机械设备故障诊断技术之工业传感器原理及应用

机械设备故障诊断技术

----工业传感器原理与应用北京科技大学机械工程学院阳建宏2010.10设备故障诊断技术三个阶段状态监测分析诊断决策处理信号采集、数据显示设备传感器分析处理、状态识别故障诊断、决策治理防治监护运行停机检修状态监测分析诊断决策处理巡回监测工业传感器传感器的分类传感器的选用原则传感器的安装工业传感器传感器的定义传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。物理量电量工业传感器传感器的构成传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。dV传感器的分类(1)按被测物理量分类机械量：长度,厚度位移,速度,加速度旋转角,转速,质量,重量,力压力,扭矩,风速,流速,流量;声音:声压,噪声温度:温度,热量,比热光谱：亮度，色彩传感器的分类(1)按被测物理量分类机械量：长度,厚度位移,速度,加速度旋转角,转速,质量,重量,力压力,扭矩,风速,流速,流量;声音:声压,噪声温度:温度,热量,比热光谱：亮度，色彩安放在机场跑道上的麦克风阵列麦克风阵列传感器的分类(1)按被测物理量分类机械量：长度,厚度位移,速度,加速度旋转角,转速,质量,重量,力压力,扭矩,风速,流速,流量;声音:声压,噪声温度:温度,热量,比热光谱：亮度，色彩等离子体激光器光导纤维样品光谱仪410415420425430435440

波长(nm)发射强度传感器的分类(2)按信号变换特征分类能量转换型直接由被测对象输入能量使其工作.例如:热电偶温度计.能量控制型从外部供给能量，并由被测量控制外部供给能量的变化.例如:电阻应变片、ICP型加速度传感器按信号的输出方式分类模拟型传感器数字型传感器传感器的分类(3)按敏感元件与被测对象的关系分类物性型依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.如:水银温度计.结构型依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.例如:电容式和电感式传感器听筒的工作原理图工业传感器—振动监测

位移是质量块在运动过程中离开平衡位置的距离振动速度是质量块在振荡过程中运动快慢的度量振动加速度是振动速度的变化率工业传感器—振动相位振动位移(Displacement)速度(Velocity)加速度(Acceleration)

工业传感器振动位移、速度、加速度之间的关系

位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。三者的幅值相应为A、A、A2。相位关系：加速度领先速度90º;速度领先位移90º。工业传感器位移/速度/加速度和转速的关系位移转速速度转速加速度位移：相同能量值情况下，转速越高，故障越严重速度：相同能量值情况下，不受转速的影响加速度：相同能量值情况下，转速越低，故障越严重工业传感器选择不同监测量的标准是什么？工业传感器传感器的分类传感器的选用原则传感器的安装工业传感器传感器的静态特性传感器的动态特性传感器的静态特性静态测量：如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化。静态响应特性：静态测量时，测试装置表现出的响应特性，主要指标：灵敏度非线性度回程误差测量范围稳定性可靠性传感器的静态特性灵敏度当测试装置的输入x有一增量△x,引起输出y发生相应变化△y时,定义:S=△y/△xyx△x△y传感器的静态特性非线性度实际曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。非线性度=B/A×100%yxB实际的拟合的A传感器哈的静态掏特性回程误炼差在输入量由小增大和由大减小的测试而过程中额，测量攻得到的屿两条输湿出曲线软之间差秃值最大齿的地方横则为hmax，则定寸义回程魄误差为:(h决max/酸A)×1云00%yxhma转xA传感器的义静态特性精度用于评尾价测试折装置产四生的测凉量误差赴大小分辨力指能引泛起输出镇量发生她变化时画输入量苹的最小再变化量短，表明殊测试装笑置分辨输入孩量微小变吃化的能力测量范已围指测试装累置能正常读测量最小士输入量和巧最大输入朝量之间的洲范围。工业传晴感器传感器民的静态积特性灵敏俗度精临度非线性度回程误糠差分合辩猴力测量范围x△x△yxBAyxhmaxAyy工业传攀感器传感器的贞静态特性传感器的折动态特性传感器权的动态猾特性频率响督应特性保：频率响应戒通过输入信号与测量所得酿信号之间的关毒系对于一个雕已知的包粱含所有频漫率的输入浅信号，在拥理想情况句下，其曲需线应该是碌平直的实际上筋存在一战个低频惯限制，封在某个煤频率范矿围内响阅应曲线替为平滑锻曲线，乒而在高驶频区域卫，响应盐线会出尺现下滑传感器姻的动态仰特性频率响管应特性如果分析疏数据的频靠率不在“绍线性区域籍”内，就毛可能会遇巴到一些不占该出现的俘重复性、甩精确度和厚相位漂移喝方面的问章题备注：测纵量冲击脉避冲、尖峰蹲能量、HFD、SPM、SEE和频谱解锁调时应使袖用在传感绝器线性范野围外的高农频数据传感器飘的选用徐原则选用原则根据测石量对象班与测量粪环境确眼定传感歪器的类秆型传感器普的量程：测量师范围传感器的体积：被测位序置对传感歇器体积的滴要求测峰量方阿式：接触式泥、非接触折式信号引出医方式：有线谋、无线传感器生的来源：国产、五进口工业传感锤器传感器的随选用原则灵敏度从一定的伏角度上说宿，灵敏度雪越高越好但灵敏度原越高，也编容易引入蜜噪声工业传断感器(a)线性系偏统的灵修敏度(b)非线性系猛统的灵敏查度传感器的究选用原则精度输出与遭被测物帖理量的六对应程勇度精确度并果不是越高冠越好——考虑到经稳济性例：超程精密切印削机床愚运动部孤件的定馋位精确川度、主凭轴振动躁等线性范威围输出与输搭入成正比那的范围传感器的巧线性范围纳越宽，其痒量程越大传感器待在线性恰区内工齿作，是知保证测程量精度择的基本淋条件稳定性传感器使网用一段时厚间后，其会性能保持居不变的能船力变间隙号型的电估容式传赛感器，捏在环境阳湿度较专大的场周合工作唇或油剂冶浸入间影隙时，诱会改变吨电容器亦的介质晴。磁电式传再感器在磁蹈场中工作扛时，会带熔来测量误急差在温度盯变化大绢的场合迷使用应材变式传鬼感器，镇应考虑顶温度补愿偿传感器的明选用原则动态响芒应特性实际传狐感器的吼响应总夜有一定牲的迟延，要根裤据被测瓶物理量叶的变化茂特点加英以选择(稳态、带瞬变、偏随机)光电效僻应、压建电效应头等物性允型传感酷器、响疯应较快智，工作脂频率范贯围宽电感、彼电容、始磁电式傅等结构锻型传感惹器，受补机械系回统惯性嚷的限制允，固有症频率低猴，可工饮作频率拆低工业传感狼器工业传她感器传感器温的分类传感器的葡选用原则传感器首的安装量程体积测量方式信号引椅出方式灵敏度精度线性范围动态响应源性传感器留的安装概述正确安装批传感器，辱对于获取师正确的测碧量结果是这非常重要损的永久式传若感器的安窜装便携式却传感器概的安装振动传奶感器安蛋装注意质事项选择的愚安装位目置必须讲能够保骄证使用炕数据采打集器时哲的工作安全在振源森和传感爹器之间累必须要鼓有一个敬良好的娇机械传俘输路径第，传感稀器安装蔬时应选召择振源踏和传感衡器间的最短路将径确保没恭有将传专感器安匹装到自胶身会受榜到机器舰振动激牺励的部蚁件上，论如：风菠扇罩、杏联轴器质防护盖驼等不宜泡放置传结感器的租部件工业传妄感器传感器安她装位置的咐选择1234检测轴承让的振动，站传感器安腊装在什么企位置合适胶？测量径向肆振动，在待承载区最歌合适测量轴勾向振动皆，路径悬最短最拨合适××？传感器公的安装如何正确鱼安装传感音器传感器符必须直畜接与机猎器的表面相接亡触，传感器县与设备的等连接越可匙靠，测量境结果越准碎确机器表亚面必须连保持光滑和盘平坦，不能贡有油漆奥、铁锈招或粗砂宏，否则差会严重爱影响传喉感器的联频率响农应常规的启便携式效安装时陶，传感种器被暂讲时安装开在设备红表面；商进行连搬续监控鸭时，传上感器则凭是永久伯式安装安装方鼻式螺栓连接焊接磁座粘接工业传感脏器如何正输确安装巧传感器暂时安装所使用这的方法摧应具有绕良好的消可重复蒙性振动探针磁铁快速连茅接装置振动探针身安装仅用于提难以接芽近的测灵点和铝制表面，总不能测铁量低于10H论Z的振动，牌共振频率的范围800挂-15其00H呈Z工业传感唱器传感器馋的安装如何正确都安装传感屯器磁铁固笛定可以在包有微小没曲面的显机器表舒面安装机器表疼面和磁球性必须畜保持清姐洁和良城好的维区护，所巾有沙粒湖、金属谣颗粒、皂毛刺都鸡必须去意除黄油、蜂古蜡等耦合剂经常与有散平坦底部我的磁体一云起使用注意磁铁安叹装座具粉有很强波的磁性绵，当把驱它安装比到机器期上时，意应先放相在设备记的边缘吨上然后慢慢移说动到目答标位置，否则由对于巨大的魂磁性冲击笛力作用可渔能会导致蚁传感器的朽损坏分类两极磁铁半：用于不夺规则表面依或曲面平面磁栋铁：用亩于平坦刑表面工业传位感器传感器的吹安装如何正港确安装磁传感器永久螺栓密固定通过在设上备外壳上钻螺纹志孔，用双头红螺栓与设吹备直接连握接，能获右得最高的宿频率范围可以用环氧树锻脂粘合用垫子来代替钻刚孔，将传付感器安装氏到垫子上干，如果安班装合理的列话，也能锄达到接近烦双头螺栓陡安装的效遗果工业传感别器传感器的贫安装双头螺饰栓固定粘合垫拴子如何正确榜安装传感享器安装方式目前最牲好的安凡装方式羡采用双头螺狂栓直接将嘱传感器感与机器轻表面连莲接起来叔，其它签安装方流式会引车入安装览共振。工业传散感器传感器宵的安装测量系摔统的准垦备传感器辟类型的喜选择传感器安祥装位置的迁选择传感器安堡装方式的残选择测量系统估的抗干扰病设计测量系喷统的抗掉干扰设赢计测量过皂程中，营除待测忠量信号谁外，各早种不可犯见的、旗随机的级信号可烘能出现紧在测量念系统中塑，这些衣信号与环有用信旗号叠加步在一起细，严重丹扭曲测烧量结果龄。测量系统电磁干扰信道干扰电源干扰测量系统棍的抗干扰短设计电磁干秃扰干扰以坑电磁波饲辐射方法式经空裁间串入防测量系烘统良好的捎屏蔽及正确的发接地可去除大批部分的电巩磁波干扰信道干扰测量电鸟路中的幅信号多橡用电缆编进行传蝴输。当拔电缆抖来动、弯液折时，围若在介到质中产跨生机械减力，就紧会引起压电效应槽干扰选用铠装电决缆，在绝悄缘层的鉴两侧涂挖有石墨息，去除唇感应电适荷电源干扰这是由于供电电间源波动对测量电猪路引起的当干扰使用交流稳精压器、隔离稳压矮器可减小汽供电电蚂源波动饥的影响测量系统护的抗干扰减设计屏蔽一种是采落用双绞线，其中鱼一根用名做作屏百蔽，另乓一根用个做信号掉传输线民。另一种是贩采用金属键网状编织璃的屏蔽线，金属网拾做屏蔽层掩，芯线用上于传输信毅号。一般的原楚则是：抑制电磁冬感应干扰站应采用双罚绞线，抑蹲制静电感骄应采用金启属网屏蔽设线。测量系统跪的抗干扰倘设计接地接地通常铜有两种含饶义，一是喝连接到系阳统基准地及，二是连泪接到大地请。从用途评上分：一共是抑制干纵扰接地，塘二是安全号接地串联接湖地：布线截简单，锅电路间厚会有一声定干扰并联接谊地：布线复层杂、地电旱流间不会己耦合，但北高频信号凶会产生电约感，使地酸线阻抗加穷大大地的离电特