《机械设备故障诊断技术之工业传感器原理及应用(ppt 48页)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设备故障诊断技术之工业传感器原理及应用(ppt 48页)（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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 l三个阶段 n状态监测 n分析诊断 n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 l传感器的分类 l传感器的选用原则 l传感器的安装 工业传感器 l传感器的定义 n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 n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 l传
2、感器的构成 n传感器由敏感器件与辅助器件组成 n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 n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 d V 传感器的分类 1 l按被测物理量分类 n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 n声音 声压 噪声 n温度 温度 热量 比热 n光谱 亮度 色彩 传感器的分类 1 l按被测物理量分类 n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 n声音 声压 噪声 n温度 温度 热量 比热 n光谱 亮度 色彩
3、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 l按被测物理量分类 n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 n声音 声压 噪声 n温度 温度 热量 比热 n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 l按信号变换特征分类 n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 n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 l按信号的输出方式分类 n模拟型
4、传感器 n数字型传感器 传感器的分类 3 l按敏感元件与被测对象的关系分类 n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 n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 n 位移是质量块在运动过程中离开平衡位置的距离 n 振动速度是质量块在振荡过程中运动快慢的度量 n 振动加速度是振动速度的变化率 工业传感器 振动相位 n振动位移 Displacement n速度 Velocity n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
5、波 三者的幅值相应为A A A 2 相位关系 加速度领先速度90 速度领先位移90 工业传感器 l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 l选择不同监测量的标准是什么 工业传感器 l传感器的分类 l传感器的选用原则 l传感器的安装 工业传感器 l传感器的静态特性 l传感器的动态特性 传感器的静态特性 l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 l静态响应特性 静态测量时 测试装置表现出的 响应
6、特性 主要指标 n灵敏度 n非线性度 n回程误差 n测量范围 n稳定性 n可靠性 传感器的静态特性 l灵敏度 n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 x y x x y 传感器的静态特性 l非线性度 n实际曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度 n非线性度 B A 100 y x B 实际的 拟合的 A 传感器的静态特性 l回程误差 n在输入量由小增大和由大减小的测试过程中 测量 得到的两条输出曲线之间差值最大的地方则为hmax 则定义回程误差为 hmax A 100 y x hmax A 传感器的静态特性 l精度 n用于评价测试装置产生的测量误差大小 l
7、分辨力 n指能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量 表 明测试装置分辨输入量微小变化的能力 l测量范围 n指测试装置能正常测量最小输入量和最大输入量之间 的范围 工业传感器 l传感器的静态特性 n灵 敏 度 n精 度 n非线性度 n回程误差 n分 辩 力 n测量范围 x x y x B A y x hmax A y y 工业传感器 l传感器的静态特性 l传感器的动态特性 传感器的动态特性 n频率响应特性 频率响应通过输入信号与测量所得信号之间的关系 对于一个已知的包含所有 频率的输入信号 在理想情 况下 其曲线应该是平直的 实际上存在一个低频限制 在某个频率范围内响应曲线 为平滑曲线 而在高
8、频区域 响应线会出现下滑 传感器的动态特性 n频率响应特性 如果分析数据的频率不在 线性区域 内 就可能会遇到一 些不该出现的重复性 精确度和相位漂移方面的问题 备注 测量冲击脉冲 尖峰能量 HFD SPM SEE和频 谱解调时应使用在传感器线性范围外的高频数据 传感器的选用原则 l选用原则 n根据测量对象与测量环境确定传感器的类型 传感器的量程 测量范围 传感器的体积 被测位置对传感器体积的要求 测 量 方 式 接触式 非接触式 信号引出方式 有线 无线 传感器的来源 国产 进口 工业传感器 传感器的选用原则 l灵敏度 n从一定的角度上说 灵敏度越高越好 n但灵敏度越高 也容易引入噪声 工业
9、传感器 a 线性系统的灵敏度 b 非线性系统的灵敏度 传感器的选用原则 l精度 输出与被测物理量的对应程度 精确度并不是越高越好 考虑到经济性 例 超精密切削机床运动部件的定位精确度 主轴振动等 l线性范围 输出与输入成正比的范围 传感器的线性范围越宽 其量程越大 传感器在线性区内工作 是保证测量精度的基本条件 l稳定性 传感器使用一段时间后 其性能保持不变的能力 变间隙型的电容式传感器 在环境湿度较大的场合工作或 油剂浸入间隙时 会改变电容器的介质 磁电式传感器在磁场中工作时 会带来测量误差 在温度变化大的场合使用应变式传感器 应考虑温度补偿 传感器的选用原则 l动态响应特性 实际传感器的响
10、应总有一定的迟延 要根据被测物理量的 变化特点加以选择 稳态 瞬变 随机 光电效应 压电效应等物性型传感器 响应较快 工作频 率范围宽 电感 电容 磁电式等结构型传感器 受机械系统惯性的 限制 固有频率低 可工作频率低 工业传感器 工业传感器 l传感器的分类 l传感器的选用原则 l传感器的安装 量程 体积 测量方式 信号引出方式 灵敏度 精度 线性范围 动态响应性 传感器的安装 l概述 n正确安装传感器 对于获取正确的测量结果是非常重要的 永久式传感器的安装 便携式传感器的安装 l振动传感器安装注意事项 n选择的安装位置必须能够保证使用数据采集器时的工作安全 n在振源和传感器之间必须要有一个良
11、好的机械传输路径 传 感器安装时应选择振源和传感器间的最短路径 n确保没有将传感器安装到自身会受到机器振动激励的部件上 如 风扇罩 联轴器防护盖等不宜放置传感器的部件 工业传感器 传感器安装位置的选择 1 2 3 4 检测轴承的振动 传感器 安装在什么位置合适 测量径向振 动 在承载 区最合适 测量轴向振 动 路径最 短最合适 传感器的安装 l如何正确安装传感器 n传感器必须直接与机器的表面相接触 传感器与设备的连接 越可靠 测量结果越准确 n机器表面必须保持光滑和平坦 不能有油漆 铁锈或粗砂 否则会严重影响传感器的频率响应 n常规的便携式安装时 传感器被暂时安装在设备表面 进行 连续监控时
12、传感器则是永久式安装 n安装方式 螺栓连接 焊接 磁座 粘接 工业传感器 如何正确安装传感器 l暂时安装 n所使用的方法应具有良好的可重复性 振动探针 磁铁 快速连接装置 l振动探针安装 n仅用于难以接近的测点和铝制表面 不能测量低于10HZ的振 动 共振频率范围800 1500HZ 工业传感器 传感器的安装 如何正确安装传感器 l磁铁固定 n可以在有微小曲面的机器表面安装 n机器表面和磁性必须保持清洁和良好的维护 所有沙粒 金 属颗粒 毛刺都必须去除 n黄油 蜂蜡等耦合剂经常与有平坦底部的磁体一起使用 n注意 磁铁安装座具有很强的磁性 当把它安装到机器上时 应先放在设备 的边缘上然后慢慢移动
13、到目标位置 否则由于巨大的磁性冲击力作用 可能会导致传感器的损坏 n分类 两极磁铁 用于不规则表面或曲面 平面磁铁 用于平坦表面 工业传感器 传感器的安装 如何正确安装传感器 l永久螺栓固定 n通过在设备外壳上钻螺纹孔 用双头螺栓与设备直接连接 能获得最高的频率范围 n可以用环氧树脂粘合垫子来代替钻孔 将传感器安装到垫子 上 如果安装合理的话 也能达到接近双头螺栓安装的效果 工业传感器 传感器的安装 双头螺栓固定粘合垫子 如何正确安装传感器 l安装方式 n目前最好的安装方式采用双头螺栓直接将传感器与机器表面 连接起来 其它安装方式会引入安装共振 工业传感器 传感器的安装 测量系统的准备 传感器
14、类型的选择 传感器安装位置的选择 传感器安装方式的选择 测量系统的抗干扰设计 测量系统的抗干扰设计 l测量过程中 除待测量信号外 各种不可见的 随机的 信号可能出现在测量系统中 这些信号与有用信号叠加 在一起 严重扭曲测量结果 测量系统 电 磁 干 扰 信 道 干 扰 电 源 干 扰 测量系统的抗干扰设计 l电磁干扰 干扰以电磁波辐射方式经空间串入测量系统 良好的屏蔽及正确的接地可去除大部分的电磁波干扰 l信道干扰 测量电路中的信号多用电缆进行传输 当电缆抖动 弯折 时 若在介质中产生机械力 就会引起压电效应干扰 选用铠装电缆 在绝缘层的两侧涂有石墨 去除感应电荷 l电源干扰 这是由于供电电源
15、波动对测量电路引起的干扰 使用交流稳压器 隔离稳压器可减小供电电源波动的影响 测量系统的抗干扰设计 l屏蔽 n一种是采用双绞线 其中一根用做作屏蔽 另一根用做信号 传输线 n另一种是采用金属网状编织的屏蔽线 金属网做屏蔽层 芯 线用于传输信号 n一般的原则是 抑制电磁感应干扰应采用双绞线 抑制静电 感应采用金属网屏蔽线 测量系统的抗干扰设计 l接地 n接地通常有两种含义 一是连接到系统基准地 二是连接到 大地 从用途上分 一是抑制干扰接地 二是安全接地 串联接地 布线简单 电路间会有一定干扰 并联接地 布线复杂 地电流间不会耦合 但高频信号会产生电感 使地线阻抗加大 n大地的电特性与接地位置相关 接大地电位需专门制作 接地电阻 4 不是随便的地脚螺栓 暖气 管之类的装置 n接地必须可靠 为降低阻抗 接地线越短越好 最好采用焊接 测量系统的抗干扰设计 l隔离 n光电隔离 变压器隔离等 l电源 n线性电源与开关电源 n稳压电路 l软件方法 n滤波 n看门狗技术 传感器的标定 l传感器的标定 n用高精度的测量仪器标定低精度的测量仪器 振动 激振器 温度 红外热成像仪 n建立电压变化与实际物理量变化的关系 曲线拟合 最小二乘 电压 V 加速度 mm s2 测量系统的准备 传感器类型的选择 传感器安装位置的选择 传感器安装方式的选择 测量系统的抗干扰设计 传感器的标定
