設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)課件

機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)

----設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)設(shè)備故障診斷技術(shù)三個階段狀態(tài)監(jiān)測分析診斷決策處理信號采集、數(shù)據(jù)顯示設(shè)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(hù)運(yùn)行停機(jī)檢修狀態(tài)監(jiān)測分析診斷決策處理巡回監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)傳感器的分類傳感器的選用原則傳感器的安裝傳感器的標(biāo)定測量系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計工業(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(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。目前，傳感器轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成電信號的裝置。物理量電量工業(yè)傳感器傳感器的構(gòu)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(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進(jìn)行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。dV傳感器的分類(1)按被測物理量分類機(jī)械量：長度,厚度位移,速度,加速度旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)速,質(zhì)量,重量,力壓力,扭矩,風(fēng)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)按被測物理量分類機(jī)械量：長度,厚度位移,速度,加速度旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)速,質(zhì)量,重量,力壓力,扭矩,風(fēng)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(jī)場跑道上的麥克風(fēng)陣列麥克風(fēng)陣列傳感器的分類(1)按被測物理量分類機(jī)械量：長度,厚度位移,速度,加速度旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)速,質(zhì)量,重量,力壓力,扭矩,風(fēng)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(dǎo)纖維樣品光譜儀410415420425430435440

波長(nm)發(fā)射強(qiáng)度傳感器的分類(2)按信號變換特征分類能量轉(zhuǎn)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(yīng)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(shù)字型傳感器傳感器的分類(3)按敏感元件與被測對象的關(guān)系分類物性型依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實(shí)現(xiàn)信號變換.如:水銀溫度計.結(jié)構(gòu)型依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變.例如:電容式和電感式傳感器聽筒的工作原理圖工業(yè)傳感器傳感器的分類傳感器的選用原則傳感器的安裝傳感器的標(biāo)定測量系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計工業(yè)傳感器傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動態(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(yīng)特性：靜態(tài)測量時，測試裝置表現(xiàn)出的響應(yīng)特性，主要指標(biāo)：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)特性靈敏度當(dāng)測試裝置的輸入x有一增量△x,引起輸出y發(fā)生相應(yīng)變化△y時,定義:S=△y/△xyx△x△y傳感器的靜態(tài)特性非線性度實(shí)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(shí)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)特性精度用于評價測試裝置產(chǎn)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。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△yxBAyxhmaxAyyx~yy

~y*工業(yè)傳感器傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動態(tài)特性傳感器的動態(tài)特性頻率響應(yīng)特性：頻率響應(yīng)通過輸入信號與測量所得信號之間的關(guān)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(yīng)該是平直的實(shí)際上存在一個低頻限制，在某個頻率范圍內(nèi)響應(yīng)曲線為平滑曲線，而在高頻區(qū)域，響應(yīng)線會出現(xiàn)下滑傳感器的動態(tài)特性頻率響應(yīng)特性如果分析數(shù)據(jù)的頻率不在“線性區(qū)域”內(nèi)，就可能會遇到一些不該出現(xiàn)的重復(fù)性、精確度和相位漂移方面的問題備注：測量沖擊脈沖（SPM）、共振解調(diào)等方法時，應(yīng)使用在傳感器線性范圍外的高頻數(shù)據(jù)傳感器的選用原則選用原則根據(jù)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、非接觸式工作溫度：常溫、高溫電源供電方式：有源、無源信號引出方式：有線、無線傳感器的來源：國產(chǎn)、進(jìn)口（價格因素）

工業(yè)傳感器靈敏度精度非線性度回程誤差分辯力測量范圍(線性范圍)體積測量方式信號引出方式……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傳感器選擇與狀態(tài)監(jiān)測的關(guān)系不同監(jiān)測方法在設(shè)備狀態(tài)劣化過程中的靈敏度工業(yè)傳感器—振動監(jiān)測

位移是質(zhì)量塊在運(yùn)動過程中離開平衡位置的距離振動速度是質(zhì)量塊在振蕩過程中運(yùn)動快慢的度量振動加速度是振動速度的變化率振動位移(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(guān)系

位移、速度、加速度都是同頻率的簡諧波。三者的幅值相應(yīng)為A、A、A2。相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90o;速度領(lǐng)先位移90o。工業(yè)傳感器位移/速度/加速度和轉(zhuǎn)速的關(guān)系位移轉(zhuǎn)速速度轉(zhuǎn)速加速度位移：相同能量值情況下，轉(zhuǎn)速越高，故障越嚴(yán)重速度：相同能量值情況下，不受轉(zhuǎn)速的影響加速度：相同能量值情況下，轉(zhuǎn)速越低，故障越嚴(yán)重工業(yè)傳感器選擇不同監(jiān)測量的標(biāo)準(zhǔn)是什么？工業(yè)傳感器—振動相位壓電式加速度傳感器振動加速度的測量傳感器電信號非電量壓電式加速度傳感器加速度a電荷Q、電壓V，電流I壓電傳感器電信號非電量加速度a電荷Q壓電效應(yīng)非電量力F=ma線性變換壓電加速度傳感器原理壓電效應(yīng)某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。外力去掉后，會恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。壓電材料石英晶體、壓電陶瓷壓電加速度傳感器原理石英晶體Z軸：光軸，光線沿z軸通過晶體，不產(chǎn)生折射，沿z軸方向作用力，不產(chǎn)生壓電效應(yīng)X軸：電軸，Y軸：機(jī)械軸，力軸光軸電軸機(jī)械軸壓電加速度傳感器原理石英晶體的壓電效應(yīng)壓電加速度傳感器原理石英晶體的壓電效應(yīng)機(jī)理在無外力作用時，硅離子所帶的正電荷等效中心與氧離子所帶負(fù)電荷的等效中心是重合的，整個晶胞不呈現(xiàn)帶電現(xiàn)象。1——正電荷等效中心，2——負(fù)電荷等效中心。壓電加速度傳感器原理石英晶體壓電效應(yīng)的機(jī)理當(dāng)晶體的機(jī)械軸方向受到壓力時，產(chǎn)生晶格變形O2-的負(fù)電荷中心上移，在上表面產(chǎn)生負(fù)電荷，Si+的正電荷中心下移，在下表面產(chǎn)生正電荷。1——正電荷等效中心，2——負(fù)電荷等效中心。壓電加速度傳感器原理石英晶體壓電效應(yīng)的機(jī)理1——正電荷等效中心，2——負(fù)電荷等效中心。當(dāng)晶體的電軸方向受到壓力時，也會產(chǎn)生晶格變形，Si+的正電荷中心上移，上表面產(chǎn)生正電荷O2-的負(fù)電荷中心下移，下表面產(chǎn)生負(fù)電荷。壓電加速度傳感器原理壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器：以壓電效應(yīng)作為機(jī)電變換器而制成的加速度傳感器。

傳感器結(jié)構(gòu)圖1—基座2—引出電極3—壓電晶片4—質(zhì)量塊5—彈簧6—?dú)んw7—固定螺孔設(shè)計和使用的注意事項壓電加速度傳感器的結(jié)構(gòu)++++++++++++--------------預(yù)緊力可以增大剛度，提高動態(tài)響應(yīng)范圍溫度的變化會對測量帶來影響基座的變形會對測量帶來影響設(shè)計和使用的注意事項壓電加速度傳感器的結(jié)構(gòu)+++++++--------無預(yù)緊力，動態(tài)響應(yīng)范圍低環(huán)境溫度變化主要以幅射方式使晶體產(chǎn)生熱變形，變形方向與測量方向垂直基座的變形在支點(diǎn)附近被有效地抵消了設(shè)計和使用的注意事項壓電加速度傳感器的結(jié)構(gòu)+++++-----+++++-----溫度瞬變過程導(dǎo)致的變形方向與測量方向垂直基座的變形被支柱有效地吸收設(shè)計和使用的注意事項如何提高傳感器的靈敏度F=Ma從原理圖可以看出，增加壓力就可以增大晶體的電荷量。要增大壓力，可以通過增加質(zhì)量塊的質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)。增大質(zhì)量塊加大質(zhì)量塊密度設(shè)計和使用的注意事項如何提高傳感器的靈敏度壓電片并聯(lián)

兩片壓電片并聯(lián)在一起可以增大輸出電荷,提高靈敏度。Q//=2Q壓電片串聯(lián)

兩片壓電片串聯(lián)在一起可以增大輸出電壓,總電荷量不變。Q//=QU//=2U注：并聯(lián)連接：適用于測量緩變信號和以電荷為輸出的場合。串聯(lián)連接：適用于要求以電壓為輸出的場合。

設(shè)計和使用的注意事項壓電式加速度傳感器的測量壓電式傳感器可以看作一個電荷發(fā)生器。同時，它也是一個電容器，晶體上聚集正負(fù)電荷的兩表面相當(dāng)于電容的兩個極板，極板間物質(zhì)等效于一種介質(zhì)若要減少電荷泄露，測量電路需要有很高的輸入阻抗壓電式傳感器適用于靜態(tài)測量或準(zhǔn)靜態(tài)測量嗎？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(jié)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(shù)據(jù)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(jī)械傳輸路徑，傳感器安裝時應(yīng)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(jī)器振動激勵的部件上，如：風(fēng)扇罩、聯(lián)軸器防護(hù)蓋等不宜放置傳感器的部件

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××？傳感器的安裝如何正確安裝傳感器傳感器必須直接與機(jī)器的表面相接觸，傳感器與設(shè)備的連接越可靠，測量結(jié)果越準(zhǔn)確機(jī)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(yán)重影響傳感器的頻率響應(yīng)常規(guī)的便攜式安裝時，傳感器被暫時安裝在設(shè)備表面；進(jìn)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)傳感器如何正確安裝傳感器暫時安裝所使用的方法應(yīng)具有良好的可重復(fù)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(diǎn)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磁鐵固定可以在有微小曲面的機(jī)器表面安裝機(jī)器表面和磁性必須保持清潔和良好的維護(hù)，所有沙粒、金屬顆粒、毛刺都必須去除黃油、蜂蠟等耦合劑經(jīng)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(qiáng)的磁性，當(dāng)把它安裝到機(jī)器上時，應(yīng)先放在設(shè)備的邊緣上然后慢慢移動到目標(biāo)位置，否則由于巨大的磁性沖擊力作用可能會導(dǎo)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永久螺栓固定通過在設(shè)備外殼上鉆螺紋孔，用雙頭螺栓與設(shè)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(dá)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(jī)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

傳感器的安裝測量系統(tǒng)的準(zhǔn)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傳感器的標(biāo)定傳感器的標(biāo)定傳感器的標(biāo)定用高精度的測量儀器標(biāo)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(shí)際物理量變化的關(guān)系曲線擬合最小二乘電壓(V)加速度(mm/s2)測量系統(tǒng)的準(zhǔn)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傳感器的標(biāo)定測量系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計測量系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計測量過程中，除待測量信號外，各種不可見的、隨機(jī)的信號可能出現(xiàn)在測量系統(tǒng)中，這些信號與有用信號疊加在一起，嚴(yán)重扭曲測量結(jié)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(shè)計電磁干擾干擾以電磁波輻射方式經(jīng)空間串入測量系統(tǒng)良好的屏蔽及正確