4.1.1故障诊断的主要工作环节
一个故障诊断系统由工况监视与故障诊断两部分组成，系统的主要工作环节如图4—1所示。
图4—1 工况状态监视与故障诊断系统主要环节
故障诊断系统的一个完整诊断过程可以划分为4个基本环节，即信号获取(信息采集)、信号分析处理、工况状态识别和故障诊断。每一环节的具体工作任务如下：
1．信号获取
根据具体情况选用适当的检测方式，将能反映设备工况的信号(某个物理量)测量出来。如可利用人的听、摸、视、闻或选用温度、速度、加速度、位移、转速、压力以及应力等不同种类的传感器来感知设备运行中能量、介质、力、热、摩擦等各种物理和化学参数的变化，并把有关信息传递出来。
2．信号分析处理
直接检测到的信号包含了大量信息，其中许多与故障无关，这就需应用现代信号分析和数据处理方法把它转换为能表达工况状态的特征量。通过对信号的分析处理，找到工况状态与特征量的关系，把反映故障的特征信息和与故障无关的特征信息分离开来，达到“去伪存真”的目的。
3．工况状态识别
工况状态识别就是状态分类问题，它的目的是区分工况状态是正常还是异常，或哪一部分正常，以便进行运行管理。
4．故障诊断
故障诊断主要任务是针对异常工况，查明故障部位、性质、程度，综合考虑当前机组的实际运行工况、机组的历史资料和领域专家的知识，对故障作出精确诊断。诊断和监视不同之处是诊断精度放在第一位，而实时性是第二位。
4.1.2故障简易诊断方法
故障简易诊断通常是依靠人的感官(视、听．触、嗅等)功能或一些简单的仪器工具实现对机电设备故障诊断的。由于这种诊断技术，充分发挥了相关人员有关电机设备故障诊断的经验及技术优势，因而在对一些常见设备进行故障诊断时，具有经济、快速、准确的特点。常用的简易诊断方法主要有听诊法、触测法和观察法等。
一、耳听法
设备正常运转时，发生的声响总是具有一定的音律和节奏的，利用这一特点，通过人的听觉功能就能对比出设备是否产生了重、杂、怪、乱的异常噪声，从而判断设备内部是否出现了松动、撞击、不平衡等故障隐患；此外用手锤敲打零件，零件无缺陷时声音清脆，内部有缩松时声音相对低沉，若内部有裂纹，则声音嘶哑。这是主要依靠人的感官的一种诊断方法，简单易行，且不受条件限制，但要求检视人员要有实践经验，而且只能作定性分析和判断，个人经验在判别故障的过程中起关键作用。
为了使耳听法判别更加准确，可利用电子听诊器，将电子听诊器的探针接触机器，通过听诊器的振动传感器，采集机床运转时发生的振动量(用加速度、速度、位移表示)，经转换、放大后输出，检测人员通过耳机即可测听。由于完好设备的振动特征和有故障设备的振动特征不同，反映在听诊器耳机中的声音也不同，故根据声音的差异即可判断出故障。如当耳机出现清脆尖细的噪声时，说明振动频率较高，一般是尺寸相对较小的零件或强度相对较高的零件发生微小裂纹或局部缺陷；当耳机传出混浊低沉的噪声时，说明振动频率较低，一般是尺寸相对较大或强度相对较低的零件发生较大的裂纹或缺陷。当耳机传出的噪声比平时强时，说明故障正在发展，声音越大，故障越严重。当耳机传出的噪声是无规律地间歇出现时，说明有零件或部件发生了松动。
二、触测法
用人手的触觉可以感知设备的温度、振动及间隙的变化情况。人手的触觉可以比较准确地分辨出80℃以内的温度。如当机件温度在0℃左右时，手感冰凉，若触摸时间较长会产生刺骨痛感；10℃左右时，手感较凉，但一般能忍受；20℃左右时，手感稍凉，随着接触时间延长，手感渐温；30℃左右时，手感微温，有舒适感；40℃左右时，手感较热，有微烫感觉；50℃左右时，手感较烫，若用掌心按的时间较长，会有汗感；60℃左右时，手感很烫，但一般可忍受10秒长的时间；70℃左右时，手感烫得灼痛，一般只能忍受3秒长的时间，并且手的触摸处会很快变红。为防止意外事故发生，触摸前先应判断温度是否在人手可接触的范围内，再次采用合适的感触方式，以估计机件的温度情况，并且第一次试时一定要用手背去试触。
零件间隙的变化情况可采用晃动机件的方法来检查。这种方法可以感觉出0.1～0.3mm的间隙大小。用手触摸机件可以感觉振动的强弱变化和是否产生冲击，以及滑板的爬行情况。此外，用配有表面热电探头的温度计进行故障的简易诊断，在滚动轴承、滑动轴承、主轴箱、电动机等机件的表面温度的测量中，具有判断热异常位置迅速、数据准确、触测过程方便的特点。
三、观察法
观察法是利用人的视觉，通过观察设备系统及相关部分的一些现象，进行故障诊断的。观察法可以通过人直接进行观察，如可以观察设备上的机件有无松动、裂纹及其损伤；可以检查润滑是否正常，有无干摩擦和跑、冒、滴、漏现象；可以查看油箱沉积物中金属磨粒的多少、大小及特点，以判断相关零件的磨损情况；可以监测设备运行是否正常，有无异常现象发生；可以观看设备上安装的各种反映设备工作状态的仪表和测量工具了解数据的变化情况，判断设备工作状况等。在把观察得到的各种信息进行综合分析后，就能对设备是否存在故障、故障部位、故障的程度及故障的原因作出判断。
4.1.3振动诊断技术
一、测振传感器
测振传感器俗称拾振器，其作用是将机械振动量转变为适于电测的电参量以进行测量。根据所测振动参量和频响范围的不同，测振传感器分为振动位移传感器、振动速度传感器和振动加速度传感器3大类，它们各自的频响范围大致如下：0～10kHz(电涡流位移传感器)、10Hz～2kHz(磁电式速度传感器)、0～50kHz(压电加速度传感器)。
(一)压电加速度传感器
压电加速度传感器是根据压电效应制成的机电换能器，由于具有体积小、重量轻、灵敏度高、测量范围大、频响范围宽、线性度好、安装简便等诸多优点而获得了广泛应用，是目前机械故障诊断测试中最常用的一种传感器。
传感器头部是传感器感受被测信号的关键部分，主要是由一矩形截面线圈及其框架组成，线圈可以粘贴于框架上，也可在框架上开一条沟槽，将导线绕在槽内。
传感器壳体一般为不锈钢制成，用于支持传感器头部和测试时装夹。固定电缆是与传感器接在一起的射频同轴电缆，长约0.5～lm。接头用来与延长电缆或前置器相连接，多为标准接插头，如高频插头、航空密封插头等。
1. 压电加速度传感器性能指标
表征压电加速度传感器性能特征的指标主要有：
(1)灵敏度 分电荷灵敏度()和电压灵敏度()两种。电荷灵敏度是单位加速度下的电荷量大小，电压灵敏度则是单位加速度下的输出电压大小。为方便检测微小信号，传感器的灵敏度尽量要高。
(2)频响范围 指传感器幅频特性为水平线的频率范围，一般以3dB为截止频率点。频响范围是加速度传感器的一个最重要的指标，要求越宽越好。
(3)测量范围 指传感器所能测量的加速度大小，要求越大越好。
(4)最大横向灵敏度 指传感器的最大灵敏度在垂直于主轴的水平面的投影值，以主轴方向灵敏度的百分比表示，要求越小越好。
(5)使用温度范围 也是传感器的一个重要指标，要求越宽越好。
此外，传感器的重量、尺寸以及输出阻抗等也是经常需要考虑的因素，要求重量越轻越好，体积越小越好。
2.使用注意事项
压电加速度传感器用于测量时，有很多因素都会影响测量结果的真实性，带来测量误差，如温度、湿度、电缆噪声、接地回路噪声和传感器横向灵敏度等。对测量结果影响较大的因素是传感器安装方式，表4—1所示为加速度传感器的几种常见安装方式及特点。
表4—1加速度传感器的安装方法及特点
| 安装方式 | 钢制螺 栓安装 | 绝缘螺栓加云母垫片 | 用粘接剂固定 | 高刚性蜡 | 永久磁铁安装 | 手执 |
| 安装示意图 |
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| 特点 | 频响特性最好，基本不降低传感器的频响性能。负荷加速度最大，是最好的安装方法，适合于冲击测量 | 频响特性近似于没加云母片的螺栓安装，负荷加速度大，适合于需要电气绝缘的场合 | 用粘接剂固定，和绝缘法一样，频率特性良好，可达10kHz | 频率特性好，但不耐高温 | 只适用于1～2kHz的测量，负荷加速度中等（<200g）,使用温度一般<150°C | 用手按住，频响特性最差，负荷加速度小，只适用于<1kHz的测量，但使用方便 |
(二)电涡流振动位移传感器
电涡流传感器是通过转轴表面与传感器探头端部间的间隙变化来测量振动的。它利用导体在交变磁场作用下的电涡流效应，将变形、位移与压力等物理参数的改变转化为阻抗、电感等电磁参数的变化。电涡流传感器最大的特点是采用非接触测量，并且由于其具有灵敏度高、频响范围宽、测量范围大、抗干扰能力强、不受介质影响和结构简单等优点，被广泛地应用于工业领域，在汽轮发电机组、透平机、压缩机、离心机等大型旋转机械的轴振动、轴端窜动以及轴心轨迹监测中都有应用。此外，电涡流传感器还可用于厚度测量、表面粗糙度检测、无损探伤、测流体压力以及转速等一切可转化为位移的物理量的测量，它还可以用来测量硬度、温度等。
高频反射式电涡流传感器目前应用广泛，其结构比较简单，一般由头部、壳体、固定电缆和接头四个部分组成，有的传感器上还有供安装固定用的支架附件，CZF1型电涡流传感器的结构如图4—2所示。
传感器的头部是传感器感知被信号的关键部分，主要是由一矩形截面线圈及其柜架组成，其中线圈可以粘贴于柜架上，也可以在柜架上开一条沟槽，将导线绕在槽内。传感器的壳体一般为不锈钢制成，固定电缆为射频同轴电缆，长约0.5～1m。接头用以与延长电缆或前置器连接，多为标准插头，如高频插头、航空密封插头等。
图4—2 CZF1型电涡流传感器的结构示意
电涡流传感器的性能特点及使用注意事项如下：
(1)传感器的灵敏度和线性范围因被测材料不同会发生变化。被测体材料电导率越高，灵敏度就越高，且在相同的量程下，其线性范围越宽。因此，当被测材料改变时必须重新标定传感器的灵敏度和线性范围。
(2)对于同一种材料，若被测表面的材质不均匀，或其内部有裂纹等缺陷，测量结果会受到影响。
(3)被测体形状对测量结果也有影响。当被测物体的面积比传感器的线圈面积大得多时，传感器的灵敏度基本上不发生变化；而当被测面积为传感器线圈面积的一半时，其灵敏度降低一半；被测面积更小时，灵敏度将显著下降。若被测体为圆柱，且其直径D为传感器线圈直径的3.5倍以上时，测量结果不受影响；当D／d=1时，灵敏度将降至70％左右。
(4)传感器安装的好坏直接影响测量结果的准确性。安装时，应注意其头部四周必须留有一定范围的非导电介质空间。当被测体与传感器间不允许留有空间时，可采用绝缘材料灌封。若同一部位需安装两个以上的传感器时，应注意使它们之间留有足够的空间，以避免交叉干扰。
(三)振动传感器的选用原则
选用振动传感器的基本原则是在满足基本测试要求的前提下，尽量降低传感器的费用，以得到最佳的性能价格比。具体选用时，应考虑以下几方面。
1．测量范围
又称量程，是保证传感器正确使用的首要指标，因为超量程测量不仅意味着测量结果的不可靠，而且有时还会造成传感器的永久损坏。因此，必须保证传感器在量程内测量。
2．频响范围
为适应机械振动信号频率分布范围大的特性，振动测试传感器的幅频特性的水平范围应尽可能宽、相频特性要为线性。在检测缓变的机械振动信号时，传感器要有尽可能低的下限；检测高频冲击信号时，传感器应有尽可能高的上限值。所选传感器的工作频响范围应能覆盖整个被测试的信号频段并略有超出，但也不要选用频响范围过宽的传感器，因为这样会增加传感器的费用，同时无用频率信号的引入还会增加后续信号分析处理工作的难度。
3．灵敏度
传感器的灵敏度高，有利于检测微小信号。但是，灵敏度提高也会使外界噪声的混入变得更容易，增加信号采集中的无用信息，给信号处理带来困难，因此应根据需要合理选择。传感器灵敏度的确定还要与其测量范围结合起来考虑，应使传感器工作在线性区。此外，对于二维、三维等多维向量的测量，要求传感器的向与向之间的交叉灵敏度越小越好。
4．精度
传感器的精度是影响测试结果真实性的主要指标，应根据测试工作的目的合理选择相应精度。对于用于比较的定性研究，由于只需得到相对比较值，不要求高精度的绝对值，故可选择低精度的传感器；而对于那些需要精确地测量振动参量绝对值的场合，则要选用高精度的传感器；对于同一测试系统中的设备，应尽量使用同一精度等级的传感器，以优化测试成本。
5．其它方面
传感器工作时周围的环境(如温度、湿度、灰尘、电磁场)会对其性能产生影响，因此一定要按传感器的设计工作环境严格选择，保证传感器工作在允许的环境条件下。对于用于长期工况监测的传感器要重点考虑时间稳定性的问题。此外，对于传感器的工作方式、外形尺寸、重量等在选用时也应充分考虑。
二、信号记录仪器
信号记录仪器是用来记录和显示被测振动随时间的变化曲线或频谱图的，记录振动信号的仪器有光线示波器、电子示波器、磁带机、X—Y记录仪和数据采集器等。目前在机械故障诊断领域中，使用最广泛的是数据采集器。
数据采集是现代化信号处理技术中一个必不可少的环节。因为模拟信号需要转换为数字信号后才能进行分析处理，而高性能的数据采集器能在测试现场将输入的模拟信号直接转换为数字信号并存储起来。随着计算机技术的飞速发展，基于A／D转换原理的数据采集器功能日渐强大，性能价格比越来越高，且能集记录与分析于一体，广泛应用于许多领域。
1．数据采集的基本原理
数据采集包括采样、量化与编码3个过程。采样就是先将模拟信号分为一系列间隔为△t的时间离散信号并加以采集；量化是将这些时间离散信号的幅值修改为某些规定的量级；编码是将这些时间和幅值均不连续的离散信号编码成一定长度的二进制序列。这样，就将原模拟信号转换成了数字信号，实现了数据采集，这个过程也称为A／D转换过程。
2．数据采集器的类型
由于性能指标的不同，使得实际应用中的数据采集器种类千变万化，但按采集方式进行分类时，采集器只分为同步采集和巡回采集两大类，它们的工作方式如下。
同步采集是指采集器所采集的是多路信号发生在同一时刻的结果，这样，多路信号之间没有时间上的超前与滞后，也就不会产生相位差。在测定系统的传递函数以及两路信号的相互关系等应用时，要求进行同步采集。
巡回采集采集器依次采集各路信号，各路采集结果之间因有时间上的超前与滞后而存在相位差。
在机电设备故障诊断中，多数情况下进行信号采集都采用巡回采集方式。
三、信号分析与处理设备
机械故障诊断的结论最终要通过对采集信号的分析处理获得，用于信号分析与处理的设备分为通用型和专用型两大类。通用型信号分析与处理设备，是指通用计算机硬件及其信号分析与处理软件系统组成的设备；专用型信号分析与处理设备，则是指除通用型之外的其它各种信号分析与处理设备。
一般通用型信号分析与处理设备的各种功能主要是靠软件实现的，而专用型信号分析与处理设备有部分功能是靠硬件实现的。过去专用型设备在信号分析与处理的速度上具有一定的优势，但随着计算机软硬件技术突飞猛进的发展，这种优势已不复存在，相反，由于通用型系统能更快地享用计算机技术的最新成果，使得通用型系统不仅具有速度上的优势，在处理数据的容量等方面也更具优势。此外，通用型系统还具有组态灵活、造价较低等优点，所以近年来通用型系统发展很快，我国目前研制开发的机械设备故障诊断系统多为基于通用计算机的通用型信号分析与处理系统。
目前，绝大多数信号分析与处理系统，其信号处理的输出都具有图形(二维／三维、单色／彩色)输出功能，使得信号处理的结果更加直观明了。
在机电设备的故障诊断与监测领域，根据测量时测温传感器是否与被测对象接触可将测温方式分为接触式测温和非接触式测温两大类。其中接触式测温是使传感器与被测对象接触，让被测对象与测温传感器之间通过热传导达到热平衡，然后根据测温传感器中的温度敏感元件的某一物性随温度而变化的特性来检测温度的。常用的接触测量法有热电阻法、热电偶法、集成温度传感法3种。
一、热电阻法测温
热电阻法测温使用的仪器是电阻式温度计，它是根据几乎所有导体的电阻都会随着温度的改变而变化这一原理制成的。测温时，温度计上感温元件的电阻随着温度的改变而变化，电阻的这种变化通过测量回路的转换在显示器上显示出温度值。
电阻式温度计的测温范围及性能特点主要取决于温度计上的感温元件即热电阻的类型。目前，在机械故障诊断与监测领域中，常用的热电阻有两大类，～类是由铜、铂、镍等材料制成的金属丝热电阻，另一类是半导体热敏电阻。
1．金属丝热电阻
金属丝热电阻分为工业热电阻、标准热电阻和铠装热电阻。其中标准热电阻主要用于实验室的精密测温和校验仪器；铠装热电阻为近年发展起来的新品种。目前，在机械故障诊断领域中，大量使用的是工业热电阻，这种热电阻尽管测温精度相对较低，但成本低廉。工业热电阻的结构如图4—3所示。
图4—3 工业热电阻结构
1—出线密封圈；2—出线螺母；3—小链；4—盖；5—接线柱；6—密封圈；7—接线盒；
8—接线座；9—保护管；10—绝缘管；11—引出线；12—感温元件
2．半导体热敏电阻
半导体热敏电阻具有温度升高电阻降低的特性，因而可利用这一特性进行温度测量。半导体热敏电阻通常用铁、镍、锰、钴、铜、钛和镁等金属的氧化物制成。有时也用上述金属的碳酸盐、硝酸盐和氧化物等作为原料制作半导体电阻。与金属丝热电阻相比，半导体热敏电阻具有电阻温度系数大、灵敏度高、电阻率大、结构简单、体积少、热惯性小、响应速度快等优点。它的主要缺点是电阻温度特性分散性很大，互换性差，非线性严重，且电阻温度关系不稳定，故电阻温度关系不稳定，故测温误差较大。
半导体热敏电阻的外形如图4—4(a)所示。它可测量-100～300℃范围内的温度。但是，由于半导体电阻存在互换性差，稳定性差和测温精度低(我国规定半导体热敏电阻的误差在-40～15℃范围内为±2％)的缺点，从而限制了它的应用。实际中，这种测温仪常用于实验室的恒温设备和仪器仪表的恒温部件检测。
半导体热敏电阻根据需要可做成如图2—4所示的片状[(b)图]、棒状[(c)图]和珠状[(d)]。
图4—4 半导体热敏电阻的结构
1—感温元件；2—引线；3—玻璃保护管；4—保护层
片状热敏电阻的一般直径在3～10mm之间，厚度在1～3mm之间。棒状热敏电阻其保护管外径在1.5～2mm之间，长度在5～7mm之间，它的感温元件是直径不到1mm的小球。此两种为最常用的半导体热敏电阻。
二、热电偶法测温
(一)热电偶法测温的基本原理
如图4—5所示，将两种不同的导体A和B组成闭合回路，当1、2两个接点的温度不同(设)时，此闭合回路中将会有一电动势(，)产生，这种现象即为热电效应，电动势(，)亦称为热电势。
图4—5 热电偶工作原理
利用这一原理制成的器件称为热电偶。在使用热电偶测温时其一个接点温度保持不变，则产生的热电势只和另一个接点的温度有关。因此，通过测量热电势的大小就可知道该接点的温度值。
组成热电偶的两种导体，称为热电极。通常把端称为自由端、参考点或冷端，而另一端称为工作端、测量端或热端。如果在自由端电流是从导体A端流向导体B端，则A称作正热电极而B称作负热电极。
常用的热电偶有工业用热电偶、铠装热电偶等。工业用热电偶由热电极、绝热材料(绝缘管)和保护套管等部分构成，其结构与工业用热电阻类似。
热电偶本体是一端焊接在一起的两根不同材料的金属丝，它也是热电偶的测量端。绝缘管是为避免两热电极问或与保护管之间发生短路而安装的。当热电偶工作
环境良好，没有腐蚀性介质时，也可不用保护套管，以减小接触测温误差与滞后。
与工业用热电偶相比，铠装热电偶响应速度更快(外径可拉得很小)，耐冲击和抗振动性能好(套管内部是填实的)，高温下有良好的绝缘性，适用于有强烈振动和冲击或高温高压的工作场合。
(二)热电偶法测温的仪器及主要特点
热电偶法测温使用的仪器是热电偶温度计，作为在工业领域中使用非常广泛的一种测温方法，热电偶测温有以下主要特点：
1．仪器结构简单，只由两根偶丝和一个电压表组成；
2．感温元件的质量及其热容量都可以做得很小，因而其时间常数小，响应速度快；灵敏度高，金属元件在100／℃以下；半导体元件为mV／℃级；
3．测量范围大，通过选用不同材料制作的热电偶可以实现4～3000K的温度测量；
4．准确度高，最高可达到±0.01℃；
5．性能稳定，重复性好，有利于互换；测量电路简单，便于温度的读出以及测温过程自动化。
在工业领域中有许多温度测量问题用接触式测量方法无法解决，如高压输电线接点处的温度监测，炼钢高炉以及热轧钢板等运动物体的温度监测等。19世纪末，根据物体热辐射原理进行温度检测的非接触式测温方法问世。但是由于当时感温元件的材料、制造技术等方面的原因，这种测温方式只能测量800～900℃以上的高温。直到20世纪60年代后，由于红外线和电子技术的发展，使非接触式测温技术有了重大突破，促进了它在工业领域的应用。
一、辐射测温的基本原理
物体因受热使其内部原子或分子获得能量而从低能级跃迁到高能级，当它们向下跃迁时，就会发射出辐射能，这类辐射称为热辐射。热辐射是一种电磁波，它包含着波长不同的可见光和不可见的红外光，当物体的温度在千度以下时，其热辐射中最强的波为红外辐射；只有在物体温度达到3 000℃，即近于白炽灯丝的温度时，它才包含足够多的可见光。非接触式测量方法就是通过检测被测物体所发射的辐射能中不同波长的光，来实现温度检测的。
在对物体的温度与辐射功率关系的研究中常用到以下概念。
黑体：入射到物体上的辐射能全部被吸收，这样的物体称为“绝对黑体”，简称为“黑体”。
绝对白体与镜体：入射到物体上的辐射全部被反射，如反射是有规律的，则称此物体为“镜体”；如反射没有规律，则称此物体为“绝对白体”。
绝对透明体：入射到物体表面上的辐射能全部被透射出去，具有这种性质的物体称为“绝对透明体”。
自然界中，绝对黑体、绝对白体和绝对透明体都是不存在的，上述概念是为研究问题方便而提出的。
绝对黑体在全部波长范围内的全辐射能与热力学温度的关系由斯忒—玻尔兹曼定律给出，该定律指出：物体的温度越高，辐射强度就越大。只要知道了物体的温度与辐射率，就可算出它所发射的辐射功率；反之，如果测出了物体所发射的辐射强度，就可以出它的温度。利用物体温度与辐射强度的关系，就可以制造各种非接触式测温装置，进行温度测量。
二、非接触测量法的主要特点
1．非接触测量法测温时，只需把温度计对准被测物体，而不必与被测物直接接触，因此它可以测量运动物体的温度，且不破坏被测对象的温度场。
2．由于感温元件所接收的是辐射能，感温元件的温度不必达到被测温度。所以，从理论上讲，辐射温度计没有测量上限。
3．由于是利用物体的辐射能进行温度监测，所以该方法只能测物体表面的温度，而不能测体温。
4．利用物体辐射能进行测温时，被测对象的发射率、中间介质对辐射能的吸收，光学元件透过率的变化以及杂光的干扰等，都会对测量结果产生影响。在当前的技术条件下，发射率是辐射测温的主要误差来源。因为被测物体的发射率是随光谱波长、温度以及被测物体表面状况而变化的，因而要确切地知道物体的发光率是不可能的。而中间介质对辐射能的吸收，光学元件透过率以及杂光的干扰等问题，均可通过采取措施加以避免和改善。
三、非接触式测温仪
在工程中，温度在100～700℃的中温和低于100℃的低温测量需求最大。在此温度下，物体辐射的大部分能量是肉眼不可见的红外线，因此在非接触式测温仪中，红外测温的应用最为广泛。
红外测温具有非接触、便携、快速、直观、可记录存储等优点；它的响应速度快，可动态监测各种启动、过渡过程的温度；它的灵敏度高，可分辨被测物的微小温差；它的测温范围宽广，从摄氏零下数十度到零上2000℃都能测量；它适用于多种目标，对相隔一定距离物体的温度、移动物体的温度、低密度材料的温度、需快速测量的温度、粗糙表面的温度、过热不能接近场所的温度以及高电压元件的温度等多种目标的测量。在机电行业中，红外测温主要用于机械、电气控制设备的状态监测及故障检查。
(一)红外点温仪
红外点温仪是以黑体辐射定律为理论依据，通过被测目标红外辐射能量进行测量，经黑体标定后确定被测目标温度的仪器。红外点温仪通常由光学系统、红外探测器、电信号处理器、温度指示器及附属的瞄准器、电源、机械结构等组成。
光学系统的主要作用是收集被测目标的辐射能量，使之会聚在红外探测器的接收光敏面上，它的工作方式分为“调焦式”和“固定焦点式”，它的场镜有“反射式”、“折射式”和“干扰式”3种。
红外探测器是感受物体辐射能的器件，它的任务是把接收到的红外辐射能量转换成电信号输出。根据其作用原理不同，红外探测器分为光电型和热电型两类。
光电探测器的作用原理是当光照射到检测元件上后，元件材料中的电子吸收辐射能而改变其运动状态，从而表现出光电效应，这种探测器具有灵敏度高、响应速度快等特点，适于制作扫描、高速、高温度分辨率的测温仪。但它对红外光谱有选择吸收的特点，只能在特定的红外光谱波段使用。常用的光电检测元件有光电倍增管、硅光电二极管、硫化铝光敏电阻等。
热电型探测器是利用检测元件因受热温度上升电特性改变的原理进行工作的，其最大的特点是对红外光谱无选择性，但响应速度较慢、灵敏度较低。常用的热电型探测器有热敏电阻、热电堆、热释电3类。
电信号处理器的功能有：将探测器产生的微弱信号放大，线性化输出处理，辐射率调整的处理，环境温度的补偿，抑制非目标辐射产生的干扰，抑制系统噪声，供温度指示的信号或输出，供计算机处理的模拟信号，电源部分及其它特殊要求的部分。
常用的红外点温仪按其工作原理及其检测波段的不同，分为以下3类：
1．辐射感温器 也称为全辐射测温仪，它的工作原理是将目标沿整个波长范围(0～∞)内的总辐射能全部接收测量，由黑体标定出目标温度。其特点是结构简单，使用方便，但灵敏度不高，误差也较大。常用的有国产IRT-2000、IRT-3000、HCW-1、HW-2、HD-400等型号。
2．单色测温仪 它是靠单色滤光片选择接收目标特定波长的辐射能量，以此来确定目标温度的仪器。国产HCW-400型测温仪属于此类产品，其特点是结构简单、使用方便、灵敏度高，并能抑制某些干扰。
3．比色测温仪 它是靠两组(或更多)不同的单色滤光片收集两相近辐射波段下的辐射能量，在电路上进行比较，由比值确定目标温度。使用该仪器测量时，其测试距离和其问吸收物对测量结果的影响较小，测量灵敏度较高，特别是在中、高温测量范围内使用较好。但结构复杂，价格较高。较有代表性的是HCW一ⅢA型远距离红外测温仪。IRT-1200型手持式快捷红外点温仪如图2—6所示。它是一种利用电池作为电源的无触点温度测量仪器，它把设备材料或被测物辐射出来的红外线辐射能量通过光学系统变成电信号，再经微机处理后，通过显示器直接显示出来。它还具有自动环境温度补偿功能，可把被测物的辐射系数及环境温度置入内存作为修正系数。该仪器可显示温度测量值的最大、最小、平均温差及瞬时值。
机电设备中的润滑油和液压油，由于其在工作中是循环流动的，油中包含着大量的由各种摩擦副产生的磨损残余物(磨屑或磨粒)，这些残余物携带着丰富的关于机电设备运行状态的信息。油样分析就是在设备不停机、不解体的情况下抽取油样，并测定油样中磨损颗粒的特性，对机器零部件磨损情况进行分析判断，从而预报设备可能发生的故障的方法。
油样铁谱分析技术是目前使用最广泛的润滑油油样分析方法。它的基本原理是把铁质磨粒用磁性方法从油样中分离出来，然后在显微镜下或肉眼直接观察，通过对磨料形貌、成分等的判断，确定机器零件的磨损程度。铁谱分析技术包括定性分析技术和定量分析技术两个方面。
一、铁谱的定性分析
油样中磨损颗粒的数量、尺寸大小、尺寸分布、成分以及形貌特征都直接反映了机械零件的磨损状态，其中磨粒大小、成分与形貌特征属定性分析范畴。铁谱定性分析的方法有铁谱显微镜法、扫描电镜法和加热分析法。
在铁谱定性分析中，关键技术是对各类磨粒形貌的识别。识别时可参考我国编辑的轴承、齿轮、柴油机、液压系统等特定零件、系统和设备的磨粒图谱，以及美国Dianel．P．Anderson编著的《磨粒图谱》和英国国家煤炭局科技发展总部(HQTD)编撰的图谱。
(一)形貌分析
形貌分析是通过对磨粒形态的观察分析，来判断磨损的类型。不同磨损状态下，形成的磨粒在显微镜下的形态如下：
1．正常磨损微粒 正常磨损微粒是指设备的摩擦面经跑合后，进入稳定磨合阶段时所产生的磨损微粒。对钢而言，是厚度在0.15～lm的碎片，长度为0.5～15m。
2．切削磨损磨粒 这种磨粒是由一个摩擦表面切入另一个摩擦表面或润滑油中夹杂的硬质颗粒、其它部件的磨损磨粒切削较软的摩擦表面形成的，磨粒形状如带状切屑，宽度为2～5m，长度为25～100m，厚度约为0.25m。当出现这种磨屑时，提示机器已进入非正常的磨损阶段。
3．滚动疲劳磨损微粒 这种微粒通常是由滚动轴承的疲劳点蚀或剥落产生的，它包括3种不同形态：疲劳剥离磨屑、球状磨屑和层状磨屑。
疲劳剥离磨屑是在点蚀时从摩擦副表面以鳞片形式分离出的扁平形微粒，表面光滑，有不规则的周边。其尺寸在10～100m之间，长轴尺寸与厚度之比约为10：1。如果系统中大于10m的疲劳剥离微粒有明显的增加就是轴承失效的预兆。
球状磨屑的出现是滚动轴承疲劳磨损的重要标志。一般球状磨屑都比较小，大多数磨屑直径在1—5m左右。其它原因例如液压系统中的气穴腐蚀、焊接和磨屑加工过程中也会产生的球状金属微粒的直径往往大于10m，两者粒度大小的差别可作为区分判断依据。
层状磨屑被认为是因磨损微粒粘附于滚动元件的表面之后，又通过滚动接触碾压而成的。它的特征是呈片状，四周不规则，表面上有空洞。其粒度在20～50m范围内，长轴尺寸与厚度之比为30：1。层状磨屑在轴承的全部使用期内都会产生，特别是当疲劳剥落发生时，这种层状磨屑会大大增加，同时伴有大量球状磨屑产生。因此，如果系统中发现大量层状磨屑和球状磨屑，而且数量还在增加，就意味着滚动轴承已存在导致疲劳剥离的显微疲劳裂纹。
4．滚动—滑动复合磨损微粒 滚动—滑动复合磨损磨粒是齿轮啮合传动时由疲劳点蚀或胶合而产生的磨粒。它是齿轮副、凸轮副等摩擦副的主要损坏原因。这种磨屑与滚动轴承所产生的磨屑有许多共同之处，它们通常均具有光滑的表面和不规则的外形，磨屑的长轴尺寸与厚度之比为4：l到10：1。但滚动—滑动复合磨损微粒的特点是磨屑较厚(几个微米)，长轴尺寸与厚度比例较高。
5．严重滑动磨损磨粒 此类磨粒是在摩擦面的载荷过高或速度过高的情况下由于剪切混合层不稳定而形成的。一般为块状或片状，表面带有滑动的条痕，并具有整齐的刃口，尺寸在20m以上，长厚比在10：1左右。
以上介绍的5种主要磨屑，是钢铁磨损微粒的主要形式，通过对谱片上磨屑形状、大小的识别就可以了解机械的磨损原因和所处状态。一般机电设备通常出现小于5m的小片形磨屑表明机器处于正常磨损状态，当大于5m的切削形、螺旋形、圈形和弯曲形微粒大量出现时，则是严重磨损的征兆。
图4—6、图4—7是内燃机车发动机润滑油磨粒图片。图4—6中有大量正常磨损磨粒、切削磨损磨粒、少量的球状磨粒和黑色氧化物团粒。图4—7是几块切削磨损磨粒，用X射线能谱分析表明它是由铁、硅、镁元素构成的。由于镁只有在球墨铸铁曲轴中存在，因此这条磨粒可能是曲轴磨损产生的。图4—8是大修前出现的严重滑动磨损磨粒，尺寸达150m×70m，边缘平直，表面有明显的滑动摩擦划痕。
图4—6 初期磨损的磨粒形态 图4—7 切削磨损的磨粒形态
图4—8 严重滑动磨损磨粒
(二)成分分析
1．有色金属磨粒的辨别
机电设备中，除钢铁类零件外，通常还有一些有色金属材料制成的零部件，因此油样中也含有一些有色金属磨粒。有色金属磨粒首先可以从它们非磁性沉积形式进行识别。在铁谱片上有色金属微粒不按磁场方向排列，以不规则方式沉淀，大多数偏离铁磁性微粒链，或处在相邻两链之间，它们的尺寸沿谱片的分布与铁磁性微粒有根本的区别。
(1)白色有色金属识别 使用X射线能谱法可以准确地确定磨屑成分。用铁谱片加热处理方法配合以酸碱浸蚀法也能区分如铝、银、铬、镉、镁、钼、钛和锌等。
(2)铜合金识别 铜合金有特殊的红黄色，因而易于识别。与铜金属颜色相近的其它金属如钛、轴承合金等呈棕色，但颜色不如铜合金均匀。
(3)铝、锡合金识别 铝、锡合金磨粒极软，熔点很低，没有清晰的边缘，易被氧化和腐蚀，表面总有一层氧化层，因此在低倍显微镜下呈黑色。
2．铁的氧化物的辨别
铁谱片上出现铁的红色氧化物，表明润滑系统中有水分存在；如果铁谱片出现黑色氧化物，说明系统润滑不良，在磨屑生成过程中曾经有过高热阶段。
(1)铁的红色氧化物 其磨屑有两类，一类是多晶体，在白色反射光下呈桔黄色，在反射偏振光下呈饱和的桔红色，如果铁谱片有大量此类磨屑存在(特别是大磨屑存在)，说明油样中必定有水。另一类是扁平的滑动磨损微粒，在白色反射光下呈灰色，在白色透射光下呈无光的红棕色，因反光程度高，容易与金属磨屑相混淆。但如果仔细观察则会发现，这种磨屑在双色照明下不如金属颗粒明亮，在断面薄处有透射光。若铁谱片中有此磨屑出现，说明润滑不良，应采取相应对策。
(2)铁的黑色氧化物 铁的黑色氧化物微粒外缘为表面粗糙不平的堆积物，因含有、、等混合物质，具有铁磁性，在铁谱片上以铁磁性微粒的方式沉积。当铁谱显微镜的分辨率接近底限时，有蓝色和桔黄色小斑点。铁谱片上存在大量黑色铁的氧化物微粒时，说明润滑严重不良。
(3)深色金属氧化物 局部氧化了的铁性磨屑属于这类深色金属氧化物，它与金属磨粒共存，呈暗灰色。因其表面已覆盖足够厚的氧化膜层，因此加热时颜色不再变化。这些微粒是严重缺油的反映。若有大块的深色金属氧化物出现，则是部件毁灭性失效的征兆。
3．润滑剂变质产物的识别
润滑剂在使用过程中会发生变质，其变质产物的识别方法如下：
(1)摩擦聚合物的识别 润滑剂在摩擦副接触的高应力区受到超高的压力作用，其分子易发生聚合反应而生成大块凝聚物。当细碎的金属磨损颗粒嵌在这些无定形的透明或半透明的凝聚物时，就形成了摩擦聚合物。通常油中适当有一些摩擦聚合物可以防止胶合磨损，但摩擦聚合物过量会使润滑油粘度增加，堵塞油过滤器，使大的污染颗粒和磨屑进入机器的摩擦表面，造成严重的磨损。若是在通常不产生摩擦聚合物的油样中见到摩擦聚合物，则意味着已出现过载现象。
(2)腐蚀磨损磨屑的识别 润滑剂中的腐蚀物质使Fe、Al、Pb等金属产生的腐蚀磨屑非常细小，其尺寸在亚微米级，用放大镜很难分辨，但这种腐蚀磨屑的沉积使铁谱片出口端10mm处的覆盖面积读数值高于50mm处。
(3)的识别 是一种有效的固体润滑剂，铁谱上的往往表现为片状，而且有带直角的直线棱边，具有金属光泽，颜色为灰紫色，具有反磁性，往往被磁场排斥。
(4)污染颗粒的识别 污染颗粒包括新油中的污染、道路尘埃、煤尘、石棉屑以及过滤器材料等，应视摩擦副的具体情况和机器的运转环境进行分析判断，必要时可参考标准图谱识别。
二、铁谱的定量分析
定量分析的目的是要确定磨损故障进展的速度，它是通过对铁谱基片上大、小磨粒的相对含量进行定量检测来实现的。铁谱定量分析的指标有标准磨粒浓度(WPC)、大磨粒百分比、磨损烈度(IS)和累积值曲线等。工作中，选哪个指标作为铁谱定量分析的基础，应视具体情况而定。
各指标的具体含义如下：
1．标准磨粒浓度(WPC)
其含义是每毫升油样中的磨粒数量，以表示，其中是尺寸大于5的磨粒数量，是尺寸为l～2的磨粒数量，显然可定量地表示油样中磨粒的浓度，从而定量地表示机械磨损的程度。但是磨粒浓度的标准值和极限值目前还没有制定出来，这是因为磨粒浓度与机电设备使用的时间有关，在机电设备管理不十分严格、运转时间统计不十分准确的条件下．用磨粒浓度很难准确表达机械磨损的状态。
2．大磨粒百分比(PLP)
以表示，它主要表达的是大尺寸磨粒在磨粒中占的比例。机电设备在正常磨损时产生的磨粒多是小尺寸的，如果大磨粒所占的比例增加了，说明机器的磨损状态发生了异常，机器已经或者即将发生故障。大磨粒百分比能够较准确地反映机电设备的磨损状态，研究表明0.8作为大磨粒百分比的极限值比较适宜。
3．磨损烈度
以或；表示。从理论上讲，该指标既包含了磨粒浓度，又包含了磨粒尺寸分布双重信息，应该能够更准确、更灵敏地表示机电设备的磨损状态。但是，由于铁谱分析数值的分散性比较大，再加以乘方，其分散度往往达到1～2个数量级。所以很难制定出该指标的标准值或极限值。
4．总磨损量
以表示不正常状态发生时，磨损颗粒的数量急剧增多，反映不同时间磨损微粒总量的变化。
5．组合铁谱密度
该指标表示铁谱片上7个位置处的磨粒覆盖面积百分比之和的平均数。这7个位置是从离基片出口端的距离(mm)排列，依次为：10、20、30、40、50、54～56。其表达公式为
(2—8)
6．累积值曲线
是以时间为横坐标，分别将每个新测得的和累加到以前全部读数的总和上作为纵坐标，形成两条曲线。磨损正常的机电设备应该是两条逐渐分开的直线。如果这两条直线发生突变或者形成两条斜率急速升高的曲线，则说明设备发生了异常磨损。
三、铁谱分析技术的特点
1．具有较高的检测效率和较宽的磨屑尺寸检测范围(磨屑检测尺寸在0.1～1000范围内)，可同时给出磨损机理、磨损部位以及磨损程度等方面的信息；．
2．定性分析与定量分析相结合，提高了诊断结论的可靠性；
3．能准确地检测出系统中一些不正常磨损的轻微征兆，如早期的疲劳磨损、粘着、擦伤和腐蚀磨损等，可对磨损故障做出早期判断；
4．对润滑油中非铁系颗粒的检测能力较低，分析结果较多依赖操作人员经验，不能理想地适应大规模设备群的故障诊断。
油样光谱分析技术可以检测因零件磨损而产生的小于10的悬浮细小金属微粒的成分和尺寸。它的基本工作原理是根据油样中各种金属磨粒在离子状态下受到激发时所发射的特定波长的光谱来检测金属成分和含量的。它用特征谱线检测该种金属元素是否存在，用特征谱线强度表示该种金属含量的多少。通过检测出的金属元素的种类和浓度，即可推测出磨损发生的部位及其严重程度，并依此对相应零部件的工况做出判断。油样光谱分析技术有以下两种。
一、原子发射光谱分析法
在自然界中，如果没有外加能量的作用，无论原子、离子或分子都不会自发产生光谱。而当它们得到能量时，会由低能态或基态过渡到高能态，这种过渡称为激发，处于激发态的原子是十分不稳定的，它在极短的时间内(约s)便返回到低能态(或基态)。当它从高能态跃迁至基态或较低能级时，多余的能量便以光的形式释放出来，若使辐射光通过棱镜或光栅，就能得到一定波长顺序排列的图谱，即光谱。其辐射的能量可用下式表示
由于各种元素原子结构的不同，在光源的激发作用下，其谱线的波长特征也不一样，按一定的波长将其排列成谱线组，就成为特征谱线。故障诊断的原理就是通过检查谱线上有无特征谱线的出现判断该元素是否存在，实现光谱定性分析；根据谱线强度求出元素含量，实现光谱定量分析。
原子发射光谱分析法的油样不需经预处理，检测时间只需40s左右，且可同时测21～24种元素，但仪器的价格较高。
二、原子吸收光谱分析法
原子吸收光谱技术是将待测元素的化合物(或溶液)在高温下进行试样原子化，使其变为原子蒸气。当锐线光源(单色光或称特征辐射线)发射出的一束光，穿过一定厚度的原子蒸气时，光的一部分被原子蒸气中待测元素的基态原子吸收。透过光经过单色器将其它发射线分离掉，选出样品的特征谱线，检测系统测量出通过样品之前和通过样品之后光束的强度，根据光束吸收定律求得待测元素的含量。
原子吸收光谱法具有分析精度高(可达数量级)、取样少、适用范围广的特点，但是每测一种元素都要更换一种元素灯，操作烦琐；检测中使用燃气火焰不方便也不安全。
三、光谱分析法的特点
尽管光谱分析法具有灵敏度高、准确度高、分析速度快和应用范围广的优点，但是，在设备故障诊断与监测的应用中也存在一些问题。
1．原子光谱分析只能提供关于元素及其含量的信息，不能识别磨粒的形貌、尺寸、颜色，故不能判定磨损类型及原因。
2．原子吸收光谱分析法分析的磨粒最大尺寸不超过10，一般在2时检测效率最高。而大多数机器失效期的磨粒特征尺寸多在20～200m之间，大大超过了该种方法的分析尺寸范围，因而采用该方法时会遗漏一些重要信息。
3．光谱仪主要用于有色金属磨粒的检验和识别，并且由于其对工作环境要求较高，一般只能在实验室工作。
一、油样铁谱分析仪器
进行油样铁谱分析的仪器称为铁谱仪。自1971年在美国出现第一台铁谱仪的样机以来，经过三十多年的发展，至今出现了分析式铁谱仪、直读式铁谱仪、在线式铁谱仪和旋转式铁谱仪等4种各具特点的铁谱仪。
(一)分析式铁谱仪
分析式铁谱仪一般是指包括铁谱制谱仪、铁谱显微镜和铁谱读数器在内的成套测试系统。铁谱制谱仪主要用途是分离油样中磨损微粒并制成铁谱谱片，它由微量泵、磁场装置、玻璃基片、特种胶管及支架等部件组成。
分析式铁谱仪的工作原理及过程如图4—9所示。从设备润滑系统或液压系统取的原始油样经制备后，由微量泵输送到与磁场装置呈一定倾斜角度的玻璃基片上(铁谱基片)。油样由上端以约15m／h的流速流过高梯度强磁场区，从基片下端流入回油管，然后排入储油杯中。在随油样流下的过程中，可磁化的磨屑在高梯度强磁场作用下，由大到小依序沉积在玻璃基片的不同位置上，沿磁力线方向(与油流方向垂直)排列成链状，经清洗残油和固定颗粒的处理之后，制成铁谱片。在铁谱显微镜下，对铁谱基片沉积磨粒进行有关大小、形态、成分、数量方面的定性和定
量分析后，就可以对被监测设备的摩擦磨损状态作出判断。
利用该仪器直接观察磨粒色泽或采用化学辨色的方法，可以识别出铁磁材料、有色金属和一些非金属物质；通过铁谱读数器可直接得到被测部位磨粒覆盖面积百分数。
(a)制谱仪的工作原理 (b)铁谱片
图4—9 分析式铁谱仪的工作原理
1—油样；2—导油管；3—微量泵；4—玻璃基片；
5—磁场装置；6—回油管；7—储油杯
铁谱仪具有的定性分析和定量分析两种功能，不但可以提供关于磨损程度的信息，而且通过对磨粒形貌及其成分的观测，还能提供关于磨损发生机理及部位的信息。其缺点是制谱过程较慢，通常约需半个小时，且制谱环境条件要求严格，一般只能在实验室中进行。目前国内使用的分析式铁谱仪系统主要是：美国标准石油公司生产的双联式铁谱仪，国产的FTP—l型分析式铁谱仪和TPE—l型分析式铁谱仪。
(二)直读式铁谱仪
直读式铁谱仪是用来直接测定油样中磨粒的浓度和尺寸分布的仪器，它能方便、迅速、准确地测定油样内大小磨粒的相对数量，是目前设备监测和故障诊断的较好手段之一。
直读式铁谱仪的工作原理如图4—10所示。利用虹吸作用使稀释油样经吸油毛细管2从油样管J中吸出并流入倾斜安放的沉淀管3中，在磁场装置5的作用下油液夹带着磨粒向前流动，磨粒在沉淀管中沉淀，废油进入集油管4。磨粒的沉淀速度取决于本身的尺寸、形状、密度、磁化率和润滑油的粘度、密度和磁化率等许多因素。当这些因素固定后，磨粒的沉降速度与其尺寸的平方成正比，同时还与磨粒进入磁场后离管底的高度有关。因此，大磨粒沉积在入口处，而较小的颗粒则离入口处较远，如图4—11所示。该仪器沉淀管的入口处和离入口处5mm的地方各装有一个光伏探测器，分别作为大颗粒()和小颗粒()的光密度检测。其发出的光束，穿过沉淀管，经光导管7、8射向安装在另一端的光电检测器9、10。磨粒沉积量的变化，会使光电检测器接收到的光强度产生变化，这种变化经转换后，在数字显示装置上用光密度读数显示出来。直读式铁谱仪具有结构简单、价格便宜，制谱、读谱合二为一，分析过程简便、快捷的优点，但是其读数稳定性、重复性较差，且不能提供磨粒形貌来源信息。只宜用作油样快速分析和初步诊断。目前国内使用的直读式铁谱仪有美国生产的DR型铁谱仪、国产的ZTP型直读式铁谱仪和TPD型直读式铁谱仪。
图4—10直读式铁谱仪示意图
1—油样管；2—吸油毛细管；3—沉淀管；4—集油管；5—铁磁装置；6—灯泡；
7、8—导光管；9、10—光电检测器；11—数量装置
(三)旋转式铁谱仪
旋转式铁谱仪是利用磁场力和离心力共同作用使磨粒沉降的新型铁谱分析仪器。它克服了传统铁谱分析仪的两个重要缺陷：微量泵在输送油样时的碾压使磨粒原始形貌变化；先行沉积的磨粒对流道的堵塞，使谱片人口处磨粒堆积重叠。
旋转式铁谱仪的结构如图4—12所示，其工作原理为：驱动轴，带动永久磁铁2和固定在2上方的圆形基片3一起旋转，待测油样由输入管5流出至基片3的中心后随基片一起旋转，油样和非磁性杂质由于离心力的作用被甩出基片经排油管4排出，这样就消除了非铁磁性污染物对分析和测量的影响。铁磁性磨屑和附着铁磁性物质的磨粒被磁化后，同时受到重力、浮力以及磁力和离心力的综合作用，而有规律地沉积在基片上。
为了避免由于磁力线垂直于基片而造成铁磁性磨屑堆积重叠的缺陷，旋转式铁谱仪重新设计了磁场，其磁场装置原理如图4—13所示。磁场由3块同心圆环形磁铁组成3个同心圆磁场，由于工作位置的磁力线平行于玻璃基片，因而当含有铁磁磨粒的润滑油流过玻璃基片时，铁磁磨粒在磁场力的作用下，滞留于基片上，而且沿磁力线方向排列成环状谱线，其尺寸由内到外逐渐减小，如图4—14所示。
图4—11 沉淀管内磨粒的沉淀情况 图4—12 RPD的结构原理
1—驱动轴；2—永久磁铁；3—基片；4—排油管；5—油样注射输入管；6—清洗注射移液管
旋转式铁谱仪除克服了传统铁谱仪的两个缺陷外，还有以下优点：(1)对不同粘度的润滑油可选用不同的转速，使其使用范围更广；(2)操作简便，制片成本低；(3)不需对油样进行稀释等特殊处理，分析油样效率高；(4)仪器附有清洗液系统，可最大限度地减少污染。
图4—13旋转式铁谱仪的磁场结构图 图4—14旋转基片
二、油样光谱分析仪器
(一)原子吸收分光光度计
原子吸收光谱法所用的仪器称为原子吸收分光光度计，它由以下3部分组成：元素灯，又称为阴极射线管，其灯丝是由待检元素所制成；乙炔一空气灯，其作用是用高温火焰将油样中各种金属磨粒变成原子蒸气，使其成为离子状态；检测显示系统，包括单色器、光电管、放大器及数字显示屏幕等。
图4—15是原子吸收光谱仪工作原理图。润滑油试样经过预处理后送入仪器，由雾化器将试液喷成雾状，与燃料及助燃气一起进入燃烧器的火焰中。在高温下，试样转变为原子蒸气。空心阴极灯其元素与待测物质相同，其辐射出的一定波长的特征辐射光，通过火焰时，一部分被待测物质的基态原子吸收；另一部分透过火焰后强度变弱，进入光电元件转化为电信号。测量吸光度后，利用标准系列试样作出的吸光度—浓度工作曲线图，查出油样中待测物质的含量。
图4—15是原子吸收光谱仪工作原理图
1-电源 2-元素灯 3-油槽 4- 空气灯 5-单色器 6-放大器 7-光电元件 8-标准试样
(二)原子发射光谱分析仪器
原子发射光谱法所用的仪器种类较多，如发射光谱仪、光栅摄谱仪、光电光谱仪等。虽然这些仪器的构造各异，但基本工作原理大致相同，图4—16表示该类仪器的工作原理。
图4—16发射光谱仪工作原理图
由图可知，原子发射光谱分析仪的工作原理是，油样中各种金属元素在碳极电弧激发下发射出各种特征波长的射线，经光学系统的聚焦、折射及光栅的分光后，将各种特征波长的辐射线投入到相应的光电倍增管并转变成电信号，再经数据处理系统处理后显示出金属的种类及含量。
一、油样采集工作的原则
油样是油样分析的依据，是设备状态信息的来源。采样部位和方法的不同，会使所采取的油样中的磨粒浓度及其粒度分布发生明显的变化，所以采样的时机和方法是油样分析的重要环节。为保证所采油样的合理性，采取油样时应遵循以下几条基本原则：
1．应始终在同一位置，同一条件下(如停机则应在相同的时间后)和同一运转状态(转速、载荷相同)下采样；
2．应尽量选择在机器过滤器前并避免从死角、底部等处采样；
3．应尽量选择在机器运转时，或刚停机时采样；
4．如关机后采样，必须考虑磨粒的沉降速度和采样点位置，一般要求在油还处于热状态时完成采样；
5．采油口和采样工具必须保持清洁，防止油样间的交叉污染和被灰尘污染，采样软管只用一次。
二、油样采集的周期
油样采集周期应根据机器摩擦副的特性、机器的使用情况以及用户对故障早期预报准确度的要求而定。一般机器在新投入运行时，其采样间隔时间应短，以便于监测分析整个磨合过程；机器进入正常期后，摩擦副的磨损状态变得稳定，可适当延长采样间隔。如变速箱、液压系统等，一般每500h采一次油样；新的或大修后的机械在第一个1000h的工作期间内，每隔250h采一次油样；油样分析结果异常时，应缩短采样时间间隔。
图4—17 IRT-1200型红外点测温仪
(二)红外热成像仪
红外热成像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机电扫描系统，在不接触的情况下，接收物体表面的红外辐射信号并将该信号转变为电信号，经电子系统处理后传至显示屏上，从而得到与景物表面热分布相应的“实时热图像”。它可绘出空间分辨率和温度分辨率都较好的设备温度场的二维图形，实现了把景物的不可见热图像转换为可见图像，使人类的视觉范围扩展到了红外谱段。如图4-17所示。
1．红外热成像系统的基本构成
红外热成像仪由红外扫描器、监视器、显示器、录像机及计算机等构成。
红外扫描器又称探测器或红外摄像机，是红外热成像系统的主要组成部分。该部分的作用是通过红外扫描单元把来自被测对象的电磁热辐射能量转化为电子视频信号，并将该信号进行放大、滤波等处理后，传输到显示屏。
红外探测器的主要性能包括元数、每个元的探测率、响应率、时间常数及这些参数的均匀性及制冷性能等。目前最先进的热成像系统为焦平面式的红外热像仪，探测器无需制冷。
2．红外热成像系统探测波段的选择
红外热成像系统的探测器工作时，其接收到的被测物体的辐射能会因空气中的，及水分子的吸收而发生变化，从而引起测量结果不准确，为使这种影响降低最低程度，可根据红外波长与大气传导率的关系来选择探测波长，选择波段有4个：lm左右的近红外段，2～2.5m段，3～5m段，8～14m段。
通常将3～5m和8～14m两个波段称为“短波”和“长波”窗口，这两个波段具有响应速度快、灵敏度高的特点。长波段更适用于低温(-10～20℃)及远距离测量，多用在军事及气体的检查方面。短波段能在较宽范围内提供最佳功能，达到良好的测温效果。HRS-12型手持式热成像仪适用于3～5m波段扫描使用的仪器。
四、温度测试仪器的选用
根据接触式测温和非接触式测温两种测温方式，设备故障诊断常用的测温仪器可按表4—2分类。
在实际应用中是选用接触式测温仪还是非接触式测温仪，应根据被测物体的状况、测量环境以及两种测温方法的特点确定，表4—3对接触式与非接触式测温方法的特点进行了比较，供选用仪器时参考。
集成温度传感器是近年来研制成功的温度测量仪器，它以测温精度较高、互换性好、体积小、使用方便、可靠性高以及成本低廉等性能特点获得了广泛的应用。在选用集成温度传感器时，只需根据实际测温范围和测温精度的要求，选择合适的型号即可。表4—4列出了常见的几种集成温度传感器，供选用时参考。
表4—2测温仪器、仪表分类表
| 测温方式 | 分类名称 | 作用原理 |
| 接触式测温 | 膨胀式温度计(液体式、固体式) | 液体或固体受热膨胀 |
| 压力表式温度计(液体式、气体式、蒸汽式) | 封闭在固定容积中的液体、气体或某种液体的饱和蒸汽受热体积膨胀或压力变化 | |
| 电阻温度计 | 导体或半导体受热电阻值变化 | |
| 热电偶温度计 | 物体的热电性质 | |
| 非接触式测温 | 光电高温计 | 物体的热辐射 |
| 光学高温计 | ||
| 红外测温仪 | ||
| 红外热成像仪 | ||
| 红外热电视 |
表4—3 接触式与非接触式测温特点比较
| 接触式测温 | 非接触式测温 | |
| 必要条件 | 检测元件与测量对象有良好的热接触；测量对象与检测元件接触时，要使前者的温度保持不变 | 检测元件应能正确接收到对象发出的辐射；应明确知道测量对象的有效发射率或重现性 |
| 特点 | 测量热容量小的物体、运动物体等的温度有困难；受环境的限制；可测量物体任何部位的温度；便于多点、集中测量和自动控制 | 不会改变被测物体的温度分布；可测量热容量小的物体、运动物体等的温度；一般是测量表面温度 |
| 温度范围 | 容易测量1 000℃以下的温度 | 适合于高温测量 |
| 响应速度 | 较慢 | 快 |
表4—4几种常见的集成温度传感器
| 型号 | 测温范围℃ | 测温精度／℃ | 时间常数／s | 灵敏度 |
| MTSl02 | —4J0～150 | ±2 | 3～8 | |
| MTSl03 | ±3 | |||
| MTSl05 | ±5 | |||
| AD590 | —55～150 | ≤±5 | ||
| AD592 | —25～85 | ≤±3．5 | 1 |
机器的零部件在制造过程中其内部常常会出现各种缺陷。如铸铁件常会有气孔、缩松以及夹砂、夹渣等现象；锻件常有烧裂、龟裂现象；型材常见皮下气孔、夹杂等现象；焊缝则常有裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、夹杂、气孔以及咬边现象。由于这些缺陷深藏在零部件的内部，因此采用一般的检测方法很难发现，生产中由此引起的设备故障也很多。无损检测技术就是针对材料或零部件缺陷进行检测的一种技术手段。
无损检测是利用物体因存在缺陷而使某一物理性能发生变化的特点，在不破坏或不改变被检物体的前提下，实现对物体检测与评价的技术手段的总称。现代无损检测技术能检测出缺陷的存在，并且能对缺陷做出定性、定量评定。由于它独特的技术优势，因而在工业领域中得到了广泛应用。目前用于机器故障诊断的无损探伤方法有50多种，主要包括射线探伤、声和超声波探伤(声振动、声撞击、超声脉冲反射、超声成像、超声频谱、声发射和电磁超声等)、电学和电磁探伤、力学和光学探伤以及热力学方法和化学分析法。其中应用最广泛的是超声波探伤法、射线探伤法和磁粉探伤法等。
在日常生活中，人们利用声波来检测物体内部情况的现象比比皆是。如人们用手拍打西瓜来判断西瓜是否熟了，铁道工人用榔头敲打火车车轮以检查车轮是否开裂或松脱。超声波检测是先用发射探头向被检物内部发射超声波，用接收探头接收从缺陷处反射回来(反射法)或穿过被检工件后(穿透法)的超声波，并将其在显示仪表上显示出来。通过观察与分析反射波或透射波的时延与衰减情况，获得物体内部有无缺陷以及缺陷的位置、大小及性质等方面的信息。
一、超声波的基本知识
(一)超声波的特性
超声波是一种质点振动频率高于20kHz的机械波，因其频率超过人耳所能听见的声频段(16Hz～20kHz)而得名超声波。无损检测用的超声波频率范围为0.2～25MHz，其中最常用的频段为0.5～10MHz。
超声波之所以被广泛地应用于无损检测，是基于超声波的如下特性：
1．指向性好
超声波是一种频率很高、波长很短的机械波，在无损检测中使用的超声波波长为毫米数量级。它像光波一样具有很好的指向性，可以定向发射，犹如一束手电筒灯光可以在黑暗中寻找所需物品一样在被检材料中发现缺陷。
2．穿透能力强
超声波的能量较高，在大多数介质中传播时能量损失小，传播距离远，穿透能力强，在某些金属材料中，其穿透能力可达数米。
(二)超声波的分类
声波在介质中传播时，有不同的运动形式，按介质质点振动方向分类，超声波有以下几种。
1．纵波
纵波是介质质点的振动方向与波的传播方向平行的波，用L表示(图2—18a)。纵波是弹性介质的质点受到交变的拉压应力作用时产生的，故又称压缩波或疏密波。纵波可在任何弹性介质(固体、液体和气体)中传播。
2．横波
介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波，常用S或T表示(图2—18b)。横波是由于介质质点受到交变的剪切应力产生切变变形而形成的波，故横波又称切变波。横波只能在固体介质中传播。
3．表面波
介质表面受到交变应力作用时，产生的沿介质表面传播的波，常用R表示(图2—18c)。表面波是瑞利于1887年首先提出来的，因此表面波又称瑞利波。表面波在介质表面传播时，介质表面质点作椭圆运动，椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向，表面波可视为纵波与横波的合成，因此表面波同横波一样只能在固体表面传播。表面波的能量随距表面深度的增加而迅速减弱。当传播深度超过两倍波长时，其振幅降至最大振幅的0.37倍。因此，通常认为表面波检测只能发现距工件表面两倍波长深度内的缺陷。
4．板波
在厚度与波长相当的弹性薄板中传播的波称为板波。广义地，板波也包括在圆棒、方钢和管材中传播的波，但通常所说的板波仅狭义地指兰姆波。兰姆波又分为对称型(S型、图4—18d)和非对称型(A型、图4—18e)两种。其中，对称型兰姆波的特点是：薄板中心质点作纵向振动，上下表面质点作相位相反并对称于中心的椭圆振动；而非对称型兰姆波的特点是：薄板中心质点作横向振动，上下表面作相位相同的椭圆振动。
(a)纵波 (b)横波
(c)表面波 (d)对称型兰姆波 (e)非对称型兰姆波
图4—18 超声波波型
二、超声波检测设备
超声波探伤仪是超声波探伤检测的主要设备。目前在工业领域中使用的探伤仪种类很多，性能各异。为能合理地选用超声波探伤仪，现将常用的探伤仪的基本特性介绍如下。
(一)超声波探伤仪器的性能指标
1．水平线性
也称时基线性或扫描线性。它表征检测仪水平扫描线扫描速度的均匀程度，是扫描线上显示的反射波距离与反射体距离成正比的程度的性能指标。水平线性的好坏影响对缺陷的定位。
2．垂直线性
也称放大线性。它是描述检测仪示波屏上反射波高度与接收信号电压成正比关系的程度的指标。垂直线性影响对缺陷的定量分析。
3．动态范围
是检测仪示波屏上反射波高度从满幅降至消失时仪器衰减器的变化范围。动态范围大，对小缺陷的检出能力强。
4．信噪比
界面反射波幅与最大杂波幅度之比，要求越大越好。
5．灵敏度余量
也称综合灵敏度。它是指探测一定深度和尺寸的反射体时，当其反射波波幅被调节到检测仪示波屏指定高度时，检测仪所剩余的放大能力。
6．盲区
是指探测面附近不能探测缺陷的区域，以探测面到所能探出缺陷的最小距离表示，要求越小越好。
7．始波宽度
指发射脉冲的持续时间。始波宽度大，盲区就大，探测近表面缺陷的能力就差。
8．分辨力
指在声束作用范围内，在检测仪示波屏上把两个相邻缺陷作为两个反射信号区别开来的能力。纵向分辨力是指区分距探头不同深度的两个相邻缺陷的能力；横向分辨力是指区分距探头相同深度的两个相邻缺陷的能力。
一般探测定位要求高时，应选择水平线性误差小，且垂直线性好的仪器；对大型零件探伤时，应选择灵敏度余量高、信噪比高、功率大的仪器；探测发现近表面缺陷和区分相邻缺陷时，应选择盲区小、分辨率高的仪器；室外现场探伤时，应选择重量轻、荧光屏亮度好、抗干扰能力强的便携式仪器。
(二)超声波探测仪的种类
1．脉冲波检测仪
它通过向工件周期性地发射不连续但频率固定的超声波，然后根据超声波的传播时间及幅度来判断工件中有无缺陷、位置、大小和性质等。与其它超声波检测仪相比，这种仪器具有如下优点：
(1)使用单个探头脉冲即可实现对工件的检测，这对于诸如容器、管道等一些很难在双面放置探头进行检测的场合，更显示出明显的优越性。
(2)灵敏度高，可同时探测到不同深度的多个缺陷，分别对缺陷进行定位、定量和定性。
(3)适用范围广，用一台检测仪可进行纵波、横波、表面波和板波检测，不仅可以检测工件缺陷，而且还可用于测厚、测声速和测量衰减等。
2．连续波检测仪
它通过探头向工件周期性地发射连续且频率不变(或在小范围内周期性变化)的超声波，然后根据透过工件的超声波的强度变化来判断工件中的缺陷情况。这种仪器的灵敏度低，且不能确定缺陷的位置，因而多用于超声显像和测厚等方面。该仪器按显示缺陷的方式有以下3种，如图4—19所示。
(a)缺陷 (b)A型显示 (c)B型显示 (d)C型显示
图4—19 A型、B型和C型显示
A型显示是通过波形显示缺陷的。检测仪示波屏的横坐标代表声波的传播时间(或距离)，纵坐标代表反射波的幅度。由反射波的位置可以确定缺陷的位置，由反射波的波高可估计缺陷的性质和大小。
B型显示是通过图像显示缺陷，检测仪示波屏的横坐标靠机械扫描来代表探头的扫查轨迹，纵坐标靠电子扫描来代表声波的传播时间(或距离)，因而可直观地显示出被探工件任一纵截面上缺陷的分布及深度。
C型显示也是通过图像显示缺陷的。它与B型显示的区别在于，检测仪示波屏的横坐标和纵坐标都是靠机械扫描来代表探头在工件表面的位置的。探头接收信号幅度以光点辉度表示，当探头在工件表面移动时，示波屏上便显示出工件内部缺陷的平面图像(顶视图)，但不能显示缺陷的深度。
目前，应用最广泛的是A型显示的脉冲反射式超声波检测仪。
(三)探头的选择
超声波探伤中，超声波的发射和接收都是通过探头来实现的。探头的核心部分是圆晶片。其材料为石英、硫酸锂等压电材料。晶片的上、下两面都镀有很薄的银层作为电极，在电极上加高频电压后，晶片就在厚度方向产生伸缩，这样就把电的振荡转换为机械振动，形成介质中传播的超声波。反之，将高频机械振动(超声波)传到晶片上，使晶片超声振动，这时晶片的两极间就会产生频率与超声波频率一样，强度与超声波强度成正比的高频电压，实现超声波接收。
1．探头形式的选择
常用的超声波探头形式有直探头、斜探头、表面波探头、双晶片探头和水浸探头等。探头形式应根据工件的形状和可能出现缺陷的部位、方向等进行选择，一般应使声束轴线与缺陷尽量垂直。
(1)直探头 只能用于发射和接收纵波，多用于探测与探测面平行的缺陷，如锻件、钢板中的夹层、折叠等缺陷。其典型结构如图2—20(a)所示。
(2)斜探头 是利用透声楔块使声束倾斜于工件表面射人工件，通过波形转换实现横波探伤。主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷，如焊缝中未焊透、夹渣、未溶合等。其典型结构如图2—20(b)所示。
(3)表面波探头 是斜探头的一个特例，用于探测工件表面缺陷。其结构与横波斜探头完全相同，只是楔块入射角不同。
(4)双晶片探头 双晶片探头又称联合双探头或分割式TR探头。这种探头在同一壳体内装有一发一收两个压电晶片，两个晶片之间用隔声层隔开，以防止发射声波直接进入接收晶片。晶片前面带有机玻璃延迟块，使声波延迟一段时问进入工件，这样大大减小了盲区，有利于近表面缺陷的探测。其典型结构如图4—20(c)所示。
横波
(a)纵波直探头 (b)横波斜探头 (c)双晶片探头
1—接头；2一壳体； 1—阻尼块；2一接头； 1—接头；2一吸声材料；
3—阻尼块；4—压电晶片； 3—吸声材料；4—壳体； 3—压电晶片；4—延迟块；
5—保护膜；6—接地环 5—透声楔块；6—压电晶片 5—隔声层；6—壳体；7探伤区
图4—20常见超声波探头的典型结构
2．探头频率的选择
超声波应用于探伤检测时，其频率变化对探伤有如下影响：
(1)由于波的绕射，超声波探伤灵敏度约为／2(为波长)，因此提高频率有利于发现更小的缺陷。
(2)频率高，脉冲宽度小，分辨率高，有利于区分相邻缺陷。
(3)频率高，波长短，半扩散角小，声束指向性好，能量集中，有利于发现缺陷及对缺陷定位。但近场区长度大，衰减大，也对探伤造成一些不利影响。
由此可知，频率的高低对探伤有较大影响，因此实际探伤中要分析考虑各方面的因素，合理选择频率。一般对于晶粒较细的锻件、轧制件和焊接件等常用2.5—5.0MHz的高频率；对于晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等用0.5～2.5MHz的较低频率；塑料零件的探测频率常用O.5～lMHz；陶瓷的探测频率可用0.5～2MHz。
3．探头晶片尺寸的选择
探头圆晶片尺寸一般为10～20 mm。晶片大小对探伤有以下影响。
(1)晶片尺寸增加，半扩散角减小，波束指向性变好，超声波能量集中，对探伤有利。但此时近场区长度迅速增加，对探伤不利。
(2)晶片尺寸大，辐射的超声波能量大，探头未扩散区扫查范围大，远距离扫查范围相对较小，发现远距离缺陷的能力增强。
在探伤中，应合理选择晶片尺寸。探伤大面积工件时，为了提高探伤效率，宜选用大晶片探头；探伤厚度较大的工件时，为了有效发现远距离的缺陷，也应选用大晶片探头；探伤小工件时，为了提高定位、定量精度，宜选用小晶片探头；探伤表面不太平整、曲率较大的工件时，为了减少耦合损失，宜选用小晶片探头。
三、超声波检测技术的应用
(一)螺栓的超声波检测
电站中高温高压部件(如汽缸、主蒸气门、调速气门等)用的螺栓，在运行中经常有断裂的现象。
一般螺栓的断裂多是横向裂纹引起的，如紧固螺栓螺纹根部产生的裂纹是沿螺栓横断面发展的横向裂纹，中心孔加热不当产生的内孔裂纹也是横向裂纹。因此应将直探头放在螺栓端面上探测，声束刚好与裂纹面垂直，对发现这些裂纹很有利，如图4—21所示。
(a)直探头在螺栓端面上探测 (b)检验仪显示的波形
图4—21 螺栓的超声波检测
(二)车轴的超声波检测
车轴是机车、车辆运行时受力的关键部位之一，它在水、气的浸蚀中承受载荷，容易产生裂纹，而且多数是危险性较大的横向裂纹。对车轴探伤时经常采用横波探伤法和小角度纵波探伤法，如图4—22(a)和图4—22(b)所示。
（a）横波探伤法 （b）纵波探伤法
图4—22 车轴的超声波检测
所谓射线，就是指X射线、射线、射线、射线、电子射线和中子射线等。其中，X射线、射线和中子射线因易于穿透物质而在产品质量检测中获得了广泛应用。它们的作用原理是：射线在穿过物质的过程中，由于受到物质的散射和吸收作用而使其强度降低，而降低的程度取决于物体材料的种类、射线种类及其穿透距离。根据这一原理，把强度均匀的射线照射到物体(如平板)的一个侧面，通过在物体的另一侧检测射线在穿过物体后的强度(变化)，就可检测出物体表面或内部的缺陷，包括缺陷的种类、大小和分布状况。例如：当厚度相同的板材含有气孔时，有气孔的部分不吸收射线容易穿透，相反，如果混进容易吸收射线的异物，这些地方射线就难于穿透。
射线探伤技术最常用的方法是X射线照相法探伤。它是用强度均匀的x射线照射所检测的物体，使透过的射线在照相胶片上感光，胶片显影后可以得到与材料内部结构和缺陷相对应的黑度不同的射线底片，通过对底片的观察来检查缺陷的种类、大小、分布状况等的一种探伤方法。这种将透过物体的射线直接在胶片上感光的方法也叫直接照相法。
一、X射线的性质
X射线的产生原理如下。图4—23所示为一个两极电子管，将阴极灯丝通电使其白炽后，电子就在真空中放出。当两极之间加几十千伏乃至几百千伏的电压(管电压)时，电子就会从阴极以很大的动能向阳极方向加速飞行，当它们撞击阳极金属后，其能量的大部分转变成了热量，只有一小部分转变为X射线能。X射线的强度，即单位时间内发射X射线的能量，随管内电流的增加而增加。
X射线与探伤有关的特性有：(1)衰减特性，即当x射线穿透物体时，会产生吸收和散射；(2)照相特性；(3)线质问题，即X射线穿透物体时，随穿透厚度的增加，波长较长的部分更多地被吸收，这种情况称为X射线在穿透后变硬了。实用中采用半价层表示这一概念。半价层是指射线穿透后，X射线强度减弱为一半时的穿透厚度，用物质名称再加穿透厚度表示，如铁0.9mm、铝3.5mm等，半价层越薄则表示射线的线质越软。
图4—23 X射线的产生
二、X射线照相法的适用范围及特点
X射线照相法在检测焊缝、铸件等方面的应用非常广泛，它几乎适用于所有的材料，检测结果(照相底片)可永久保存。但是，这种方法从检测结果中很难辨别缺陷的深度，要求在被检试件的两面都能操作，对厚的试件曝光时间需要很长。
对厚的被检测物可使用硬X射线或射线；对薄的被检物则使用软X射线。射线穿透物质的最大厚度为：钢铁约450 mm，铜约350 mm，铝约1200 mm。
对于气孔、夹渣和铸件孔洞等缺陷，即使很小的缺陷也容易检查出来；而对于如裂纹等虽有
一定的投影面积但厚度很薄的一类缺陷，只有用与裂纹方向平行的x射线照射时才能检查出来，而用与裂纹面几乎垂直的射线照射时就很难查出。这是因为，在照射方向上几乎没有厚度差别的缘故。因此，有时要改变照射方向来进行照相。
观察一张透射底片能够直观地知道缺陷的形状、大小及分布，并能估计缺陷的种类，但无法知道缺陷厚度以及离表面的位置等信息。要了解这些信息，就必须用不同照射方向的两张或更多张底片。
三、应用x射线照相法的注意事项
1．应注意射线辐射对人体健康(包括遗传因素)的损害
射线不仅是笔直地向前辐射，它还通过被检物、周围的墙壁、地板以及天花板等障碍物进行反射与透射传播，要注意其对人体辐射的防护。X射线装置是在几万乃至十几万伏高电压下工作的，因此要注意高压危险。
2．注意底片上缺陷图像的对比度和清晰度
射线源与被测工件之间的距离较大可增加清晰度，但射线的强度是同射线源与胶片间的距离的平方成反比的，所以不能把此距离拉得太大。此外，应合理选择胶片和增感屏，使胶片易于感光，以便摄得清晰度高的底片。
