機械設備故障診療技術

----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.10機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第1頁設備故障診療技術三個階段狀態(tài)監(jiān)測分析診療決議處理信號采集、數(shù)據(jù)顯示設備傳感器分析處理、狀態(tài)識別故障診療、決議治理防治監(jiān)護運行停機檢修狀態(tài)監(jiān)測分析診療決議處理巡回監(jiān)測機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第2頁工業(yè)傳感器傳感器分類傳感器選取標準傳感器安裝機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第3頁工業(yè)傳感器傳感器定義傳感器是借助檢測元件將一個形式信息轉(zhuǎn)換成另一個信息裝置。當前，傳感器轉(zhuǎn)換后信號大多為電信號。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入非電信號轉(zhuǎn)換成電信號裝置。物理量電量機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第4頁工業(yè)傳感器傳感器組成傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件作用是感受被測物理量，并對信號進行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出電信號進行放大、阻抗匹配，方便于后續(xù)儀表接入。dV機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第5頁傳感器分類(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(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)速,質(zhì)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，色彩機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第6頁傳感器分類(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(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)速,質(zhì)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麥克風陣列麥克風陣列機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第7頁傳感器分類(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(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)速,質(zhì)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)射強度機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第8頁傳感器分類(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.比如: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改變.比如:電阻應變片、ICP型加速度傳感器按信號輸出方式分類模擬型傳感器數(shù)字型傳感器機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第9頁傳感器分類(3)按敏感元件與被測對象關系分類物性型依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)改變來實現(xiàn)信號變換.如:水銀溫度計.結(jié)構型依靠傳感器結(jié)構參數(shù)改變實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變.比如:電容式和電感式傳感器聽筒工作原理圖機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第10頁工業(yè)傳感器—振動監(jiān)測

位移是質(zhì)量塊在運動過程中離開平衡位置距離振動速度是質(zhì)量塊在振蕩過程中運動快慢度量振動加速度是振動速度改變率機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第11頁工業(yè)傳感器—振動相位機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第12頁振動位移(Displacement)速度(Velocity)加速度(Acceleration)

工業(yè)傳感器振動位移、速度、加速度之間關系

位移、速度、加速度都是同頻率簡諧波。三者幅值對應為A、A、A

2。相位關系：加速度領先速度90o;速度領先位移90o。機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第13頁工業(yè)傳感器位移/速度/加速度和轉(zhuǎn)速關系位移轉(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，故障越嚴重速度：相同能量值情況下，不受轉(zhuǎn)速影響加速度：相同能量值情況下，轉(zhuǎn)速越低，故障越嚴重機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第14頁工業(yè)傳感器選擇不一樣監(jiān)測量標準是什么？機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第15頁工業(yè)傳感器傳感器分類傳感器選取標準傳感器安裝機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第16頁工業(yè)傳感器傳感器靜態(tài)特征傳感器動態(tài)特征機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第17頁傳感器靜態(tài)特征靜態(tài)測量：假如測量時，測試裝置輸入、輸出信號不隨時間而改變。靜態(tài)響應特征：靜態(tài)測量時，測試裝置表現(xiàn)出響應特征，主要指標：靈敏度非線性度回程誤差測量范圍穩(wěn)定性可靠性機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第18頁傳感器靜態(tài)特征靈敏度當測試裝置輸入x有一增量△x,引發(fā)輸出y發(fā)生對應改變△y時,定義:S=△y/△xyx△x△y機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第19頁傳感器靜態(tài)特征非線性度實際曲線與擬合直線偏離程度就是非線性度。非線性度=B/A×100%yxB實際擬合A機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第20頁傳感器靜態(tài)特征回程誤差在輸入量由小增大和由大減小測試過程中，測量得到兩條輸出曲線之間差值最大地方則為hmax，則定義回程誤差為:(hmax/A)×100%yxhmaxA機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第21頁傳感器靜態(tài)特征精度用于評價測試裝置產(chǎn)生測量誤差大小分辨力指能引發(fā)輸出量發(fā)生改變時輸入量最小改變量，表明測試裝置分辨輸入量微小改變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范圍。機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第22頁工業(yè)傳感器傳感器靜態(tài)特征靈敏度精度非線性度回程誤差分辯力測量范圍x△x△yxBAyxhmaxAyy機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第23頁工業(yè)傳感器傳感器靜態(tài)特征傳感器動態(tài)特征機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第24頁傳感器動態(tài)特征頻率響應特征：頻率響應經(jīng)過輸入信號與測量所得信號之間關系對于一個已知包含全部頻率輸入信號，在理想情況下，其曲線應該是平直實際上存在一個低頻限制，在某個頻率范圍內(nèi)響應曲線為平滑曲線，而在高頻區(qū)域，響應線會出現(xiàn)下滑機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第25頁傳感器動態(tài)特征頻率響應特征假如分析數(shù)據(jù)頻率不在“線性區(qū)域”內(nèi)，就可能會碰到一些不該出現(xiàn)重復性、準確度和相位漂移方面問題備注：測量沖擊脈沖、尖峰能量、HFD、SPM、SEE和頻譜解調(diào)時應使用在傳感器線性范圍外高頻數(shù)據(jù)機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第26頁傳感器選取標準選取標準依據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器類型

傳感器量程：測量范圍傳感器體積：被測位置對傳感器體積要求測量方式：接觸式、非接觸式信號引出方式：有線、無線傳感器起源：國產(chǎn)、進口

工業(yè)傳感器機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第27頁傳感器選取標準靈敏度從一定角度上說，靈敏度越高越好但靈敏度越高，也輕易引入噪聲

工業(yè)傳感器(a)線性系統(tǒng)靈敏度(b)非線性系統(tǒng)靈敏度機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第28頁傳感器選取標準精度輸出與被測物理量對應程度準確度并不是越高越好——考慮到經(jīng)濟性例：超精親密削機床運動部件定位準確度、主軸振動等線性范圍

輸出與輸入成正比范圍傳感器線性范圍越寬，其量程越大傳感器在線性區(qū)內(nèi)工作，是確保測量精度基本條件穩(wěn)定性傳感器使用一段時間后，其性能保持不變能力變間隙型電容式傳感器，在環(huán)境濕度較大場所工作或油劑浸入間隙時，會改變電容器介質(zhì)。磁電式傳感器在磁場中工作時，會帶來測量誤差在溫度改變大場所使用應變式傳感器，應考慮溫度賠償機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第29頁傳感器選取標準動態(tài)響應特征實際傳感器響應總有一定拖延，要依據(jù)被測物理量改變特點加以選擇(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(jié)構型傳感器，受機械系統(tǒng)慣性限制，固有頻率低，可工作頻率低

工業(yè)傳感器機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第30頁工業(yè)傳感器傳感器分類傳感器選取標準傳感器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)響應性機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第31頁傳感器安裝概述正確安裝傳感器，對于獲取正確測量結(jié)果是非常主要永久式傳感器安裝便攜式傳感器安裝振動傳感器安裝注意事項選擇安裝位置必須能夠確保使用數(shù)據(jù)采集器時工作安全在振源和傳感器之間必須要有一個良好機械傳輸路徑，傳感器安裝時應選擇振源和傳感器間最短路徑確保沒有將傳感器安裝到本身會受到機器振動激勵部件上，如：風扇罩、聯(lián)軸器防護蓋等不宜放置傳感器部件

工業(yè)傳感器機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第32頁傳感器安裝位置選擇1234檢測軸承振動，傳感器安裝在什么位置適當？測量徑向振動，在承載區(qū)最適當測量軸向振動，路徑最短最適當××？機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第33頁傳感器安裝怎樣正確安裝傳感器傳感器必須直接與機器表面相接觸，傳感器與設備連接越可靠，測量結(jié)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，不然會嚴重影響傳感器頻率響應常規(guī)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)傳感器機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第34頁怎樣正確安裝傳感器暫時安裝所使用方法應含有良好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靠近測點和鋁制表面，不能測量低于10HZ振動，共振頻率范圍800-1500HZ工業(yè)傳感器

傳感器安裝機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第35頁怎樣正確安裝傳感器磁鐵固定能夠在有微小曲面機器表面安裝機器表面和磁性必須保持清潔和良好維護，全部沙粒、金屬顆粒、毛刺都必須去除黃油、蜂蠟等耦合劑經(jīng)常與有平坦底部磁體一起使用注意磁鐵安裝座含有很強磁性，當把它安裝到機器上時，應先放在設備邊緣上然后慢慢移動到目標位置，不然因為巨大磁性沖擊力作用可能會造成傳感器損壞分類兩極磁鐵：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

傳感器安裝機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第36頁怎樣正確安裝傳感器永久螺栓固定經(jīng)過在設備外殼上鉆螺紋孔，用雙頭螺栓與設備直接連接，能取得最高頻率范圍能夠用環(huán)氧樹脂粘合墊子來代替鉆孔，將傳感器安裝到墊子上，假如安裝合理話，也能到達靠近雙頭螺栓安裝效果工業(yè)傳感器

傳感器安裝雙頭螺栓固定粘合墊子機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第37頁怎樣正確安裝傳感器安裝方式當前最好安裝方式采取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

傳感器安裝機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第38頁測量系統(tǒng)準備傳感器類型選擇傳感器安裝位置選擇傳感器安裝方式選擇測量系統(tǒng)抗干擾設計機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第39頁測量系統(tǒng)抗干擾設計測量過程中，除待測量信號外，各種不可見、隨機信號可能出現(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機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第40頁測量系統(tǒng)抗干擾設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)良好屏蔽及正確接地可去除大部分電磁波干擾信道干擾測量電路中信號多用電纜進行傳輸。當電纜抖動、彎折時，若在介質(zhì)中產(chǎn)生機械力，就會引發(fā)壓電效應干擾選取鎧裝電纜，在絕緣層兩側(cè)涂有石墨，去除感應電荷電源干擾這是因為供電電源波動對測量電路引發(fā)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影響機械設備故障診斷技術之工業(yè)傳感器原理及應用第41頁測量系統(tǒng)抗干擾設計屏蔽一個是采取雙絞線，其中一根用做作屏蔽，另一根用做信號傳輸線。另一個是采取金