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超声波检测技术

        超声波检测技术是一个非常有用的无损检测技术。这些工具涵盖了一个非常广泛的设备检测应用,而且使用简单,以至于很多人都愿意用这些工具操作,因为只需要简单的相关训练就可以熟悉操作了。轻便灵巧。这些设备可以用作检查各种工厂设备和系统的潜在问题。

        一些比较通用的工厂应用是: 压力和真空系统的检漏(如锅炉, 热交换器, 冷凝器,冷却器,精馏塔, 真空熔炉, 特定殊气体系统), 轴承检测, 凝气阀检测,阀门井喷,水泵汽蚀, 开关电晕检测,压缩机阀片分析,罐、管道系统和大型冷藏室的完整的密封性。

        所有的操作设备和大部分的渗漏问题都会产生各种各样的声音,这些短波性质的声音就是高频超声波的组成部分,而且短波信号会有清楚的趋向, 因此就可以从背景的噪音里面分离这些信号并检测到确定的位置。 此外,机械设备开始发生的细微变化, 其超声波的性质允许这些潜在的报警信号可被早期检测以避免实际的失效。

         空中超音波仪器,经常被称为超声波编译器, 提供两种方法:  一、可以通过隔噪耳机分离噪音并“听到”超声波,二、通过仪表增量读数。这是多数超声波编译器完成由称作“外差法”的一个电子过程,可以精确把仪器感测的音频范围转换为人耳可以听见和辨识的声音。

        虽然测量强度和鉴别声波模式的能力是重要的, 但是同样重要的是能“听到”来自各种设备所产生的超声波,那就是什么使这些仪器更有用的; 它们允许检查员通过鉴别各种设备的声音确认现场诊断.

         基于它的高频率短波,使用者能在机器或者泄漏处准确地定位一个特殊超音波信号的位置。人可以感应到的声音一般都在20HZ到20KHZ,他们倾向于相对地总与超音波编译器感觉的声波比较,低频声音可以听见的范围大约在1.9cm到17米长, 但是由超声波编译器检测到的超声波范围只有0.3cm-1.6cm长。因为超声波波长是极小的,超声波环境有助于在响亮的工厂环境查出和隔绝问题的来源。

 仪器使用

        超音波编译器使用起来相当简单, 是由一个基本的手枪单元并附带一个耳机、一个仪表、一个灵敏度调整器、和(常用)用于模式转换的模块(扫描式或者接触式转换),一些仪器可调整20-100KHZ之间的频率反应, 一个被称为音频发生器的超声发送器也经常被包括在内。

        许多这些功能都有助于用户适应一个特定的测试情况,例如, 如果一个超声波源头因为信号强烈而很难查找,使用者可以调节灵敏度然后聚焦在确定的地区, 另一个例子,如果水阀的低程度泄漏, 频率调谐的调整可帮助使用者听到水渗漏的滴流声。

        可互换模块让用户调节不同类型的检测问题, 扫描模式是用来检测超声波在空气中的传输,例如压力泄漏或者电晕放电, 接触模式用来检测超声波在封闭的环境下的产生,例如在轴承, 水泵, 阀门, 或者凝气阀。

 泄漏检测

        这个类别的超声波检测被广泛的应用于各个工厂。它可以被看作保持系统有效运转的的一种方式,当其他任其能源排放时一些工厂把它作为节约能源的计划的一部分,不管怎么样,泄漏花费金钱,影响了产品质量并且严重破坏环境。超声波检测,往往可以找到这个问题,是否在液体或气体系统有泄漏发生。

        因为超声波是如此多样,是它探测到泄漏声。当流体(液体或气体)泄漏,他会从高压侧透过泄漏点到低压侧,在那里迅速地扩展并且导致湍流,这种湍流有很强的超声波组分。超音波信号的强度从来源处迅速降低,使确定的泄漏位置能准确定位。

        广义气体泄漏检测同样非常容易,当听到清楚的冲击声时一个区域应该被扫描,并进行持续的灵敏度调整,扫描泄漏区直到听到最响亮点。

        一些仪器包括一个橡胶聚焦探头,它缩小接收区域,以便让小排放可以被精确定位。橡胶聚焦探头,也是一个用来接近渗透方位确认的优秀的工具。这是通过按压在被怀疑区域的表面以决定泄漏仍旧存在, 如果声音降低,泄漏就在其它地方。

        真空泄漏可被同样的方式找到,唯一的区别在于湍流会出现在真空室。基于这个原因,声音强度低于压力泄漏。虽然超声波检测对于中低到严重泄漏更有效,但是它的容易性使他对于多数真空泄漏问题也有用。

        液体泄漏通常来自于阀门和凝气阀,虽然有一些报告的找到埋在地下的加压管道的水泄漏的成功例子。如果一个产品产生一些因为泄漏的湍流,那么他可以被检查出泄漏。

        阀门的泄漏检测通常利用在下游侧的接触式探头。这通过首先接触上游侧并调整灵敏度50 %刻度来完成。然后接触下游侧以比较声级强度。如果信号低于上游侧,阀被认为是密合的;如果是声级高于上游并伴随着一个典型的冲击声,它就被视为泄露。

        凝气阀 (疏水器)同样很容易利用超声波编译器检测. 当评估时,利用接触式探头接触凝气阀. 通过聆听凝气阀操作和观察仪表,凝气阀的状态可被了解. 这种测试快捷而简单,这样就容许对工厂中的每一个凝气阀进行例行检查。

        热交换器和冷凝器的泄漏管和锅炉的外壳泄漏一样能被超声波编译器探测.,在大多数电厂,冷凝器泄漏是一个主要关注的问题。冷凝器配件经常被前面描述的泄漏检测方法进行例行检查,如果泄漏被怀疑在一个冷凝器管束,通过对冷凝器加载部分负荷并且打开被怀疑管束的水箱就有可能找到泄漏。对管板清除杂物后进行扫描。

 如何定位泄漏

        在仪表的选择盘选择日志设置,用选频盘的'fixed band'位置,如果有太多的背景噪音,尝试一些屏蔽的方法。起步灵敏度选择10 (最大),通过指向模块开始对测试区扫描。程序是要实现从'粗略'到 '精确'… 进行更精细的调整以接近泄漏。

        如果在该区域有太多的超声波, 减低灵敏度设置并且继续扫描.。如果由于竞相超声波而难以分离泄漏,放置橡胶聚焦探头在扫描模块上并扫描测试区。观察仪表并收听冲击音。跟随声音最响点,仪表将显示出更高的读数,而接近泄漏。为了在泄漏处聚焦,保持降低灵敏度设置并移动仪器靠近被怀疑的泄漏点,直到你能确定泄漏。

        为了确定泄漏,橡胶聚焦探头(如果它是在扫描模组上)接近被怀疑的泄漏点并轻微地在各个方向来回移动,如果泄漏的是在这个位置,声音会增加,你移国开它时强度会降低。在某些情况下,橡胶聚焦探头直接经过怀疑区并按下以隔离环境声音是有用的定位。如果是泄漏,冲击声将继续下去,如果不是泄漏区,声音将消失。

 克服竞相超声波

        如果竞相超声波使得它难以分离泄漏,有两个选择:

1.   巧妙的处理环境,例如:可能时,请关闭产生竞超声波的设备或通过关闭大门或窗户来隔离区域。

2.   巧妙的操作仪器和使用屏蔽技术。

        如果环境处理是不可能的,争取尽可能接近该测试区,并且灵活地使用工具使它的指向性远离竞相超声波,并通过减低仪器的灵敏度隔离泄漏区,并推移聚焦探头的顶端到测试区,每次检查一个小部分

        在一些极端的例子,当很难在选频盘的固定频段模实现检漏时,通过调谐出问题声音尝试收听到泄漏声,调整调频盘直到背景声最小化然后继续进行听到泄漏

        由于超声波是一个高频短波信号,它通常被阻断或屏蔽。注:使用任何方法,一定要遵循你的工厂或公司的安全指引. 一些常规的技术如下:

1.       让你身处测试区和竞相声之间作为屏障。

2.       紧挨泄漏区并且变换角度定位一个夹扳以便使它作为测试区和竞相声之间的屏障。

3.       用戴手套的手,握住橡胶聚焦探头的尖端,使食指和拇指非常贴近底部,将手的其余部分放在测试区,以便在测试区和背景噪音之间有一个完整的手的屏障,在测试区上一起移动手和仪表。

4.       另外一个手套,用一个擦拭布握住橡胶聚焦探头的尖端 (确信不要阻挡尖端的开端). 既然它用橡胶聚焦探头,戴手套的手和碎布这三个屏障,所以这是最有效的方法。

5.       当涵盖范围较大时,有时可用一些反射材料是有用的,例如用焊工帘或垂布作为一个屏障。布置这些材料,以便它作为一个测试区和竞相声之间的隔墙。有时隔墙是从天花板到地板,有时候,它是挂在栏杆上的。

6.       泄漏的超声波检查,声音的振幅往往取决于泄漏区产生的湍流的量。湍流越高,信号越响亮;相反信号强度越低。当一个泄漏率很低时,它产生很少湍流,若有的话,,它被认为是'低于阈值'的可探测的湍流。如果泄漏似乎是这种性质的压力(如果可能的话) ,为创造更大的湍流,或可利用液体泄漏放大器。

        液体泄漏放大器(LLA )是产生薄膜的特制液体,当接触低流量的气体,它很快形成了大量的小苏打水样的气泡并能很快爆裂,这种爆破的效果将产生一种超声冲击波使耳机听到裂纹声一样的声音,许多情况下气泡不会被看到,但它们将被听到。这种方法能够获得成功的低至1x10 – 6cc/sec秒泄漏检查系。

        如果在某些情况下一个信号可能难以隔离,利用调频盘是有帮助的。将系统指向测试区并且逐渐调整调频盘直到微弱的信号出现并且越来清晰,然后遵循前述的基本检测方法。

        热交换器可在类似的方法下测试,拆除集管并且壳子被置于真空或加压的两者之一中。有一些情况是在真空或者加压中是很难或太消耗时间,这种情况下,利用特有的以注册的超声测试,这种方法是用一个被称作“音频发生器”的超声波传送器,“音频发生器”被放在各种接入口或者配件上以在内壳侧产生一个加强的,均匀的超声波。由于声波是高频,它们会在固体或者完整的管的表面偏转,但会穿透管壳的泄漏点。通过扫描管壳,操作员听到一个独特的高频信号而指明说明泄漏管。

        首选方法是压力或真空,但音频发生器的方法是在困难的情况下很好的备用。

 电力中的应用

        有三个基本的电力问题会被检测到:

1.       电弧:电力流经空间时导致电弧发生,闪电是一个很好的例子。

2.       电晕:对电气导体的电压,如天线或高压输电线路,当超过阈值时,周围的空气开始电离,形成一个蓝色或紫色辉光。

3.       跟踪:通常被称作'小电弧' ,通过受损的绝缘线路

        虽然理论上超声波检测可用于低,中,高电压系统,但大部分的应用往往是在中和高电压系统,当电力在高压线路逃离或当它跨越电力连接的隙位时,它扰乱了四周的空气分子而产生超声波。通常这种声音将被象脆皮或油煎声音的声音一样被察觉;在另外一些情况下,经常就象嗡嗡叫的声音。主要应用范围包括:绝缘子,电缆,开关,母线,.继电器,接触器,接线箱。在变电站中,可测试的部件如绝缘子,变压器及绝缘套等。

        超声波检测往往是用于电压超过2000伏特的评估,尤其是在封闭开关设备。特别有用的是在封闭开关设备中识别跟踪问题。其跟踪的频率大大超过了可备红外线识别的各种严重故障的频率。作为建议,对于封闭开关设备,这两个测试被采用。注:当测试电气设备,请遵循所有你的工厂或公司的安全程序。有疑问时,向您的上司。不要触摸正在运行的电气设备与系统。

        检测电弧和电晕的方法类似于泄漏检测的程序。区别在于听到的不是冲击声,而是裂纹或嗡嗡声。例如,作为试图查找电台/电视台干扰或者在变电站的源头,广播电台/电视台或干扰,在变电站,一般的干扰区可以利用一台例如晶体管收音机或宽波干扰定位器的总探测器查找。一旦基本区被找到,就利用扫描模块是对基本区扫描。如果信号太强烈以致于在仪表上不能跟踪就减低灵敏度,直至最响点被找到,确定问题存在与否是相对简单的。通过对比其中声音的品质和声级,问题声往往会有很大的不同。

        对低电压系统,对于母线的快速扫描常常会找到较松的连接。检查接线盒可显露电弧形成。

        作为泄漏检测,越接近泄漏点,信号越响亮。如果从地面开始检查电源线,如果信号不是很强烈,你可以使用一个超声波波形集中器(一个抛物面反射器)将提高该系统一倍探测距离,并提供精确检测。

 机械性能试验

        轴承的超声波检测和跟踪对轴承故障的早期发现是最有效的方法,超声波报警的出现早于温度的上升和驱动力矩的增加。对于认识到疲劳失效的开端,表面斑纹,润滑短缺和过度,轴承的超声波检测是有用的。

        在滚珠轴承,由于金属在滚动,滚筒或轴承球开始疲劳,一个微小的变形开始出现。这种变形的金属会产生超声波声波发射的增强,当测试时,变化幅度是原始读数的12到50倍,显示了轴承失效的征兆。当读数超过了以往任何时候达到12分贝,我们可以假定,轴承已进入故障模式的开端。

        这一应用最初是有美国航空航天局在对滚珠轴承性能的评估中发现的,在频率范围24至50千赫之间对轴承性能检测跟踪的测试,显示发病的振幅变化,其他显示之前的轴承失效或初发病,包括热和振动的变化。 (超声波系统是基于对轴承共鸣频率的模块化的侦查和分析提供精细的检测能力,而传统方法难以检测非常轻微故障) 。一个钢球通过一个坑或缺陷表面滚动时,一个轴承元件的结构性共振通过反复的冲击振动或鸣响。振幅增加导致该声音,这是在跟踪轴承的超声波频率中被察觉。

        轴承表面的变形是因为球体偏离圆形而扁平化,这将导致类似的振幅增加. 这些扁平点同样产生重复性的鸣响,因此在检测频率中发现振幅增加,系统探测的的超声波频率被再产生作为可听见的声音. 该信号很大地协助用户决定轴承问题. 当开始听时, 建议用户熟悉好的轴承的声音; 经常听到一个冲击或嘶嘶声时,裂纹或者粗糙表面表明轴承在故障期. 在某些情况下,损坏的球体能被听到点击声, 而一个高强度,均匀粗糙声音可能表明受损的滚动或均匀的球损坏. 大的冲击声类似于只有轻微粗糙度的好的轴承的冲击声,这能显示欠润滑。

        测试轴承问题有两个基本程序:比较和历史分析,比较法包含测试两个或两个以上同类轴承以对比潜在不同点,历史分析的测试要求经过一段时间监测具体轴承以建立它的历史档案,通过分析轴承的历史,发现特定超声波频率的磨损特征变得明显,以允许轴承问题的早期检测和修正。

        对比试验-使用接触式(听诊器)模块,模拟用户在仪表拨盘上选择LIN,在选频盘上选择所需的频率(尝试30kHz ),在轴承套上选择一个测试点并对轴承做标记以供日后参考,用接触模块接触该点。在超声感测中,通过移动更多媒介或材料超声,读测精确度会越低,因此,要确认接触探头真正地接触到轴承套。如果这比较困难,就接触润滑配件或或尽可能近地接触轴承,为求一致性,始终在同一角度到达测试点。降低敏感度以帮助改善信号清晰度,模拟用户-使灵敏度下降直至仪表显示20,用耳机听轴承声音信号的质量信号以作合适的判断。选择在相似的负荷状态和同样旋转速度下的同类型轴承,在同角度接近轴承,在轴承套的相同点对比仪表显示和声音质量的不同点。

 轴承历史检测

        有三种方法确定轴承的历史趋势 '简单'法 , '衰减曲线'法和' “突变趋势'法

 简单法 -.如上文所述用基本对比试验程序,注意对应你的轴承的历史图表上的频率,仪表读值,灵敏度选择,与以前或未来的读值对比,对将来的所有读数,调整频率(模拟用户,灵敏度级)到在轴承历史图表中的原来等级水平,数码用户可以比较最初的分贝值与当前读值。对于模拟用户,如果仪表读值已经从原来的20上升或超过100,已经有12dB增加, (仪表在线性模式下有20的的增量,这大约是3dB;例如,在20-40 = 3dB, 40-60 = 3dB,等等),注:12dB或更高的增加显示轴承已进入故障模式。缺乏润滑通常是显示一个超过基准线8dB的增加,它通常听到一个响亮的冲击声,如果怀疑缺乏润滑,填加润滑后重新测试。如果读数不会回到原来的水平并保持在高位,认为轴承是到达故障模式并频繁复校。

 衰减转移曲线法-这种方法指的是利用型号Ultraprobe 550 和2000的一个灵敏度/分贝值参考图表,在这种情况下,仪表被设置到读值50 。图表采用灵敏度水平用来生产50抄表将呈现分贝参考水平,快速浏览图表,使用产生50仪表读值的灵敏度等级将显示以趋势为目的的分贝参考等级. 这个图表能使使用者观察超过”简单法”所指的12dB极限的dB变动路线。

 突变趋势法-突变趋势是在一个开放平台软件的“报表”类型,这是一个开放的平台,意思是说数据很容易输出到一些最常见的软件如Microsoft E xcel和Microsoft Access, 分贝读值随描述性文字,时间和日期被标注, 数字Ultraprobe用户可以轻松从仪表至个人电脑上传和下载读值, 模拟用户可以手动输入数据。

        如果已经具有振动检测的轴承分析,超声波轴承监控程序可以作为帮助。超声编译器可以用来帮助诊断。超声的高频短波的特点可以使信号分离,使用户能确定轴承是否被正确地诊断出故障。

        有些时候,可能有本身设备引起的虚拟信号被连接和影响到特定轴承, 通过调整灵敏度,频率并听声音, 便可以决定是否是轴承, 转子还是其他什么东西才是问题的根源, 有能力听见怎么回事可能证明非常重要。超声波探测器对于慢速轴承具有非常好的工作效果。在一些极端的情况下,通过一个良好的油脂套管只听到一些轴承的运动,可以提供潜在故障的相关信息。声音可能没有足够的能量刺激典型的振动加速度计,但将经由超声编译器听到,特别是那些频率调谐。

       由于在一个工厂中有如此多的轴承,由于经过培训的技术人员是有限的,这么多轴承不是每一件都可以定期检查的, 而超声波探测器只需要很少的培训,技术员或机器操作员就能确定潜在的影响问题而通知振动技术员跟进。

 润滑短缺-为避免润滑短缺,注意以下事项:由于润滑膜降低,声级会有所增加。具有超过基准约8分贝并伴随着均匀的冲击声将表明缺乏润滑。当润滑时,只填加而回到基线读值就足够, 使用时须谨慎,一些润滑剂将需要时间来运行以均匀覆盖轴承表面。润滑少许时间。不要过润滑。

 过润滑-轴承故障的最大原因之一是过润滑, 过量的润滑剂往往撕裂轴承密封或造成热积累,因而产生应力和变形. 如果达到基准线读值和基准线音质就停止以避免过润滑。当润滑时,使用足够的润滑剂使超声波读值到达基准线。如上所述,使用时须谨慎,一些润滑剂将需要时间来运行以均匀覆盖轴承表面。

 低速轴承

        检测低速轴承是可能的,由于灵敏度范围和频率调谐,听轴承的声学品质是非常有可能的,在极其低速轴承(低于25RPM) ,它常常需要忽略仪表而听轴承的声音。在这些极端的情况下,轴承通常比较大( 1-2英寸以上) ,并灌注高粘度润滑油。

        最常见的是听不到声音,因为油脂会吸收大部分的声波能量,所以没有健全的声音可以被听到。如果听到声音, 通常象噼噼啪声,这就有一些变形发生的迹象显示。对其他多数低速轴承,它是可以设置基线而监测。因为灵敏度将通常不得不高于平常的标准, 建议使用衰减转移曲线法。

 凝气阀

        凝气阀也很容易被超声编译器检查, 确切地决定一个特殊的凝气阀如何工作是很重要的, 这可以咨询疏水器供应商。在某些情况下,超声波编译器的供应商可提供培训录影带显示如何检查各类的凝气阀。

        方法很简单, 利用接触式探头接触凝气阀。听凝气阀操作和观察仪表,凝气阀状态可被诠释。该类型测试的快速简单性使工厂中的每个凝气阀都可被定期例行检查。

 超声波编译器

        可取的是有足够灵敏度的仪器可探测工厂中常遭遇的各种问题。一个仪器的宽的力学范围可以让你在一个末端看到很小的泄漏而在另一方面找到总机械问题。

        由于音质是一个重要的考虑因素,要确保超声波信号的仪器外差。这将使用户为耳机声音的信号清晰和编译获得了一个准确的复制超声波信号,根本的是具有噪音衰减和优良音质的耳机。如果音质不清晰,将很难认识到感测到的是什么。可取的做法是得到覆盖耳朵的耳机,这将在检测过程中阻滞环境声音。没有适当的RF屏蔽,离散的电子信号会干扰测试结果。在某些情况下,无线电节目的收听会完全混淆了操作者。

        由于每个厂的不同,在某些情况下可能需要一些特殊的辅助配件,举例来说,对于压缩机阀片分析,利用磁性固定探头和示波器界面可能更容易. 如果你要检查各种设备,或有液体的粘度不同,能够改变是很有用的. 对于潜在的爆炸和易燃气体的泄漏检测,可取的做法是在使用额定本安性仪器。

 空中超声技术

        超声波检测,能源节约和质量保证的的空中超声是技术在全世界使用, 空中超声波技术对于寻找工厂中各种潜在问题提供解决方案, 三个主要应用领域是泄漏检测, 机械检查/趋势分析和电器检查。

        基于由泄露,电气放电和机械运转的产生的空中超声波感测高频声音的仪器。它们通过被称为外差法的电子处理将这些声音编译成可听的范围, 然后通过耳机可听到和观察仪表面板显示的强度增益, 典型分贝值。

        由于高频的超声是人耳不能听到的,通过外差法处理使空中超声波仪器使用者'听'到这些声音的准确编译,帮助他们找出在设备运行中可能通常被忽略的微妙变化,以提供预警能力。

        此外, 外差法处理使使用者能通过装设了该处理方式的机载仪器记录声音, 也可以通过连接一个空中超声波探测器到一个录音装置。这些被记录的声音可在频谱分析软件中被用于做声音分析。

        便携式空中超声仪器在数字和或模拟模式都是有效的。对两种模式, 数据管理都是有可能的, 数字化仪器提供机载数据记录和利用可以自动把资料在适当的数据字段下载到电脑中的软件。该软件可用于产生趋向报告,数据分析或找出设备的故障模式。

便携式空中超声仪器

模拟式:
Ultraprobe 100
Ultraprobe 201 Grease Caddy
Ultraprobe 550

Ultraprobe 2000

数字式:
Ultraprobe 9000
Ultraprobe 10,000 Ultrasonic Inspection System

在线式持续检测

UCA-586
Ultra-Trak 750
ECM 586 (检测封闭的电气箱).

空中超声仪器典型应用

机械检查
轴承分析和趋向
基于润滑的状态 (防止过润滑, 识别润滑的需要)
齿轮和齿轮箱测试
汽蚀

马达

电气检测
预防弧光
电弧, 跟踪, 电晕检测
局部放电
测试低,中和高压

泄漏检测
空气渗漏
压缩空气泄漏
通用气体泄漏检测
负压(真空)泄漏
阀泄漏
凝气阀泄漏
超声波”音调测试” (不带压力或真空的,在封闭物中用一个传送器)
热交换器
冷凝器

 

 

根据应用对比超声波探测器

        用下列清单对比 UE Systems 超声波探测系统.

超声波检测和通用泄漏检测设备

        UE Systems Ultraprobes 专门从事超声波泄漏检测. 下列产品被推荐作为超声波泄漏测试的泄漏检测设备

自动的泄漏探测器

        对自动的泄露探测 , 我们建议:

泄漏探测传感器

        下列是典型的泄漏探测传感器:

空气泄漏探测器

        下列Ultraprobes 是所有的空气泄漏探测器

高压气体探测

        对于高压气体泄漏探测, 你可从下列中选择

轴承测试,轴承监测和趋势分析

        对于轴承测试, 轴承监测和趋势分析, 我们推荐:

 基于润滑的状态

        对于基于润滑的状态产品是:

凝气阀测试仪器

        为测试凝气阀的仪器是:

 阀测试仪器

        为测试阀的仪器:

 在线的阀测试仪器

          下列为在线阀测试:

 在线轴承监测仪

        下列为在线轴承监测:

 遥控监测

        对遥控监测, 我们推荐:

 电气箱监测

        下列是电气箱监测仪:

ECM 586

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