3 195CL 104 2個均完好 70
4 194CR 85 2個均完好 92
5 193AL 93 2個均完好 72
6 193AL 113 1個斷裂，1個完好 65
7 193AL 82 2個均完好 83
8 193AL 88 2個均完好 67
9 193LL 91 1個斷裂，1個2處扭曲 79
10 193LL 97 2個均完好 82
11 261BF 86 2個均完好 89
12 261BF 76 1個完好，1個1處輕微扭曲 88
13 271AF 107 2個均完好 87
14 271AF 107 2個均完好 87
15 271BF 121 1個完好,1個漏氣痕跡明顯 86
16 271BF 97 1個完好，1個1處輕微扭曲 84
17 271CLW 104 2個均完好 62
18 N/A N/A N/A N/A
19 N/A N/A N/A N/A
20 272DRW 137 2個均斷裂 62
21 N/A N/A N/A N/A
22 N/A N/A N/A N/A
23 273DR 146 1個完好，1個2處扭曲 88
24 N/A N/A N/A N/A
25 272DR 97 1個完好，1個2處扭曲 96
26 272DR 95 2個均完好 91
27 272DR 69 2個均完好 55
28 272DR 137 1個完好，1個2處扭曲 73
29 312AR 70 2個均完好 90
30 N/A N/A N/A N/A
31 312AR 93 1個完好，1個1處輕微扭曲 87
32 312AR 85 2個均完好 83
N/A：此接頭沒有安裝橡膠封圈
表1：引氣管路接頭溫度測量數(shù)據(jù)
在一般情況下，更換新封圈之后，大部分引氣管路接頭區(qū)域的實測溫度有明顯的下降，尤其封圈出現(xiàn)損壞的地方，但少數(shù)接口的溫度不降反升，這種情況基本上是施工安裝不好造成的，經(jīng)過重新調(diào)整安裝，溫度亦有相應(yīng)的下降。
超溫電門的觸發(fā)門檻值91±3℃，當(dāng)溫度下降到79±3℃時，超溫電門恢復(fù)正常。經(jīng)過充分的評估，將接口溫度的標(biāo)準(zhǔn)值定為86℃，如果檢測時高于86℃，則需要分解管路接頭并更換封圈，然后進(jìn)行復(fù)查，對超過86℃的接頭重新分解和安裝，直至溫度低于86℃。
經(jīng)過統(tǒng)計，采取這種預(yù)防性維修工作后，既可以有效減少BLEED1/2LEAK的故障發(fā)生率，又可以減少不必要的更換封圈，降低維修成本。
三、使用紅外測溫儀進(jìn)行液壓系統(tǒng)故障檢測
飛機液壓系統(tǒng)是由發(fā)動機驅(qū)動泵（EDP）或者電動馬達(dá)驅(qū)動泵（EMDP）驅(qū)動的，EDP或EMDP在正常工作時會產(chǎn)生較大的熱量，這些熱量會隨著液壓油的流動傳遞到各個部件上，使得這些部件表面溫度上升。在正常工作狀態(tài)下，各個液壓部件上的表面溫度基本上是穩(wěn)定在一定范圍之內(nèi)，如果其中某個部件故障，有可能會引起流經(jīng)此部件的液壓壓力（也就是流量）發(fā)生變化，直接導(dǎo)致該部件的溫度發(fā)生變化，因此通過測量和對比各個部件上表面溫度的變化，再輔以其他相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，即可準(zhǔn)確地排查故障。下面以E145飛機一起液壓系統(tǒng)故障的處理為例進(jìn)行說明。
1、故障報告
E145飛機B-3030飛機航前起飛約15分鐘后，機組報告CAS區(qū)出現(xiàn)HYDSYS1OVHT信息，1#液壓系統(tǒng)壓力指示為0。斷開左發(fā)EDP和1#EMDP，10分鐘后過熱信息消失，15分鐘后嘗試接通1#EMDP和左發(fā)EDP，1#液壓系統(tǒng)仍無壓力，飛機返航。
2、排故過程
?。?）地面接通1#EMDP，系統(tǒng)回油壓差指示器跳出，復(fù)位后，再次試接通1#EMDP，壓差指示器仍跳出，1#系統(tǒng)壓力只能上升至2600PSI，對比2#液壓系統(tǒng)壓力為3000PSI。拆下液壓總管組件上的3個油濾檢查，殼體回油濾上有較多片狀和塊狀黑色雜質(zhì)，系統(tǒng)壓力油濾和系統(tǒng)回油濾有少量粉末和顆粒狀黑色雜質(zhì)。
?。?）拆下左發(fā)EDP和1#EMDP，檢查泵連接的管路和花鍵沒有異常。更換EDP，EMDP，更換殼體回油濾、系統(tǒng)回油濾、壓力油濾。依據(jù)手冊進(jìn)行1號液壓系統(tǒng)清洗，完成3次液壓系統(tǒng)清洗后拆下油濾未見雜質(zhì)。
（3）完成上述工作后，地面接通1#EMDP，1#液壓系統(tǒng)壓力仍然為2500PSI。將1#液壓系統(tǒng)與2#液壓系統(tǒng)壓力傳感器對串，地面接通EMDP測試2#系統(tǒng)壓力正常，1#液壓系統(tǒng)壓力仍為2500PSI。
?。?）在接通1#EMDP情況下，當(dāng)提拉起落架應(yīng)急放手柄時1#液壓系統(tǒng)壓力可達(dá)3000psi。
?。?）地面試車檢查，1#液壓系統(tǒng)壓力3000PSI，左發(fā)N1=89%運轉(zhuǎn)3分鐘后出現(xiàn)HYDSYS1OVHT信息。
表2：EMDP工作時各部件的溫度
表3：EDP工作時各部件的溫度
3、故障分析
此次B-3030飛機1#液壓系統(tǒng)的故障現(xiàn)象很復(fù)雜，既有液壓壓力低的現(xiàn)象，又有液壓系統(tǒng)超溫的現(xiàn)象，加上檢查時發(fā)現(xiàn)1#液壓系統(tǒng)3個油濾上均有污染物的情況，很容易讓人得出是EDP或者EMDP故障的結(jié)論，而實際情況并非如此。在更換相應(yīng)EDP、EMDP、油濾、壓力電門后并沒有排除故障，就需要對下游各個系統(tǒng)的液壓部件進(jìn)行故障隔離。
通過系統(tǒng)原理圖框圖可以看出，E145飛機的1#液壓系統(tǒng)可以給左副翼、右副翼、方向舵、發(fā)動機左反推、內(nèi)側(cè)擾流板、外側(cè)剎車、起落架正常收放、起落架應(yīng)急放、登機門、前起落架艙門等系統(tǒng)提供壓力，由于涉及的系統(tǒng)很多，都有引起此故障的可能性，而事實上也不可能逐一更換所有的部件。
液壓超溫電門安裝在液壓油箱里，當(dāng)超溫信號接通溫度為90±1.7℃，發(fā)出HYDOVHT信號，當(dāng)?shù)陀?0±1.7℃超溫信號斷開，HYDOVHT消失。使用EDP或者EMDP供壓時，在達(dá)到正常壓力的情況下，EDP或者EMDP則會自動調(diào)整其內(nèi)部負(fù)荷，減少做功，以維持輸出壓力在規(guī)定的壓力值，相應(yīng)地產(chǎn)生很少的熱量。如果其中某個部件出現(xiàn)內(nèi)漏情況，會引起以下幾個現(xiàn)象：
第一，某個部件內(nèi)漏會造成液壓油不停地循環(huán)流動，致使EDP或者EMDP在不停地做功輸出壓力，從而產(chǎn)生較高的熱量，而一部分高溫液壓油同時又通過內(nèi)漏點直接流回液壓油箱，由于沒有經(jīng)過系統(tǒng)作動而降低其溫度，經(jīng)過一段時間之后會導(dǎo)致液壓系統(tǒng)出現(xiàn)超溫的情況。
第二，從EDP或者EMDP出來的高溫液壓油所流經(jīng)的部件，其表面溫度會有一個明顯的增加。
第三，在僅使用EMDP供壓情況下，由于EMDP的輸出功率較少，內(nèi)漏會導(dǎo)致壓力達(dá)不到規(guī)定的2900PSI。
結(jié)合液壓系統(tǒng)工作原理圖可以看到，液壓泵EDP或EMDP輸出的液壓油依次經(jīng)過液壓總管、起落架收放選擇活門，然后到達(dá)應(yīng)急放活門。根據(jù)液壓油流動時可以傳遞熱量的情況，可以采用紅外測溫儀對液壓油流經(jīng)的部件進(jìn)行溫度測量，實際測量的數(shù)據(jù)也顯示，無論使用EDP還是EMDP供壓，這三個部件的溫度均明顯高于其它部件，因此確定故障部件為應(yīng)急放活門。
4、排故總結(jié)
B-3030飛機此次的HYD1OVHT故障為一起疑難故障，故障現(xiàn)象很復(fù)雜，排故的過程很不順利。排故人員收集所有的故障信息后進(jìn)行分析，均無法分析出一個明確的結(jié)論，存在各種不同意見和推測。最后，使用紅外測溫儀對各個液壓部件進(jìn)行溫度檢測，然后對溫度數(shù)據(jù)和故障現(xiàn)象進(jìn)行綜合分析，終于確定了這起故障的真正原因。
從這起故障的排故過程來看，最主要還是要全面有效地收集故障信息和數(shù)據(jù)，然后對故障原因進(jìn)行深入的分析，這是排故的關(guān)鍵。其次，面對錯綜復(fù)雜的故障現(xiàn)象，借助一些非常規(guī)的驗證方式，如此次使用紅外測溫儀測量液壓部件的溫度，為快速、準(zhǔn)確判斷故障點提供了可靠的依據(jù)，是一個非常有效的方式，也是畫龍點睛之舉。
四、紅外測溫儀的使用小結(jié)
一般情況下，在排除了外界因素的相關(guān)影響后，如果物體的表面溫度發(fā)生了變化，主要源于其內(nèi)部特性發(fā)生了變化。紅外測溫儀主要用于測量物體的表面溫度，利用這一工作特性，還可以在飛機其它系統(tǒng)的排故工作中使用，例如，利用引氣在經(jīng)過空調(diào)組件上主要做功部件（如ACM、雙熱交換器）之后，溫度會發(fā)生一定程度變化的工作原理，可以使用紅外測溫儀檢測飛機空調(diào)組件各個點的溫度值，為判斷故障提供準(zhǔn)確的溫度數(shù)據(jù)。另外，飛機剎車轂在使用過程中也會產(chǎn)生劇烈的溫度變化，使用紅外測溫儀測量溫度數(shù)據(jù)，也可以幫助判斷剎車溫度指示系統(tǒng)的故障。
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