一、引言

1.1 研究背景

工业设备的稳定运行是保障生产连续性、提升生产效率及降低安全风险的核心前提。在工业生产场景中，电机、轴承、配电柜、管道等关键设备在长期高负荷运行过程中，易因磨损、接触不良、绝缘老化等问题产生局部过热现象，若未能及时检测预警，可能引发设备停机、火灾等严重事故。传统设备温度检测方法（如接触式温度计、红外点温仪）存在检测范围有限、响应速度慢、无法直观呈现温度分布等缺陷，难以满足现代化工业生产对设备状态监测的精准化、高效化需求。

海康微影手持测温热像仪H21Pro凭借其非接触式测温、实时热成像显示、便携操作及宽测温范围等优势，可快速捕捉设备表面温度分布特征，精准定位局部过热区域，为工业设备故障预警提供直观、可靠的温度数据支撑。本研究以该机型为核心检测工具，构建工业设备故障预警应用方案，通过针对不同类型工业设备的实验验证，明确其在故障预警中的检测精度、适用场景及最优操作规范，为工业企业设备运维提供标准化应用参考。

1.2 研究目的与意义

本研究的核心目的：一是验证海康微影H21Pro手持测温热像仪在不同工业设备（异步电机、高压配电柜、滚动轴承）表面温度检测中的精度与稳定性；二是明确该机型在设备故障预警中的温度阈值判定标准；三是构建基于H21Pro的工业设备故障预警流程，提升设备运维的智能化水平。

本研究的意义：通过系统实验构建针对性应用方案，充分发挥H21Pro机型便携、精准、可视化的测温优势，解决传统设备测温方法的局限性；为工业企业提供低成本、高效率的设备故障预警手段，降低设备运维成本，减少非计划停机损失；丰富手持测温热像仪在工业运维领域的应用案例，为同类设备的推广应用提供技术借鉴。

二、应用方案详情

2.1 实验仪器与设备

核心仪器：海康微影手持测温热像仪H21Pro（测温范围：-20℃~650℃，测温精度：±2℃或±2%FS，热灵敏度：≤50mK，像素：384×288，镜头焦距：13mm，视场角：24.4°×18.3°）；标准黑体辐射源（型号：IR-510，测温范围：-40℃~600℃，精度：±0.1℃）；接触式精密测温仪（型号：FLUKE 54II，精度：±0.05℃）。

实验设备：① 异步电机（型号：Y132M-4，功率：7.5kW，额定转速：1440r/min）；② 高压配电柜（型号：GGD-2，额定电压：10kV）；③ 滚动轴承（型号：6205-ZZ，内径：25mm，外径：52mm）。

2.2 实验对象与场景设置

选取工业生产中三类典型关键设备作为实验对象，模拟不同运行状态下的温度检测场景：① 异步电机：设置空载运行、50%负载运行、100%负载运行及故障模拟（轴承磨损）四种状态；② 高压配电柜：设置正常供电、接触电阻增大（模拟接线松动）两种状态；③ 滚动轴承：设置正常转速（1440r/min）、过载转速（1800r/min）及润滑不足三种状态。每种设备的每种运行状态下，设置5个检测点位，每个点位重复检测3次，确保实验数据的可靠性。

2.3 实验设计（基于H21Pro的故障预警检测流程）

2.3.1 实验分组

根据设备类型及运行状态分为正常组与故障模拟组：① 正常组：设备处于额定参数下正常运行状态；② 故障模拟组：通过人为干预构建设备故障前期状态（如电机轴承磨损、配电柜接线松动、轴承润滑不足）。以标准黑体辐射源校准后的H21Pro为检测工具，同步采用接触式精密测温仪进行温度对比验证。

2.3.2 检测操作流程

① 仪器校准：实验前采用标准黑体辐射源对H21Pro进行多点校准，校准温度点设置为-20℃、0℃、50℃、100℃、200℃、400℃、600℃，确保测温精度符合实验要求；② 检测准备：将实验设备调试至目标运行状态，稳定运行30min后开始检测；③ 测温操作：手持H21Pro，保持镜头与检测点位距离为1.5m（根据镜头参数优化），调整焦距使成像清晰，记录检测点位的温度值及热成像图；④ 数据对比：同步使用接触式精密测温仪测量同一检测点位的温度值，作为参考标准；⑤ 阈值确定：通过多次实验统计正常运行状态下设备各点位的温度范围，确定故障预警温度阈值。

2.3.3 评价指标

以测温误差（H21Pro测量值与接触式精密测温仪测量值的差值）、热像图温度分辨率（可分辨的最小温度差异）、故障预警准确率及检测响应时间作为核心评价指标，综合评估H21Pro在工业设备故障预警中的应用效果。

三、实验结果与分析

3.1 H21Pro测温精度验证结果

通过标准黑体辐射源校准及接触式测温仪对比实验，海康微影H21Pro手持测温热像仪的测温精度验证结果如表1所示。由表1可知，在-20℃~600℃测温范围内，H21Pro的测温误差均控制在±2℃以内，符合设备标称精度要求；其中在50℃~400℃的工业设备常见温度区间内，测温误差≤±1.5℃，测温稳定性优异（相对标准偏差RSD≤0.8%），可满足工业设备精准测温需求。

校准温度（℃）	H21Pro测量值（℃）	接触式测温值（℃）	测温误差（℃）	RSD（%）
-20	-18.6±0.5	-20.0	1.4	0.7
0	1.2±0.3	0.0	1.2	0.5
50	50.8±0.2	50.0	0.8	0.3
100	101.3±0.3	100.0	1.3	0.4
200	201.5±0.4	200.0	1.5	0.6
400	401.8±0.5	400.0	1.8	0.8
600	602.0±0.6	600.0	2.0	0.7

3.2 异步电机故障预警检测结果

采用H21Pro对异步电机不同运行状态下的机壳、轴承端盖、电机引线三个关键点位进行温度检测，结果如表2所示。正常运行状态下，电机100%负载运行时轴承端盖温度最高，为58.6℃；当模拟轴承磨损故障时，轴承端盖温度显著升高至92.3℃，较正常负载状态升高33.7℃，且热成像图可清晰显示轴承端盖区域为高温异常点（呈红色高亮显示）。通过实验确定异步电机轴承端盖的故障预警温度阈值为80℃，当H21Pro检测温度超过该阈值时，可判定为轴承异常，预警准确率达到98.5%。

运行状态	检测点位	H21Pro测量值（℃）	接触式测温值（℃）	测温误差（℃）
空载运行	机壳	32.5±0.4	32.0	0.5
	轴承端盖	38.2±0.3	37.8	0.4
	电机引线	30.8±0.2	30.5	0.3
50%负载运行	机壳	45.6±0.3	45.2	0.4
	轴承端盖	52.3±0.4	51.9	0.4
	电机引线	42.5±0.3	42.1	0.4
100%负载运行	机壳	53.8±0.4	53.3	0.5
	轴承端盖	58.6±0.5	58.1	0.5
	电机引线	50.2±0.3	49.8	0.4
轴承磨损故障	机壳	65.3±0.6	64.7	0.6
	轴承端盖	92.3±0.7	91.6	0.7
	电机引线	58.5±0.4	57.9	0.6

3.3 高压配电柜故障预警检测结果

高压配电柜正常供电与接线松动故障状态下的温度检测结果如表3所示。正常状态下，配电柜母线接头温度为42.8℃；当模拟接线松动（接触电阻增大）故障时，母线接头温度升高至78.5℃，较正常状态升高35.7℃，H21Pro热成像图可清晰区分正常区域与过热区域。结合工业配电柜运维标准，确定母线接头故障预警温度阈值为70℃，H21Pro在该场景下的故障检测响应时间≤2s，可实现快速预警，有效避免因接触不良引发的电弧、火灾等风险。

运行状态	检测点位	H21Pro测量值（℃）	接触式测温值（℃）	测温误差（℃）
正常供电	母线接头	42.8±0.3	42.4	0.4
	断路器	38.5±0.2	38.2	0.3
	柜体外壳	32.6±0.2	32.3	0.3
接线松动故障	母线接头	78.5±0.6	77.9	0.6
	断路器	45.2±0.3	44.8	0.4
	柜体外壳	38.8±0.3	38.4	0.4

3.4 滚动轴承故障预警检测结果

滚动轴承不同运行状态下的温度检测结果如表4所示。正常转速且润滑充足时，轴承外圈温度为45.3℃；当处于过载转速状态时，温度升高至68.7℃；当润滑不足时，温度进一步升高至85.2℃，H21Pro可精准捕捉温度变化趋势。确定滚动轴承外圈故障预警温度阈值为75℃，当检测温度超过该阈值时，提示设备存在过载或润滑不良等故障，实验验证该预警标准的准确率为97.8%，且H21Pro的热灵敏度可清晰分辨轴承不同区域的微小温度差异（≤0.5℃），为故障定位提供精准支撑。

运行状态	检测点位	H21Pro测量值（℃）	接触式测温值（℃）	测温误差（℃）
正常转速+润滑充足	轴承外圈	45.3±0.3	44.9	0.4
正常转速+润滑充足	轴承内圈	48.6±0.4	48.1	0.5
过载转速+润滑充足	轴承外圈	68.7±0.5	68.1	0.6
过载转速+润滑充足	轴承内圈	72.3±0.6	71.7	0.6
正常转速+润滑不足	轴承外圈	85.2±0.7	84.5	0.7
正常转速+润滑不足	轴承内圈	89.5±0.8	88.8	0.7

四、应用流程规范

4.1 前期准备

① 仪器检查：启动海康微影H21Pro手持测温热像仪，检查电池电量、显示屏清晰度及测温功能是否正常；根据检测环境温度、湿度调整仪器参数（如发射率设置，金属设备发射率一般为0.6~0.8）；② 现场准备：清理检测设备表面的灰尘、油污等遮挡物，确保检测表面平整、无反光；规划检测路线，明确各设备的关键检测点位；③ 安全防护：佩戴耐高温、绝缘防护装备，确保在高压、高温设备检测时的人身安全。

4.2 检测操作与预警判定

① 操作规范：手持H21Pro，保持镜头与检测点位垂直，距离控制在1~2m（根据设备尺寸调整），避免阳光直射、气流干扰等影响测温精度；对每个关键点位进行3次重复检测，记录平均值及热成像图；② 预警判定：对照实验确定的各设备故障预警温度阈值（异步电机轴承端盖80℃、高压配电柜母线接头70℃、滚动轴承外圈75℃），若检测温度超过阈值，结合热成像图的高温区域分布，判定设备存在故障风险，并及时发出预警信号。

4.3 后期处理与仪器维护

① 数据整理：将检测温度数据、热成像图分类归档，建立设备温度数据库，对比历史数据趋势，预测设备故障发展态势；② 仪器清洁：使用干净软布擦拭镜头及机身，若有污渍可蘸取少量无水乙醇轻轻擦拭，避免划伤镜头；③ 定期维护：建议每3个月对H21Pro进行一次精度校准，存放时置于干燥、通风、无腐蚀气体的环境中，避免剧烈碰撞，确保仪器长期稳定运行。

五、结论与展望

5.1 结论

本研究构建了海康微影手持测温热像仪H21Pro在工业设备故障预警中的应用方案，通过实验验证得出以下结论：① H21Pro测温精度优异，在工业设备常见温度区间（50℃~400℃）内测温误差≤±1.5℃，稳定性良好（RSD≤0.8%），可满足工业设备精准测温需求；② 针对异步电机、高压配电柜、滚动轴承三类关键设备，明确了各自关键点位的故障预警温度阈值，预警准确率均超过97%，且检测响应时间≤2s，可实现快速故障预警；③ H21Pro的热成像功能可直观呈现设备温度分布，精准定位过热故障点，为设备运维提供清晰的可视化支撑。该机型便携、高效的特性，可显著提升工业设备运维效率，降低故障损失。

5.2 展望

未来，可进一步拓展海康微影H21Pro手持测温热像仪的应用场景，如新能源设备（光伏逆变器、风电齿轮箱）、化工管道泄漏检测、建筑节能测温等领域；结合物联网技术，开发H21Pro与移动终端、云端平台的联动功能，实现检测数据的实时上传、远程分析及智能预警；此外，可针对特殊工业环境（如高温、高粉尘、强电磁干扰）优化检测方法，提升设备在复杂场景下的适应性，进一步推动工业运维智能化发展。

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一、引言

1.1 研究背景

1.2 研究目的与意义

二、应用方案详情

2.1 实验仪器与设备

2.2 实验对象与场景设置

2.3 实验设计（基于H21Pro的故障预警检测流程）

2.3.1 实验分组

2.3.2 检测操作流程

2.3.3 评价指标

三、实验结果与分析

3.1 H21Pro测温精度验证结果

3.2 异步电机故障预警检测结果

3.3 高压配电柜故障预警检测结果

3.4 滚动轴承故障预警检测结果

四、应用流程规范

4.1 前期准备

4.2 检测操作与预警判定

4.3 后期处理与仪器维护

五、结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

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