作者：李彬彬，等
隨著軸承轉(zhuǎn)速的提高，相應(yīng)地，軸承各種摩擦生熱加劇、保持架及滾動體打滑、滾動表面損傷、保持架穩(wěn)定性、疲勞壽命降等問題將產(chǎn)生，對于軸承的狀態(tài)監(jiān)測來說，轉(zhuǎn)速、載荷、溫升、振動、潤滑都是重要的功能參數(shù)。其中，若能夠準(zhǔn)確測量不同工況下軸承的溫度（溫升）將有利于評估高速旋轉(zhuǎn)軸承的運(yùn)行狀態(tài)和性能。
根據(jù)測量軸承溫度所需的范圍精度、靈敏度、壽命、尺寸、成本、可靠性及測量可行性等因素可選擇不同的溫度測量與測試方法。下面重點(diǎn)對熱電偶測溫法、紅外輻射測溫法、光纖光柵傳感器測溫法、LC電子振蕩測溫法4種高速旋轉(zhuǎn)軸承測溫技術(shù)進(jìn)行介紹。
1 熱電偶測溫
熱電偶測溫方法是利用熱電效應(yīng)原理將溫度信號轉(zhuǎn)變成熱電動勢信號的一種接觸式溫度測量方法。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單，測溫精度較高，便于遠(yuǎn)程測量操控，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，是目前軸承溫度測量領(lǐng)域中使用較廣泛的測溫方法。但熱電偶測溫法屬于點(diǎn)測溫方法，不能反映區(qū)域溫度分布的變化，存在一定的局限性。
熱電偶的安裝（油膜軸承）
2 紅外輻射測溫法
紅外輻射測溫法是根據(jù)一切溫度高于熱力學(xué)零度的物體都具有以電磁波的形式向外輻射能量特性，基于紅外光的溫度效應(yīng)，利用普朗克分布定律將紅外光轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的測溫方式。紅外輻射測溫方式安全、快速、可靠、方便，屬于非接觸式測溫方法，可在軸承運(yùn)行過程中獲得軸承溫度的動態(tài)變化特性。
如下圖所示，將小型化、低功耗的紅外測溫傳感器和振動信號傳感器集成到軸承外圈上，將傳感器模塊用環(huán)氧樹脂粘接在被監(jiān)測軸承上，紅外測溫傳感器的探頭對準(zhǔn)軸承內(nèi)圈，以測量軸承內(nèi)圈的溫度，實(shí)現(xiàn)對軸承運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)智能監(jiān)控。
軸承和傳感器的集成
基于波的測量方法還有：聲表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)，它是一種沿著固體表面?zhèn)鞑サ穆暡ǎ悄芰考杏诠腆w表面附近的一種彈性波。聲表面波的傳播速度比電磁波慢很多，所以，在聲表面波的傳播路徑上，易于對信號取樣并進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，利用這個特點(diǎn)，可以用聲表面波來模擬電子學(xué)的各種功能。
測量原理
無線測溫溫系統(tǒng)與傳統(tǒng)測溫方式的對比
文獻(xiàn)[5]建立了多光譜溫度測量方法。根據(jù)Palmgren模型建立高速軸承的熱力學(xué)模型，利用輻射傳熱原理分別分析高速軸承熱輻射源和背景熱輻射源的影響機(jī)理，采用圖解法求解背景熱輻射源對被測軸承的角系數(shù)，從而建立軸承的多光譜溫度測量模型，實(shí)現(xiàn)了軸承溫升的測量。
3 光纖光柵傳感器測溫法
光纖光柵傳感器測溫法是利用光纖材料的光敏特性，使光纖折射率發(fā)生沿軸向周期或非周期的永久性變化，在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵。光纖光柵測溫法具有尺寸小、重量輕、不受電磁干擾、靈敏度高、抗腐蝕、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。
光纖光柵傳感器的布置
4 LC電子振蕩測溫法
LC電子振蕩測溫法是通過由全無源器件構(gòu)成的LC傳感器，通過溫敏材料，將被測溫度轉(zhuǎn)化為LC諧振回路的諧振頻率進(jìn)行測量的測溫方式。這種測溫方式不再依賴各種線信號，可應(yīng)用于復(fù)雜惡劣工作環(huán)境下的軸承溫度測量。
溫度傳感器在球軸承上的安裝
（無電池、無線傳感技術(shù)）
總結(jié)
（1）熱電偶測溫法相對成熟，結(jié)構(gòu)簡單，測溫精度較高，便于遠(yuǎn)程測量操控，價(jià)格低，在軸承測溫領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但熱電偶測溫只能反映監(jiān)控點(diǎn)的溫度，而不能研究軸承的區(qū)域溫度分布，并且熱電偶的動態(tài)溫度測量精度不高。
（2）紅外輻射測溫法作為非接觸式測溫方法，能夠反映軸承的溫度分布，并能進(jìn)行動態(tài)特性監(jiān)測。但紅外輻射測溫法易受到環(huán)境背景輻射的干擾而導(dǎo)致溫度測量精度不高，需要對軸承紅外溫度測量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償和修正。
（3）光纖光柵傳感器測溫法作為無源敏感元件的測溫方式，具有體積小、重量輕、測量范圍大、靈敏度高、防爆、防燃、抗電磁干擾等特點(diǎn)。但光纖光柵傳感器的價(jià)格昂貴，在高溫、高旋轉(zhuǎn)速度惡劣環(huán)境下對軸承溫度進(jìn)行測量的可靠性還需進(jìn)一步驗(yàn)證。
（4）LC電子振蕩測溫法基于無源器件特性，可應(yīng)用于工作環(huán)境惡劣下軸承溫度測量，但對于超高旋轉(zhuǎn)速度環(huán)境下軸承溫度的精確測量還需進(jìn)一步突破。
（5）開發(fā)航空發(fā)動機(jī)等超高速旋轉(zhuǎn)條件下軸承溫度的精確測量技術(shù)，將是軸承溫度測量領(lǐng)域需要重點(diǎn)突破的研究方向之一。最近的CdTe量子點(diǎn)溫度傳感器在理論上不受軸承轉(zhuǎn)速的限制，已成功應(yīng)用于15 000 r/min超高旋轉(zhuǎn)速度下軸承的溫度監(jiān)測，可望在航空發(fā)動機(jī)等超高速旋轉(zhuǎn)情況下軸承溫度測量領(lǐng)域具有良好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
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來源：軸承雜志社
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