1、會計學(xué)1機械故障診斷機械故障診斷Ch故障診斷系統(tǒng)與傳感故障診斷系統(tǒng)與傳感器原理器原理第1頁/共55頁診斷文檔建立故障診斷實施 第2頁/共55頁第3頁/共55頁 第4頁/共55頁第5頁/共55頁第6頁/共55頁第7頁/共55頁第8頁/共55頁第9頁/共55頁第10頁/共55頁第11頁/共55頁第12頁/共55頁三 多微機在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)簡介1 結(jié)構(gòu)特點數(shù)采系統(tǒng)3傳感器設(shè)備N設(shè)備3數(shù)采系統(tǒng)N(1,2.)傳感器傳感器傳感器設(shè)備2設(shè)備1(1,2.)(1,2.)數(shù)采系統(tǒng)2(1,2.)數(shù)采系統(tǒng)1診Internet統(tǒng)Intranet斷系診線中心斷Internet服IntranetIntranet器及在務(wù)I

2、ntranet據(jù)數(shù)障故遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)框圖第13頁/共55頁第14頁/共55頁第15頁/共55頁第16頁/共55頁 第17頁/共55頁4石英晶體的優(yōu)點 轉(zhuǎn)換效率高，精度高，重復(fù)性好，固有頻率高，動態(tài)性能好，工作溫度可達550C，穩(wěn)定性好。4 壓電陶瓷的壓電效應(yīng)壓電陶瓷的原始材料各向同性，不具有壓電特性。以強電場對其進行極化處理后，在極化方向（z軸）上產(chǎn)生最為顯著的壓電特性，而垂直于z軸的其它各個方向上壓電特性相同，且不論在哪個方向上受力，均在垂直于z軸的表面上產(chǎn)生電荷集中。 壓電系數(shù)比石英晶體大得多，但不耐高溫，易老化，引起壓電特性減弱。第18頁/共55頁2 結(jié)構(gòu)型式 常用的

3、壓電式加速度傳感器分為壓縮式和剪切式兩種，如圖所示，壓縮式以外緣固定壓縮式圖(a)、中心固定壓縮式圖(b)、倒置中心固定壓縮式圖(c)三種結(jié)構(gòu)較為常用；剪切式以環(huán)狀剪切型圖(d)和三角剪切型圖(e)結(jié)構(gòu)較為常用。 第19頁/共55頁2 結(jié)構(gòu)型式 壓電式加速度傳感器主要由四部分組成，即由壓電元件P、慣性質(zhì)量塊M、彈簧S和附加元件B(基座、外殼等)組成。在壓電晶體片兩面鍍上銀層并在銀層上引線，壓縮式加速度計有兩個或多個壓電片P放在一個高比重合金塊M下面，并通過強彈簧S壓緊在一個相當(dāng)厚的金屬基座B上，構(gòu)成一個振動系統(tǒng)。在一定的頻率范圍內(nèi)，壓電片所呈現(xiàn)的電荷量和加速度計所承受的加速度成正比。第20頁/

4、共55頁 剪切型加速度傳感器是指傳感器和被測物體一起振動時，其內(nèi)部的壓電材料受到剪切變形而呈現(xiàn)電荷。環(huán)狀剪切形的壓電材料P制成圓筒狀，并粘結(jié)在中心架上，而外圓周再粘結(jié)一個圓筒狀的質(zhì)量塊M。三角剪切形有一個三角形中心桿，桿的每一邊有壓電材料P和質(zhì)量塊M，外面再用一個預(yù)緊筒以較大的壓力將其夾緊，當(dāng)傳感器沿其中線振動時，壓電片剪切變形而產(chǎn)生電荷。 剪切型壓電加速度傳感器可以較好地避免外界條件變化的影響，具有較高的靈敏度和共振頻率，并有利于結(jié)構(gòu)的小型化。第21頁/共55頁 3 性能指標(biāo)1 靈敏度 壓電式加速度傳感器屬于發(fā)電型傳感器，所以，可以把它看成電壓源或電荷源。因此，靈敏度有電壓靈敏度和電荷靈敏度

5、兩種表示方式。 電壓靈敏度定義為傳感器輸出電壓與所承受的加速度之比，即 Su=U/A。常用傳感器一般為0.041000mV/(m/s2)； 電荷靈敏度定義為傳感器輸出電荷與所承受的加速度之比，即Sq= Q/A，常用傳感器一般為0.1500pC/(m/s2)。第22頁/共55頁 3 性能指標(biāo)2 橫向靈敏度 對于一個理想的壓電加速度傳感器來說，只有當(dāng)傳感器沿軸向振動時，壓電材料受變形而呈現(xiàn)電荷，才有信號輸出。而在其他方向的振動，應(yīng)該沒有信號輸出。然而實際的傳感器并非如此，因此需要了解其橫向靈敏度。 橫向靈敏度是與加速度傳感器軸向成直角方向的振動所輸出的電壓或電荷量。 橫向靈敏度通常用傳感器主軸方向

6、靈敏度的百分?jǐn)?shù)來表示，并且要求盡可能地小。對于一個良好的加速度傳感器，它的最大橫向靈敏度應(yīng)小于主軸方向靈敏度的3。第23頁/共55頁 3 性能指標(biāo) 3 幅頻特性 圖示為壓電加速度傳感器的幅值靈敏Sq隨頻率變化的情況，即傳感器的幅頻特性。由圖示可知，曲線的上限受到加速度傳感器固有頻率的限制。通常傳感器僅使用頻響特性的直線部分，因此有效工作頻率上限遠(yuǎn)低于其共振頻率n。一般測量的上限頻率取傳感器固有頻率的1/3，這時測得的振動值誤差不大于12（約1dB)。第24頁/共55頁 3 性能指標(biāo) 3 幅頻特性 對于靈敏度較高的通用型加速度傳感器，其固有頻率在30kHz左右，故測量上限頻率約為10kHz。輕小

7、型加速度傳感器的固有頻率可高達180kHz，因此頻率上限可達60kHz左右。 當(dāng)然，對于某些著重考慮重復(fù)性而對線性度要求不高的場合，例如振動測量用于機器設(shè)備監(jiān)測時，所采用的頻率范圍可適當(dāng)放寬一些。第25頁/共55頁 4 傳感器的使用與安裝 一般來講，為保證測量精度，加速度傳感器的使用上限頻率應(yīng)小于傳感器的一階共振頻率的1/3。而實際使用時，傳感器的一階共振頻率取決于在被測物體上的固定方式，因此，固定方式?jīng)Q定了一階共振頻率，直接影響到測量的結(jié)果。第26頁/共55頁 4 傳感器的使用與安裝第27頁/共55頁 5 生產(chǎn)廠商 目前壓電加速度傳感器生產(chǎn)廠商較多，國外品牌以丹麥B&K公司最為著名，

8、美國PCB公司因其率先制成世界上第一支內(nèi)置ICP電路壓電加速度傳感器而迅速發(fā)展。近年來，隨著技術(shù)的引進和科研開發(fā)力量的投入，國產(chǎn)傳感器的質(zhì)量和穩(wěn)定性逐步提高，江蘇聯(lián)能(原揚州無線電廠等廠家)、北京測振儀器廠的產(chǎn)品因其價格低廉、服務(wù)周到的優(yōu)勢，在許多領(lǐng)域逐步替代了進口傳感器，并出口國外。第28頁/共55頁二 磁電式速度傳感器 磁電式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，把被測物理量轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電動勢輸出的一種傳感器，又稱電磁感應(yīng)式或電動力式傳感器。 由電工學(xué)可知，對于一個匝數(shù)為W的線圈作切割磁力線運動時，或者當(dāng)穿過該線圈的磁通發(fā)生變化時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 目前使用較多的磁電式速度傳感器的結(jié)構(gòu)形式為線圈-

9、磁鐵活動型。它可以構(gòu)成絕對式和相對式速度傳感器。dtdWe第29頁/共55頁1 絕對式速度傳感器 CD-1型磁電式絕對速度傳感器（速度拾振器）的結(jié)構(gòu)，它的殼體與磁鋼構(gòu)成一體，并在它們之間的氣隙形成強磁場。芯軸、線圈和阻尼環(huán)構(gòu)成慣性系統(tǒng)的質(zhì)量塊，并用兩彈簧片支持在殼體中。沿徑向彈簧片有很大的剛度，能可靠地保持線圈的徑向位置；沿軸向彈簧片的剛度很小，以保證慣性系統(tǒng)具有較低的固有頻率。第30頁/共55頁 當(dāng)速度拾振器承受沿其軸向的振動時，包括線圈在內(nèi)的“質(zhì)量塊”與殼體發(fā)生相對運動，線圈在殼體和磁鋼之間的氣隙中切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e，感應(yīng)電動勢e的大小與相對速度成正比。如前所述，當(dāng)n時，相對速度

10、可以看成殼體的絕對速度，所以，輸出電壓實際上與殼體的絕對速度成正比。 阻尼環(huán)一方面可以增加質(zhì)量塊的質(zhì)量，另一方面利用這樣的閉合銅環(huán)在磁場中運動將產(chǎn)生一定的阻尼作用，使振動系統(tǒng)有較大的阻尼率，以減小共振對測量精度的影響，并能擴大速度拾振器的頻率范圍，同時有助于衰減意外引起的自由振動和沖擊。第31頁/共55頁2 相對式速度傳感器 磁電式傳感器也常用來將兩被測物體之間的相對速度變換成電壓信號，這種相對速度拾振器的結(jié)構(gòu)如圖所示。使用時，殼體固定在一個被測件上，而頂桿壓在另一個被測件上，兩被測件之間的相對速度就被變換成線圈與殼體和磁鋼之間的相對速度，而最終在線圈中產(chǎn)生與相對速度成正比的電動勢。 由于頂桿

11、是靠預(yù)加的彈簧力頂在被測件上的，因此拾振器正常工作時頂桿不能與被測件脫開，這就要求預(yù)加彈簧力必須大于線圈-頂桿組件的慣性力?？紤]到慣性力與2X（為振動角頻率；X為振幅）成正比，因此，這種拾振器能夠測量的最大振幅將隨振動頻率的增加而急劇減小。第32頁/共55頁3 性能特點及應(yīng)用領(lǐng)域 磁電式速度傳感器的性能特點如下： (1)輸出信號與振動速度成正比，因此較好地兼顧了高頻和低頻振動，符合目前ISO標(biāo)準(zhǔn)對旋轉(zhuǎn)機械的振動評判標(biāo)準(zhǔn)； (2)由永久磁鐵感應(yīng)出電動勢，傳感器本身不需要電源，使用方便； (3)磁鋼-線圈型結(jié)構(gòu)，容易獲得高靈敏度，可測量微小振動； (4)輸出信號大，輸出阻抗低，電氣穩(wěn)定性好，不受外

12、部噪聲干擾，有較高的信噪比，對后接電路無特殊要求。第33頁/共55頁3 由于本身結(jié)構(gòu)特點所限，磁電式速度傳感器也有其相應(yīng)的缺點： (1)體積大，重量大，不適用于狹小空間的振動測量和輕小型設(shè)備； (2)動態(tài)范圍有限，低頻線性差，彈簧件容易失效； (3)對安裝角度要求較高，使用時應(yīng)注意有些型號僅適用于垂直安裝，麗有些型號只適用于水平安裝。 第34頁/共55頁 由速度傳感器輸出的電壓信號除了可以直接用于測量、顯示、記錄被測物體的振動速度外，還可以經(jīng)積分電路轉(zhuǎn)換成位移振幅或經(jīng)微分轉(zhuǎn)換成加速度振幅，再經(jīng)過放大后，送至檢波指示，也可經(jīng)功率放大后送至記錄儀表。 因此速度傳感器可以固定安裝在機器上，長期監(jiān)測其

13、振動速度，也可以臨時安裝在機器的相應(yīng)測點上巡檢其振動速度。第35頁/共55頁4 生產(chǎn)廠商 磁電式傳感器的生產(chǎn)廠商較多，國外產(chǎn)品以美國Bently公司和德國申克公司的產(chǎn)品在我國使用較多。北京測振儀器廠等國內(nèi)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品因其價格低廉、服務(wù)周到，在許多行業(yè)也得到了廣泛應(yīng)用。第36頁/共55頁第37頁/共55頁第38頁/共55頁第39頁/共55頁第40頁/共55頁第41頁/共55頁第42頁/共55頁 第43頁/共55頁第44頁/共55頁第45頁/共55頁第46頁/共55頁第47頁/共55頁第48頁/共55頁第49頁/共55頁第50頁/共55頁 3 性能指標(biāo) 3 幅頻特性 圖示為壓電加速度傳感器的幅值

14、靈敏Sq隨頻率變化的情況，即傳感器的幅頻特性。由圖示可知，曲線的上限受到加速度傳感器固有頻率的限制。通常傳感器僅使用頻響特性的直線部分，因此有效工作頻率上限遠(yuǎn)低于其共振頻率n。一般測量的上限頻率取傳感器固有頻率的1/3，這時測得的振動值誤差不大于12（約1dB)。第51頁/共55頁 4 傳感器的使用與安裝 一般來講，為保證測量精度，加速度傳感器的使用上限頻率應(yīng)小于傳感器的一階共振頻率的1/3。而實際使用時，傳感器的一階共振頻率取決于在被測物體上的固定方式，因此，固定方式?jīng)Q定了一階共振頻率，直接影響到測量的結(jié)果。第52頁/共55頁1 絕對式速度傳感器 CD-1型磁電式絕對速度傳感器（速度拾振器）的結(jié)構(gòu)，它的殼體與磁鋼構(gòu)成一體，并在它們之間的氣隙形成強磁場。芯軸、線圈和阻尼環(huán)構(gòu)成慣性系統(tǒng)的質(zhì)量塊，并用兩彈簧片支持在殼體中。沿徑向彈簧片有很大的剛度，能可靠地保持線圈的徑向位置；沿軸向彈簧片的剛度很小，以保證慣性系統(tǒng)具有較低的固