設備故障診斷技術5-工業(yè)傳感器原理與應用課件

機械設備故障診斷技術

----工業(yè)傳感器原理與應用北京科技大學機械工程學院陽建宏2010.10機械設備故障診斷技術

----工業(yè)傳感器原理設備故障診斷技術三個階段狀態(tài)監(jiān)測分析診斷決策處理信號采集、數據顯示設備傳感器分析處理、狀態(tài)識別故障診斷、決策治理防治監(jiān)護運行停機檢修狀態(tài)監(jiān)測分析診斷決策處理巡回監(jiān)測設備故障診斷技術三個階段信號采集、數據顯示設備傳感器分析處工業(yè)傳感器傳感器的分類傳感器的選用原則傳感器的安裝工業(yè)傳感器工業(yè)傳感器傳感器的定義傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉換成另一種信息的裝置。目前，傳感器轉換后的信號大多為電信號。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉換成電信號的裝置。物理量電量工業(yè)傳感器傳感器的定義物理量電量工業(yè)傳感器傳感器的構成傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。dV工業(yè)傳感器傳感器的構成dV傳感器的分類(1)按被測物理量分類機械量：長度,厚度位移,速度,加速度旋轉角,轉速,質量,重量,力壓力,扭矩,風速,流速,流量;聲音:聲壓,噪聲溫度:溫度,熱量,比熱光譜：亮度，色彩傳感器的分類(1)按被測物理量分類傳感器的分類(1)按被測物理量分類機械量：長度,厚度位移,速度,加速度旋轉角,轉速,質量,重量,力壓力,扭矩,風速,流速,流量;聲音:聲壓,噪聲溫度:溫度,熱量,比熱光譜：亮度，色彩安放在機場跑道上的麥克風陣列麥克風陣列傳感器的分類(1)按被測物理量分類安放在機場跑道上的麥克風傳感器的分類(1)按被測物理量分類機械量：長度,厚度位移,速度,加速度旋轉角,轉速,質量,重量,力壓力,扭矩,風速,流速,流量;聲音:聲壓,噪聲溫度:溫度,熱量,比熱光譜：亮度，色彩等離子體激光器光導纖維樣品光譜儀410415420425430435440

波長(nm)發(fā)射強度傳感器的分類(1)按被測物理量分類等離子體激光器光導纖維樣傳感器的分類(2)按信號變換特征分類能量轉換型直接由被測對象輸入能量使其工作.例如:熱電偶溫度計.能量控制型從外部供給能量，并由被測量控制外部供給能量的變化.例如:電阻應變片、ICP型加速度傳感器按信號的輸出方式分類模擬型傳感器數字型傳感器傳感器的分類(2)按信號變換特征分類傳感器的分類(3)按敏感元件與被測對象的關系分類物性型依靠敏感元件材料本身物理性質的變化來實現信號變換.如:水銀溫度計.結構型依靠傳感器結構參數的變化實現信號轉變.例如:電容式和電感式傳感器聽筒的工作原理圖傳感器的分類(3)按敏感元件與被測對象的關系分類聽筒的工作原工業(yè)傳感器—振動監(jiān)測

位移是質量塊在運動過程中離開平衡位置的距離振動速度是質量塊在振蕩過程中運動快慢的度量振動加速度是振動速度的變化率工業(yè)傳感器—振動監(jiān)測位移是質量塊在運動過程中離開平衡位置的工業(yè)傳感器—振動相位工業(yè)傳感器—振動相位振動位移(Displacement)速度(Velocity)加速度(Acceleration)

工業(yè)傳感器振動位移、速度、加速度之間的關系

位移、速度、加速度都是同頻率的簡諧波。三者的幅值相應為A、A、A

2。相位關系：加速度領先速度90o;速度領先位移90o。振動位移(Displacement)工業(yè)傳感器振動位移、速工業(yè)傳感器位移/速度/加速度和轉速的關系位移轉速速度轉速加速度位移：相同能量值情況下，轉速越高，故障越嚴重速度：相同能量值情況下，不受轉速的影響加速度：相同能量值情況下，轉速越低，故障越嚴重工業(yè)傳感器位移/速度/加速度和轉速的關系位移轉速速度轉速加速工業(yè)傳感器選擇不同監(jiān)測量的標準是什么？工業(yè)傳感器選擇不同監(jiān)測量的標準是什么？工業(yè)傳感器傳感器的分類傳感器的選用原則傳感器的安裝工業(yè)傳感器工業(yè)傳感器傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動態(tài)特性工業(yè)傳感器傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)測量：如果測量時，測試裝置的輸入、輸出信號不隨時間而變化。靜態(tài)響應特性：靜態(tài)測量時，測試裝置表現出的響應特性，主要指標：靈敏度非線性度回程誤差測量范圍穩(wěn)定性可靠性傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)測量：如果測量時，測試裝置的輸入、輸出信傳感器的靜態(tài)特性靈敏度當測試裝置的輸入x有一增量△x,引起輸出y發(fā)生相應變化△y時,定義:S=△y/△xyx△x△y傳感器的靜態(tài)特性靈敏度yx△x△y傳感器的靜態(tài)特性非線性度實際曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。非線性度=B/A×100%yxB實際的擬合的A傳感器的靜態(tài)特性非線性度yxB實際的擬合的A傳感器的靜態(tài)特性回程誤差在輸入量由小增大和由大減小的測試過程中，測量得到的兩條輸出曲線之間差值最大的地方則為hmax，則定義回程誤差為:(hmax/A)×100%yxhmaxA傳感器的靜態(tài)特性回程誤差yxhmaxA傳感器的靜態(tài)特性精度用于評價測試裝置產生的測量誤差大小分辨力指能引起輸出量發(fā)生變化時輸入量的最小變化量，表明測試裝置分辨輸入量微小變化的能力測量范圍指測試裝置能正常測量最小輸入量和最大輸入量之間的范圍。傳感器的靜態(tài)特性精度工業(yè)傳感器傳感器的靜態(tài)特性靈敏度精度非線性度回程誤差分辯力測量范圍x△x△yxBAyxhmaxAyy工業(yè)傳感器傳感器的靜態(tài)特性靈敏度x△x△yxBAyx工業(yè)傳感器傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動態(tài)特性工業(yè)傳感器傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動態(tài)特性頻率響應特性：頻率響應通過輸入信號與測量所得信號之間的關系對于一個已知的包含所有頻率的輸入信號，在理想情況下，其曲線應該是平直的實際上存在一個低頻限制，在某個頻率范圍內響應曲線為平滑曲線，而在高頻區(qū)域，響應線會出現下滑傳感器的動態(tài)特性頻率響應特性：對于一個已知的包含所有頻率的傳感器的動態(tài)特性頻率響應特性如果分析數據的頻率不在“線性區(qū)域”內，就可能會遇到一些不該出現的重復性、精確度和相位漂移方面的問題備注：測量沖擊脈沖、尖峰能量、HFD、SPM、SEE和頻譜解調時應使用在傳感器線性范圍外的高頻數據傳感器的動態(tài)特性頻率響應特性傳感器的選用原則選用原則根據測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型

傳感器的量程：測量范圍傳感器的體積：被測位置對傳感器體積的要求測量方式：接觸式、非接觸式信號引出方式：有線、無線傳感器的來源：國產、進口

工業(yè)傳感器傳感器的選用原則選用原則

工業(yè)傳感器傳感器的選用原則靈敏度從一定的角度上說，靈敏度越高越好但靈敏度越高，也容易引入噪聲

工業(yè)傳感器(a)線性系統(tǒng)的靈敏度(b)非線性系統(tǒng)的靈敏度傳感器的選用原則靈敏度

工業(yè)傳感器(a)線性系統(tǒng)的靈敏度(b傳感器的選用原則精度輸出與被測物理量的對應程度精確度并不是越高越好——考慮到經濟性例：超精密切削機床運動部件的定位精確度、主軸振動等線性范圍

輸出與輸入成正比的范圍傳感器的線性范圍越寬，其量程越大傳感器在線性區(qū)內工作，是保證測量精度的基本條件穩(wěn)定性傳感器使用一段時間后，其性能保持不變的能力變間隙型的電容式傳感器，在環(huán)境濕度較大的場合工作或油劑浸入間隙時，會改變電容器的介質。磁電式傳感器在磁場中工作時，會帶來測量誤差在溫度變化大的場合使用應變式傳感器，應考慮溫度補償傳感器的選用原則精度傳感器的選用原則動態(tài)響應特性實際傳感器的響應總有一定的遲延，要根據被測物理量的變化特點加以選擇(穩(wěn)態(tài)、瞬變、隨機)光電效應、壓電效應等物性型傳感器、響應較快，工作頻率范圍寬電感、電容、磁電式等結構型傳感器，受機械系統(tǒng)慣性的限制，固有頻率低，可工作頻率低

工業(yè)傳感器傳感器的選用原則動態(tài)響應特性

工業(yè)傳感器工業(yè)傳感器傳感器的分類傳感器的選用原則傳感器的安裝量程體積測量方式信號引出方式靈敏度精度線性范圍動態(tài)響應性工業(yè)傳感器量程傳感器的安裝概述正確安裝傳感器，對于獲取正確的測量結果是非常重要的永久式傳感器的安裝便攜式傳感器的安裝振動傳感器安裝注意事項選擇的安裝位置必須能夠保證使用數據采集器時的工作安全在振源和傳感器之間必須要有一個良好的機械傳輸路徑，傳感器安裝時應選擇振源和傳感器間的最短路徑確保沒有將傳感器安裝到自身會受到機器振動激勵的部件上，如：風扇罩、聯軸器防護蓋等不宜放置傳感器的部件

工業(yè)傳感器傳感器的安裝概述

工業(yè)傳感器傳感器安裝位置的選擇1234檢測軸承的振動，傳感器安裝在什么位置合適？測量徑向振動，在承載區(qū)最合適測量軸向振動，路徑最短最合適××？傳感器安裝位置的選擇1234檢測軸承的振動，傳感器安裝在什么傳感器的安裝如何正確安裝傳感器傳感器必須直接與機器的表面相接觸，傳感器與設備的連接越可靠，測量結果越準確機器表面必須保持光滑和平坦，不能有油漆、鐵銹或粗砂，否則會嚴重影響傳感器的頻率響應常規(guī)的便攜式安裝時，傳感器被暫時安裝在設備表面；進行連續(xù)監(jiān)控時，傳感器則是永久式安裝安裝方式螺栓連接焊接磁座粘接

工業(yè)傳感器傳感器的安裝如何正確安裝傳感器

工業(yè)傳感器如何正確安裝傳感器暫時安裝所使用的方法應具有良好的可重復性振動探針磁鐵快速連接裝置振動探針安裝僅用于難以接近的測點和鋁制表面，不能測量低于10HZ的振動，共振頻率范圍800-1500HZ工業(yè)傳感器

傳感器的安裝如何正確安裝傳感器暫時安裝工業(yè)傳感器

傳感器的安裝如何正確安裝傳感器磁鐵固定可以在有微小曲面的機器表面安裝機器表面和磁性必須保持清潔和良好的維護，所有沙粒、金屬顆粒、毛刺都必須去除黃油、蜂蠟等耦合劑經常與有平坦底部的磁體一起使用注意磁鐵安裝座具有很強的磁性，當把它安裝到機器上時，應先放在設備的邊緣上然后慢慢移動到目標位置，否則由于巨大的磁性沖擊力作用可能會導致傳感器的損壞分類兩極磁鐵：用于不規(guī)則表面或曲面平面磁鐵：用于平坦表面工業(yè)傳感器

傳感器的安裝如何正確安裝傳感器磁鐵固定工業(yè)傳感器

傳感器的安裝如何正確安裝傳感器永久螺栓固定通過在設備外殼上鉆螺紋孔，用雙頭螺栓與設備直接連接，能獲得最高的頻率范圍可以用環(huán)氧樹脂粘合墊子來代替鉆孔，將傳感器安裝到墊子上，如果安裝合理的話，也能達到接近雙頭螺栓安裝的效果工業(yè)傳感器

傳感器的安裝雙頭螺栓固定粘合墊子如何正確安裝傳感器永久螺栓固定工業(yè)傳感器

傳感器的安裝雙頭螺如何正確安裝傳感器安裝方式目前最好的安裝方式采用雙頭螺栓直接將傳感器與機器表面連接起來，其它安裝方式會引入安裝共振。工業(yè)傳感器

傳感器的安裝如何正確安裝傳感器安裝方式工業(yè)傳感器

傳感器的安裝測量系統(tǒng)的準備傳感器類型的選擇傳感器安裝位置的選擇傳感器安裝方式的選擇測量系統(tǒng)的抗干擾設計測量系統(tǒng)的準備傳感器類型的選擇傳感器安裝位置的選擇傳感器安裝測量系統(tǒng)的抗干擾設計測量過程中，除待測量信號外，各種不可見的、隨機的信號可能出現在測量系統(tǒng)中，這些信號與有用信號疊加在一起，嚴重扭曲測量結果。測量系統(tǒng)電磁干擾信道干擾電源干擾測量系統(tǒng)的抗干擾設計測量過程中，除待測量信號外，各種不可見的測量系統(tǒng)的抗干擾設計電磁干擾干擾以電磁波輻射方式經空間串入測量系統(tǒng)良好的屏蔽及正確的接地可去除大部分的電磁波干擾信道干擾測量電路中的信號多用電纜進行傳輸。當電纜抖動、彎折時，若在介質中產生機械力，就會引起壓電效應干擾選用鎧裝電纜，在絕緣層的兩側涂有石墨，去除感應電荷電源干擾這是由于供電電源波動對測量電路引起的干擾使用交流穩(wěn)壓器、隔離穩(wěn)壓器可減小供電電源波動的影響測量系統(tǒng)的抗干擾設計電磁干擾測量系統(tǒng)的抗干擾設計屏蔽一種是采用雙絞線，其中一根用做作屏蔽，另一根用做信號傳輸線。另一種是采用金屬網狀編織的屏蔽線，金屬網做屏蔽層，芯線用于傳輸信號。一般的原則是：抑制電磁感應干擾應采用雙絞線，抑制靜電感應采用金屬網屏蔽線。測量系統(tǒng)的抗干擾設計屏蔽測量系統(tǒng)的抗干擾設計接地接地通常有兩種含義，一是連接到系統(tǒng)基準地，二是連接到大地。從用途上分：一是抑制干擾接地，二是安全接地串聯接地：布線簡單，電路間會有一定干擾并聯接地：布線復雜、地電流間不會耦合，但高頻信號會產生電感，使地線阻抗加大大地的電特性與接地位置相關接大地電位需專門制作，接地電阻<4Ω，不是隨便的地腳螺栓、暖氣管之類的裝置接地必須可靠為降低阻抗，接地線越短越好最好采用焊接測量系統(tǒng)的抗干擾設計接地測量系統(tǒng)的抗干擾設計隔離光電隔離、變壓器隔離等電源線性電源與開關電源穩(wěn)壓電路軟件方法濾波看門狗技術測量系統(tǒng)的抗干擾設計隔離傳感器的標定傳感器的標定用高精度的測量儀器標定低精度的測量儀器振動：激振器溫度：紅外熱成像儀建立電壓變化與實際物理量變化的關系曲線擬合最小二乘電壓(V)加速度(mm/s2)傳感器的標定傳感器的標定電壓(V)加速度(mm/s2)測量系統(tǒng)的準備傳感器類型的選擇傳感器安裝位置的選擇傳感器安裝方式的選擇測量系統(tǒng)的抗干擾設計傳感器的標定測量系統(tǒng)的準備傳感器類型的選擇傳感器安裝位置的選擇傳感器安裝1、有時候讀書是一種巧妙地避開思考的方法。9月-239月-23Tuesday,September5,20232、閱讀一切好書如同和過去最杰出的人談話。10:37:1610:37:1610:379/5/202310:37:16AM3、越是沒有本領的就越加自命不凡。9月-2310:37:1610:37Sep-2305-Sep-234、越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯兒。10:37:1610:37:1610:37Tuesday,September5,20235、知人者智，自知者明。勝人