汽轮机设备故障诊断第三讲.pptVIP

第三讲 传感器系统 第一节 概述 一、传感器的应用 为了运行的安全性和经济性，旋转机械需要应用各种各样的传感器。没有传感器提供必要的信息，就发现不了机器所处的危险和不经济运行状态。TSI（RMS）系统传感器的设计和制造，与机器的测量参数相一致，这些测量参数是根据机器的维修方案决定的。为了增加机组运行的安全性和经济性，传感器的选择在机组监测工作中是最重要的一步。 二、传感器的类型及选择 传感器的选择是受许多因素影响的，主要考虑两个方面：一是传感器性能；二是被测对象的条件和要求。只有两者很好地结合，才能获得最佳效果。最佳的传感器应该是这样的：当机组的机械（如振动）状态产生很小的变化时，便能产生一个很大的信号输出变化。理想的传感器应该是既能够用于机器的监视又能用于故障诊断。对于振动监测，由于大多数机器的振动问题来源于轴或转子系统，所以最佳的传感器应该能够检测出轴振动的变化。 传感器的选择还要涉及到其它许多因素，这些因素包括机器在工厂生产过程中的重要性（停机所造成的损失），测量该参数的目的(机器监视或要求监视与诊断的能力)、人员和工厂的安全性，保险范围以及工业标准。 从力学观点看，振动传感器系统按其测量参数的类型通常分为三种：趋近式探头（电涡流）传感器系统测量轴的相对振动；绝对式传感器(速度和加速度式，也称为电磁式、地震式传感器)测量轴承箱体的绝对振动；复合式探头测量轴的绝对振动。对于某一具体机器，选择哪种理想传感器关键取决于机器的振动特性。 以上叙述的三种传感器不仅可以测量振动参数，也可以用来测量其它参数。比如电涡流传感器可用来测量轴向位移、胀差、转速以及转子偏心等。 为测量更多的参数，除了这几种传感器，还需要别的传感器，比如测量缸胀的线性变量差动互感器LVDT。 第二节 电涡流传感器系统 电涡流传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，本节主要介绍应用广泛的高频反射式电涡流传感器。 一、组成及工作原理 1．组成 电涡流传感器由探头、延伸电缆、前置器三部分组成。图1是探头放大的外形图。它的外形与普通螺栓十分相似，头部有扁平的感应线圈，把它固定在不锈钢螺栓一端，感应线圈的引线从螺栓另一端与高频电缆相连。 2．工作原理 当头部线圈通上高频（1-2MHz）电流时，线圈L周围就产生了高频电磁场。如果线圈附近有一金属板，金属板内就要产生感应电流。这种电流在金属板内是闭合的，所以叫做涡流。根据焦耳—楞次定律，电涡流产生的电磁场与感应线圈的电磁场方向相反，这两个磁场相互叠加，改变了线圈的电感。电感的变化程度，与线圈的外形尺寸、线圈及金属板之间的距离、金属体材料的电阻率、导磁率、激励电流强度、频率及线圈的几何形状等参数有关。假定金属体是均质的，其性能是线性和各向同性的，则线圈的电感可用如下函数来表示： 当被测材料一定时，电阻率 、导磁率 为常数；具体仪表中，激励电流强度 、频率 为定值；传感器制成后，线圈的几何形状 也为常数。 可见，如果控制 恒定不变，那么电感就成为距离 的单值函数。假如把传感器与被测体间的距离保持不变，则传感器的输出值将与被测体材料的电阻率、导磁率成函数关系，利用这个关系可以用来测量金属材料的导电率、导磁率、硬度等参数，以及检测裂纹。 电涡流产生一个与原磁场方向相反的磁场，此磁场使线圈的电感减小。间距越小，电感量减小程度就越大。当传感器与被测体间的距离减小时，静磁效应使得电感增大，而电涡流效应却使等效电感减小，这两种效应是相反的。当被测材料是软磁性材料时，以静磁效应为主，因而间距减小时，线圈的等效电感量增大；如果被测体材料为非铁磁材料或硬磁材料时，线圈的等效电感则减小。 由以上分析可知，电涡流传感器可以把传感器与被测体间的距离值变换成传感器线圈的等效电感值或阻抗值，也可以转换成线圈的品质因数。因为被测物体向传感器接近时，线圈的损耗功率增大，其品质因数Q值就下降。 位移的变化，引起电感变化，使传感器的输出频率发生变化，即 。将位移量转换成频率信号后通过频率计数器进行测量，或通过频率—电压转换，用电压值显示频率数。 电涡流传感器配以相应的前置放大器，就可将被测的非电量信号转换成电压信号。再经过监测仪表，向指示器、记录器提供信号，以便进行指示和记录，同时进行报警判别。当被测值达到报警值时，发出报警信号，达到危险值时发出停机信号，实行停机保护。 前置放大器一般由石英晶体振荡器、跟随器、放大器、检波器和滤波器等组成。 现将测量位移或振