设备状态监测与故障诊断第二版课件 教学课件 ppt 作者 张碧波 主编 徐宝志 张莹 副主编第三章 振动诊断技术.pptxVIP

第三章 振动诊断技术3.1振动监测系统的组成3.2振动诊断技术的实施过程3.1振动监测系统的组成一、测振传感器测振传感器分为振动加速度传感器、振动位移传感器和振动速度传感器三大类。（一）振动加速度传感器1．压电加速度传感器的工作原理（1）压电效应 由物理学可知，某些电介质，当沿着一定的方向对其施力而使之变形时，其内部发生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，电介质又重新恢复到不带电的状态，介质的这种机械能转换为电能的现象即为压电效应。介质的压电效应是可逆的，即在电介质的极化方向施加电场，这些电介质也会产生变形，这种由电能转换为机械能的现象称为逆压电效应。电介质在外力作用下产生压电效应时，其表面上的电荷量与压电材料的种类及其上所受的压强的大小和表面积有关。 q＝ασA＝αF （2）压电材料 具有压电效应的材料称为压电材料，目前，用于制造压电加速度传感器的压电材料主要分为压电晶体和压电陶瓷两大类。（3）压电加速度传感器的工作原理当被测振动体的运动频率远低于传感器的固有频率时，压电元件表面的电荷量与传感器壳体（被测物体）的振动加速度幅值成正比，此即压电加速度传感器的工作原理。2．测量电路压电式传感器的测量电路（即前置放大器）的作用有两个：一是进行阻抗变换，把压电式传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出；二是放大压电式传感器输出的微弱信号。目前，用于压电式传感器的测量电路有电压放大器和电荷放大器两种，其中电压放大器的输出电压与传感器的输出电压成正比，而电荷放大器的输出电压与传感器的输出电荷成正比。3．压电加速度传感器的结构压电元件按照受力和变形方式的不同，大致有厚度变形、长度变形、体积变形和厚度剪切变形四种，与此四种变形方式相对应，应有四种结构的传感器，但目前最常见的是基于厚度变形的压缩式和基于剪切变形的剪切式两种，特别是压缩式压电传感器使用最为广泛。典型结构的形式：周边压缩式、中心压缩式、倒置中心压缩式和剪切式。4．压电加速度传感器的性能指标（1）灵敏度 ： 分电荷灵敏度（Sq）和电压灵敏度（Sv）两种。（2）频响范围 ： 是指传感器的幅频特性为水平线的频率范围，一般以3dB为截止频率点。（3）测量范围 ： 是指传感器所能测量的加速度大小，要求越大越好。（4）最大横向灵敏度： 是指传感器的最大灵敏度在垂直于主轴的水平面的投影值，以主轴方向的灵敏度的百分比表示，要求越小越好。（5）使用温度范围： 也是传感器的一个重要指标，要求越宽越好。5．测量误差来源及使用注意事项（1）温度的影响 ： 周围环境温度的变化对压电材料的压电系数、介电常数影响最大，将使传感器的灵敏度发生变化。（2）湿度的影响 ： 环境湿度对压电式传感器性能的影响很大，主要表现在：环境湿度增大，将会使传感器的绝缘电阻（泄漏电阻）减小，从而使传感器的低频响应特性变坏。（3）电缆噪声 ：当受到突然的扰动或振动时，电缆自身会产生噪声。为减小电缆噪声，除选用特制的低噪声电缆外，在测量过程中应将电缆固定，以避免相对运动。（4）接地回路噪声：如果各仪器和传感器各自接地，当不同接地点之间存在电位差△U时，该电位差就会在接地回路中形成回路电流，导致在测量系统中产生噪声信号。（5）传感器横向灵敏度的影响：横向灵敏度是指传感器受到垂直于主轴方向的横向加速度作用时的灵敏度。如果使传感器的最小横向灵敏度方向与被测体的横向振动方向一致，则可最大限度地降低横向灵敏度的影响，使测量误差降为最小。（6）传感器安装方式的影响（二）振动位移传感器1.电涡流传感器的工作原理当一块金属导体置于一个由通有高频电流的线圈所产生的交变磁场中或在磁场中运动时，由于电磁感应的作用，金属导体内将产生一个闭合的电流环，此即“电涡流”。电涡流将产生一个与交变磁场相反的涡流磁场 来阻碍原交变磁场 的变化，从而使原线圈的阻抗、电感和品质因素都发生变化，且它们的变化量与线圈到金属导体之间的距离x的变化量有关，于是就把位移量转化成了电量，这就是电涡流传感器的工作原理。2．系统组成与传感器结构典型的电涡流传感器系统主要包括传感器(又称探头)、延伸电缆和前置放大器三部分。3．被测体尺寸与材料的影响（1）被测物体表面尺寸的影响：当被测面为平面时，以正对探头中心线的点为中心，被测面直径应当大于探头头部直径1.5倍以上；当被测体为圆轴而且探头中心线与轴心线正交时，一般要求被测轴直径为探头头部直径的3倍以上，否则灵敏度就会下降。（2）被测物体厚度的影响 ： 被测物体的厚度也会影响测量结果。在被测物体中电涡流场作用的深度由频率、材料导电率及导磁率决定。（3）被测物体表面加工状况的影响：通常对于振动测量表面粗糙度Ra要求在0.4～0.8μm之间(API670标准推荐值)。（4）被测体材料的影响：当被测体为导磁材料(如普通钢、结构钢