測(cè)試技術(shù)課件：CH 7 振動(dòng)的測(cè)量

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1、第第7 7章章 振動(dòng)的測(cè)量振動(dòng)的測(cè)量 Vibration Measurement7.0 序序 Introduction7.1 振動(dòng)基礎(chǔ)振動(dòng)基礎(chǔ) Basic of Vibration7.2 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 Sensors of Vibration Measurement7.3 傳感器的選擇傳感器的選擇 Sensor Selection7.4 振動(dòng)測(cè)量方法振動(dòng)測(cè)量方法 Methods of Vibration Measurement7.5 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 Machine Condition Monitoring and Analysis7.6 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)

2、定標(biāo)準(zhǔn) Standard of Vibration7.7 位移的測(cè)量位移的測(cè)量（Dispacement Measurement）振動(dòng)測(cè)量形式：振動(dòng)測(cè)量形式： 測(cè)量機(jī)器或結(jié)構(gòu)在測(cè)量機(jī)器或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的振動(dòng)工作狀態(tài)下的振動(dòng)，如振動(dòng)位移、，如振動(dòng)位移、速度、加速度等速度、加速度等掌握被測(cè)對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)掌握被測(cè)對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷環(huán)境控制、等級(jí)評(píng)定環(huán)境控制、等級(jí)評(píng)定 對(duì)機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵(lì)，測(cè)量其對(duì)機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵(lì)，測(cè)量其受迫振動(dòng)受迫振動(dòng)獲得被測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能：固有頻率、阻尼、響應(yīng)、模態(tài)等獲得被測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能：固有頻率、阻尼、響應(yīng)、模態(tài)等 找出薄弱環(huán)

3、節(jié)，通過改進(jìn)設(shè)計(jì)提高其抗振能力找出薄弱環(huán)節(jié)，通過改進(jìn)設(shè)計(jì)提高其抗振能力序序7.0 7.0 序序 (Introduction)機(jī)械振動(dòng)是普遍存在的物理現(xiàn)象機(jī)械振動(dòng)是普遍存在的物理現(xiàn)象 如：旋轉(zhuǎn)機(jī)器的如：旋轉(zhuǎn)機(jī)器的質(zhì)量不平衡質(zhì)量不平衡、負(fù)載不均勻負(fù)載不均勻、結(jié)構(gòu)剛度各結(jié)構(gòu)剛度各向異性向異性、對(duì)中不良對(duì)中不良、潤滑不良潤滑不良、支撐松動(dòng)支撐松動(dòng)等等 振動(dòng)振動(dòng) 機(jī)械振動(dòng)大多數(shù)情況下機(jī)械振動(dòng)大多數(shù)情況下 有害有害：破壞機(jī)器正常工作，降破壞機(jī)器正常工作，降低其性能，縮短其使用壽命，甚至機(jī)毀人亡低其性能，縮短其使用壽命，甚至機(jī)毀人亡 機(jī)械振動(dòng)還伴隨著產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)還伴隨著產(chǎn)生同頻率的噪聲同頻率的噪聲，惡化環(huán)境

4、和勞動(dòng)，惡化環(huán)境和勞動(dòng)條件，危害人們的健康條件，危害人們的健康 振動(dòng)也能被利用來完成振動(dòng)也能被利用來完成有益有益的工作，如運(yùn)輸、夯實(shí)、清的工作，如運(yùn)輸、夯實(shí)、清洗、粉碎、脫水等洗、粉碎、脫水等序序7.1 7.1 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) (Basic of Vibration)振動(dòng)振動(dòng) ：在一定條件下，振動(dòng)體在其平衡位置附近隨時(shí)間：在一定條件下，振動(dòng)體在其平衡位置附近隨時(shí)間作來回往復(fù)變化的運(yùn)動(dòng)。作來回往復(fù)變化的運(yùn)動(dòng)。 xtATmfkx(t)sin()(tAtx例：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)例：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)質(zhì)量質(zhì)量 彈簧系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)彈簧系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)vibration of mass-spring system振動(dòng)的基

5、礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)信號(hào)三要素：振動(dòng)信號(hào)三要素：1） 幅值幅值 amplitude 振動(dòng)體離開其平衡位置的最大位移。振動(dòng)體離開其平衡位置的最大位移。2） 頻率頻率 frequency 周期的倒數(shù)。周期的倒數(shù)。頻譜分析頻譜分析 頻率成分及其幅值大小頻率成分及其幅值大小 線性系統(tǒng)頻率保線性系統(tǒng)頻率保持特性尋找振源持特性尋找振源3） 相位相位 phase 確定共振頻率、振型、動(dòng)平衡、有源振動(dòng)控確定共振頻率、振型、動(dòng)平衡、有源振動(dòng)控制等制等振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)周期振動(dòng)及其性質(zhì)周期振動(dòng)及其性質(zhì) , 2, 1, 0),()(nnTtyty周期振動(dòng)的定義：周期振動(dòng)的定義：周期函數(shù)可以展開為傅里葉

6、級(jí)數(shù)：周期函數(shù)可以展開為傅里葉級(jí)數(shù)： yaantbntnnn( )cossint01y tAAtAtAn tnn( )sin()sin()sin()011222第一項(xiàng)為均值或直流分量，第二項(xiàng)為基本振動(dòng)或基波，第三第一項(xiàng)為均值或直流分量，第二項(xiàng)為基本振動(dòng)或基波，第三項(xiàng)以下總稱為高次諧波振動(dòng)。項(xiàng)以下總稱為高次諧波振動(dòng)。振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)兩個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成兩個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成 合成振動(dòng)為周期性非簡(jiǎn)諧振動(dòng)合成振動(dòng)為周期性非簡(jiǎn)諧振動(dòng)振幅變化的頻率等于振幅變化的頻率等于振幅的數(shù)值在振幅的數(shù)值在 A1 + A2 到到A1 - A2 間變化間變化 tAtAx2211sinsin)(21振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振

7、動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)A1A2A1+A21342A1-A22121,AAA 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，合成振動(dòng)為拍振時(shí)，合成振動(dòng)為拍振 振幅變化的頻率等于振幅變化的頻率等于ttAx)2sin()2cos(22121振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)A2A221214 簡(jiǎn)諧振動(dòng)是最基本的周期運(yùn)動(dòng)，各種不同的周期運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)諧振動(dòng)是最基本的周期運(yùn)動(dòng)，各種不同的周期運(yùn)動(dòng)都可以用無窮個(gè)不同頻率的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的組合來表示。其運(yùn)都可以用無窮個(gè)不同頻率的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的組合來表示。其運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用簡(jiǎn)諧函數(shù)表示為動(dòng)規(guī)律可用簡(jiǎn)諧函數(shù)表示為)2sin(tTAy)2(sint fAAtsin()2cos(ddt fAtyvyt fAtva22)2sin(dd位移位

8、移速度速度加速度加速度振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)單自由度系統(tǒng)在單自由度系統(tǒng)在基礎(chǔ)受力基礎(chǔ)受力所產(chǎn)生的受迫振動(dòng)所產(chǎn)生的受迫振動(dòng) 0)()()()(ddd)(d1010202tytyktytytcttym21201012012d)(d)(d)(dd)(dttymtkyttycttym)()()(1001tytyty令令振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)f (t) mkcy0(t) )()(dd10tytytcy1(t)202ddtymm)()(10tytyk基礎(chǔ)振動(dòng)的幅基礎(chǔ)振動(dòng)的幅- -頻曲線頻曲線2n22n2n/2/1)/()(A振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)00.511.522.530123456n

9、A01. 00.10.20.50.7100.511.522.53020406080100120140160180n/01. 00.10.20.50.710 2nn/1/2arctan基礎(chǔ)振動(dòng)的相基礎(chǔ)振動(dòng)的相- -頻曲線頻曲線振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)比較質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)比較質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng))()(d)(dd)(d22tftykttycttym振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) mkcf (t)y(t) f (t)ky(t)ttycd)(d22d)(dttym2n22n)2()(1 1)(A質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)的幅質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)的幅- -頻曲線頻曲線2n22n2n/2/1)/()(A基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)的幅基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)的幅- -頻曲線頻曲線

10、振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)00.511.522.5301234560.10.20.50.71nA00.511.522.530123456nA01. 00.10.20.50.7101. 0廣義振動(dòng)：廣義振動(dòng)：任一物理量任一物理量( (如位移、電流等如位移、電流等) )在某一數(shù)值附近反在某一數(shù)值附近反復(fù)變化。復(fù)變化。振動(dòng)有各種不同的形式：振動(dòng)有各種不同的形式：機(jī)械振動(dòng)電磁振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)電磁振動(dòng) 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)7.2.1 振動(dòng)測(cè)量分類振動(dòng)測(cè)量分類 按測(cè)量原理分：按測(cè)量原理分： 機(jī)械方法機(jī)械方法 常用于振動(dòng)頻率低、振幅大、精度要求低的常用于振動(dòng)頻率低、振幅大、精度要求低的場(chǎng)合。場(chǎng)合。 光

11、學(xué)方法光學(xué)方法 主要用于精密測(cè)量和振動(dòng)傳感器的標(biāo)定。主要用于精密測(cè)量和振動(dòng)傳感器的標(biāo)定。 電測(cè)法電測(cè)法 應(yīng)用范圍廣，在工業(yè)界被廣泛采用。應(yīng)用范圍廣，在工業(yè)界被廣泛采用。 按測(cè)振參數(shù)分：按測(cè)振參數(shù)分： 位移傳感器位移傳感器 displacement sensor 速度傳感器速度傳感器 velocity sensor 加速度傳感器加速度傳感器 acceleration sensor7.2 7.2 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 （Sensor of Vibration Measurement）振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 按變分原理分：按變分原理分： 磁電式磁電式 magnetoelectric 壓

12、電式壓電式 piezoelectric 電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式 resistance strain gauge 電感式電感式 inductance 電容式電容式 capacitance 光學(xué)式光學(xué)式 optical 按按傳感器與被測(cè)物關(guān)系分傳感器與被測(cè)物關(guān)系分： 接觸式接觸式傳感器有磁電式、壓電式及電阻應(yīng)變式等。傳感器有磁電式、壓電式及電阻應(yīng)變式等。 非接觸式非接觸式傳感器有電渦流式和光學(xué)式等。傳感器有電渦流式和光學(xué)式等。振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 按參考坐標(biāo)分：按參考坐標(biāo)分： 相對(duì)式相對(duì)式傳感器：以空間某一固定點(diǎn)作為參考點(diǎn)，測(cè)量物傳感器：以空間某一固定點(diǎn)作為參考點(diǎn)，測(cè)量物體上的某點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)的

13、相對(duì)振動(dòng)。體上的某點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)的相對(duì)振動(dòng)。 絕對(duì)式絕對(duì)式傳感器：以大地為參考基準(zhǔn)，即以慣性空間為基傳感器：以大地為參考基準(zhǔn)，即以慣性空間為基準(zhǔn)，測(cè)量振動(dòng)物體相對(duì)于大地的絕對(duì)振動(dòng)，又稱慣性式準(zhǔn)，測(cè)量振動(dòng)物體相對(duì)于大地的絕對(duì)振動(dòng)，又稱慣性式傳感器。傳感器。振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 電渦流傳感器是通過傳感器端部線圈與被測(cè)物體（導(dǎo)電體）間的電渦流傳感器是通過傳感器端部線圈與被測(cè)物體（導(dǎo)電體）間的間隙變化來測(cè)量物體的振動(dòng)和靜位移。間隙變化來測(cè)量物體的振動(dòng)和靜位移。工作原理工作原理Usr 高頻交變電壓高頻交變電壓i 傳感器電流傳感器電流F F 傳感器磁通量傳感器磁通量i1 感應(yīng)電流感應(yīng)電流F F1 1

14、感應(yīng)磁通鏈感應(yīng)磁通鏈- 互感互感耦合系數(shù)的大小與二者之間耦合系數(shù)的大小與二者之間的距離及導(dǎo)體的材料有關(guān)。的距離及導(dǎo)體的材料有關(guān)。 7.2.2 渦流式位移傳感器渦流式位移傳感器 (eddy-current displacement sensor)振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器8 mm25 mm11 mm振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器渦流傳感器及其測(cè)量線路渦流傳感器及其測(cè)量線路 頻率為頻率為 的振蕩器（一般用石英振蕩器）檢波環(huán)節(jié)的振蕩器（一般用石英振蕩器）檢波環(huán)節(jié)輸出電壓輸出電壓 正比于間隙正比于間隙d，可以分為兩部分，可以分為兩部分 dUaoUUUof直流部分直流部分交流部分交流部分調(diào)制與解調(diào)過程調(diào)

15、制與解調(diào)過程振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器UsrReUscCUU0（靜態(tài)位移d0）d0CL傳感器前置器石英振蕩器檢波器典型渦流傳感器的幅頻相應(yīng)曲線典型渦流傳感器的幅頻相應(yīng)曲線振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器幅值 /dB相位 /頻率 /Hz幅值相位 渦流位移傳感器特點(diǎn)：渦流位移傳感器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單非接觸式測(cè)量非接觸式測(cè)量線性度好線性度好頻率響應(yīng)范圍較寬頻率響應(yīng)范圍較寬具有較強(qiáng)的抗干擾能力具有較強(qiáng)的抗干擾能力在生產(chǎn)條件下安裝方便在生產(chǎn)條件下安裝方便 在監(jiān)視診斷尤其是旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸振動(dòng)檢測(cè)中應(yīng)用十分普遍在監(jiān)視診斷尤其是旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸振動(dòng)檢測(cè)中應(yīng)用十分普遍 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器不同材質(zhì)對(duì)靈敏度的影響

16、不同材質(zhì)對(duì)靈敏度的影響 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 d /mmU /-v2018161412108642銅鋁鋼渦流傳感器檢測(cè)透平葉片根裂紋示意圖渦流傳感器檢測(cè)透平葉片根裂紋示意圖振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器磁電式絕對(duì)速度計(jì)磁電式絕對(duì)速度計(jì)1、9彈簧片；彈簧片；2磁靴；磁靴；3阻尼環(huán)；阻尼環(huán)；4外殼；外殼；5鋁架；鋁架；6磁鋼；磁鋼；7線圈；線圈；8線圈架；線圈架；10導(dǎo)線；導(dǎo)線；11接線座接線座7.2.3 磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器 (Magnetoelectric Velocity Sensor)振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器當(dāng)穿過匝數(shù)為當(dāng)穿過

17、匝數(shù)為w線圈的磁通線圈的磁通F F 發(fā)生變化時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為發(fā)生變化時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 置于永久磁鐵直流磁場(chǎng)內(nèi)的線圈作直線運(yùn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為置于永久磁鐵直流磁場(chǎng)內(nèi)的線圈作直線運(yùn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 sinwBlve twedd F 式中：式中：B磁場(chǎng)的感應(yīng)電勢(shì)強(qiáng)度；磁場(chǎng)的感應(yīng)電勢(shì)強(qiáng)度；l單匝線圈有效長度；單匝線圈有效長度； w線圈匝數(shù)；線圈匝數(shù)；v線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度； 線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角。線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角。 此即一般慣性速度計(jì)的原理。此即一般慣性速度計(jì)的原理。 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器7.2.4 壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器(

18、Piezoelectric acceleration sensor)利用某些晶體材料（如壓電陶瓷鋯鈦酸鉛等）的利用某些晶體材料（如壓電陶瓷鋯鈦酸鉛等）的壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)作為機(jī)電變換器而制成的加速度傳感器作為機(jī)電變換器而制成的加速度傳感器maF 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器特點(diǎn)特點(diǎn) 頻帶極寬頻帶極寬(0.220 KHz) 。 本身質(zhì)量小本身質(zhì)量小(250 g)。 動(dòng)態(tài)范圍很大。動(dòng)態(tài)范圍很大。工作原理工作原理慣性質(zhì)量運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力作用在壓電晶體上，壓電慣性質(zhì)量運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力作用在壓電晶體上，壓電晶體產(chǎn)生相應(yīng)大小電荷。晶體產(chǎn)生相應(yīng)大小電荷。振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器(a)(b)量程靈敏度分

19、辨率重量/g應(yīng)用及特點(diǎn)5000g0.5mV/g0.02g4.5適用于爆破、撞擊等100000g0.05mV/g0.3g4.4適用于爆破、撞擊、爆炸分離等150g10mV/g0.003g10.5可在-196的低溫環(huán)境下工作5g1000mV/g0.000 04g35高分辨率型500g10mV/g0.001 5g0.5微型，適用于小型結(jié)構(gòu)50g100mV/g0.000 16g2小型、高靈敏度、高分辨率，各種用途500g10mV/g0.005g2高頻、小型、石英剪切，各種用途50g100mV/g0.000 5g27三角剪切結(jié)構(gòu)，石英通用加速度傳感器2000g2.5mV/g 0.04g17.9沖擊傳感器

20、、內(nèi)置濾波器，樁基檢測(cè)500g10mV/g0.000 5g10環(huán)型 50g100mV/g0.000 2g203軸、結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)5g1000mV/g0.000 06g243軸、高靈敏度10g100mV/g0.000 2g180/片狀3軸坐墊傳感器，汽車實(shí)驗(yàn)500g10mV/g0.001g4/方形3軸、小型，模態(tài)、振動(dòng)、噪聲實(shí)驗(yàn)5g1103mV/g0.0001g1 000超低頻地震傳感器，長期穩(wěn)定性良好0.5g1104mV/g0.000 001g635超低頻地震傳感器，高靈敏度某系列加速度傳感器特性表某系列加速度傳感器特性表振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器鋼桿螺栓絕緣螺栓云母墊圈磁 鐵探針薄臘層膠合劑膠合

21、螺栓12453631 kHz28 kHz7 kHz2 kHz傳感器固定方式及其共振頻率傳感器固定方式及其共振頻率振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器(a)(b)(c)(d)(e)(f)7.3.1 直接測(cè)量參數(shù)的選擇直接測(cè)量參數(shù)的選擇 低頻時(shí)加速度的幅值測(cè)量噪聲相當(dāng)?shù)皖l時(shí)加速度的幅值測(cè)量噪聲相當(dāng) 直接用位移拾振器更合理直接用位移拾振器更合理用位移拾振器測(cè)高頻位移同理用位移拾振器測(cè)高頻位移同理7.3 7.3 傳感器的選擇傳感器的選擇 (Sensor Selection)7.3.2 應(yīng)使最重要的參數(shù)能以最直接、最合理的方式測(cè)得應(yīng)使最重要的參數(shù)能以最直接、最合理的方式測(cè)得考察考察慣性力慣性力可能導(dǎo)致的破壞或故

22、障時(shí)宜做加速度測(cè)量?？赡軐?dǎo)致的破壞或故障時(shí)宜做加速度測(cè)量?？疾炜疾煺駝?dòng)環(huán)境振動(dòng)環(huán)境（采用振動(dòng)烈度）宜做振動(dòng)速度的測(cè)量。（采用振動(dòng)烈度）宜做振動(dòng)速度的測(cè)量。要監(jiān)測(cè)機(jī)器的要監(jiān)測(cè)機(jī)器的位置位置變化時(shí)，宜選用電渦流或電容傳感變化時(shí)，宜選用電渦流或電容傳感器做位移的測(cè)量。器做位移的測(cè)量。選擇時(shí)還需要注意能在實(shí)際機(jī)器設(shè)備選擇時(shí)還需要注意能在實(shí)際機(jī)器設(shè)備安裝安裝的可行性。的可行性。傳感器的選擇傳感器的選擇7.3.3 傳感器的頻率范圍、量程、靈敏度等指標(biāo)傳感器的頻率范圍、量程、靈敏度等指標(biāo) 各種拾振傳感器都受其結(jié)構(gòu)的限制而有其自身適用的范圍各種拾振傳感器都受其結(jié)構(gòu)的限制而有其自身適用的范圍 拾振器質(zhì)量大，其上

23、限頻率就低、靈敏度高。拾振器質(zhì)量大，其上限頻率就低、靈敏度高。質(zhì)量輕的拾振器上限頻率高、靈敏度低。質(zhì)量輕的拾振器上限頻率高、靈敏度低。以壓電加速度計(jì)為例以壓電加速度計(jì)為例: : 超低振級(jí)測(cè)量的都是質(zhì)量超過超低振級(jí)測(cè)量的都是質(zhì)量超過100g靈敏度靈敏度很高的加很高的加速度計(jì)。速度計(jì)。 高振級(jí)（如沖擊）測(cè)量的都是小到幾克或零點(diǎn)幾克高振級(jí)（如沖擊）測(cè)量的都是小到幾克或零點(diǎn)幾克的加速度計(jì)。的加速度計(jì)。 傳感器的選擇傳感器的選擇7.3.4 使用環(huán)境、價(jià)格、壽命、可靠性、維修、校準(zhǔn)使用環(huán)境、價(jià)格、壽命、可靠性、維修、校準(zhǔn)激光測(cè)振有很高的分辨力和測(cè)量精確度。激光測(cè)振有很高的分辨力和測(cè)量精確度。 對(duì)環(huán)境對(duì)環(huán)境

24、（隔振）要求極嚴(yán)、設(shè)備又極昂貴。（隔振）要求極嚴(yán)、設(shè)備又極昂貴。 只適用于特只適用于特殊環(huán)境下測(cè)量，如實(shí)驗(yàn)室測(cè)量、校準(zhǔn)等。殊環(huán)境下測(cè)量，如實(shí)驗(yàn)室測(cè)量、校準(zhǔn)等。電渦流傳感器對(duì)環(huán)境要求低而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電渦流傳感器對(duì)環(huán)境要求低而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)機(jī)器振動(dòng)的測(cè)量中，且能在高溫、油污、蒸汽介質(zhì)對(duì)機(jī)器振動(dòng)的測(cè)量中，且能在高溫、油污、蒸汽介質(zhì)環(huán)境下長期可靠地工作。環(huán)境下長期可靠地工作。 比較比較電容、激光傳感器電容、激光傳感器對(duì)相位有嚴(yán)格要求時(shí)，除了應(yīng)注意對(duì)相位有嚴(yán)格要求時(shí)，除了應(yīng)注意拾振器拾振器的相頻特性的相頻特性外，還要注意外，還要注意放大器放大器的相頻特性和測(cè)試系統(tǒng)中所有其的相頻特性和測(cè)試

25、系統(tǒng)中所有其他儀器的相頻特性。他儀器的相頻特性。傳感器的選擇傳感器的選擇7.3.5 傳感器對(duì)被測(cè)構(gòu)件附加質(zhì)量的影響傳感器對(duì)被測(cè)構(gòu)件附加質(zhì)量的影響 傳感器固定在被測(cè)物體上，對(duì)被測(cè)量有影響。修正為傳感器固定在被測(cè)物體上，對(duì)被測(cè)量有影響。修正為asssrmmmaa信號(hào)采集系統(tǒng)信號(hào)分析系統(tǒng)工況狀態(tài)辯識(shí)傳感器 B傳感器 A切削動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)圖切削動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)圖傳感器的選擇傳感器的選擇7.4.1 相對(duì)振動(dòng)測(cè)量方法相對(duì)振動(dòng)測(cè)量方法 使用非接觸式傳感器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)使用非接觸式傳感器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng) 7.4 7.4 振動(dòng)測(cè)量方法振動(dòng)測(cè)量方法 （Methods of Vibration Measuremen

26、t）振動(dòng)測(cè)量方法振動(dòng)測(cè)量方法前置器遠(yuǎn)距離指示儀表機(jī)器結(jié)構(gòu)用于報(bào)警停機(jī)記錄和分析儀表得任選輸出非接觸式傳感器軸前置器7.4.2 絕對(duì)振動(dòng)測(cè)量方法絕對(duì)振動(dòng)測(cè)量方法 使用非接觸式傳感器和慣性傳感器的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)使用非接觸式傳感器和慣性傳感器的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng) 振動(dòng)測(cè)量方法振動(dòng)測(cè)量方法前置器遠(yuǎn)距離指示儀表機(jī)器結(jié)構(gòu)非接觸式傳感器軸用于報(bào)警停機(jī)記錄和分析儀表得任選輸出前置器7.4.3 一般測(cè)試方法一般測(cè)試方法 信號(hào)拾取信號(hào)拾取 信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理 信號(hào)記錄信號(hào)記錄 信號(hào)分析處理信號(hào)分析處理 結(jié)果輸出結(jié)果輸出振動(dòng)測(cè)量方法振動(dòng)測(cè)量方法7.5 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 （Machine Condi

27、tion Monitoring and Analysis）目的目的： 保證設(shè)備安全、可靠運(yùn)行保證設(shè)備安全、可靠運(yùn)行 提高設(shè)備利用率和經(jīng)濟(jì)效益提高設(shè)備利用率和經(jīng)濟(jì)效益 科學(xué)管理與決策，革新設(shè)備維修體制科學(xué)管理與決策，革新設(shè)備維修體制 由由事后維修事后維修、計(jì)劃維修計(jì)劃維修向向預(yù)知維修（視情維修）預(yù)知維修（視情維修）轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變分析方法分析方法： 時(shí)域：波形分析、統(tǒng)計(jì)相關(guān)等時(shí)域：波形分析、統(tǒng)計(jì)相關(guān)等 頻域：頻譜分析頻域：頻譜分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析信號(hào)采集系統(tǒng)信號(hào)分析系統(tǒng)工況狀態(tài)辯識(shí)傳感器 B傳感器 A選擇刀桿垂直方向的振動(dòng)加速度作為原始特征信號(hào)，用加速度傳感器拾選擇刀桿垂直方向的振動(dòng)

28、加速度作為原始特征信號(hào)，用加速度傳感器拾取。檢測(cè)和分析系統(tǒng)如圖所示。切削條件是刀具角度為取。檢測(cè)和分析系統(tǒng)如圖所示。切削條件是刀具角度為 ；工件材料為；工件材料為45鋼；切削用量為鋼；切削用量為 度度度0 ,7 ,12s00min/m125 ,/mm301. 0 ,mm2vrfap7.5.1 制造過程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析制造過程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析切削過程刀具磨切削過程刀具磨損的狀態(tài)識(shí)別損的狀態(tài)識(shí)別機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析BA頻譜分析低通濾波器頻譜分析低通濾波器1 000 Hz417.9機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析未切削時(shí)的頻譜未切削時(shí)的頻譜開始切削后的頻譜開始切削后的頻譜切削時(shí)間增加

29、，刀具有磨損切削時(shí)間增加，刀具有磨損刀具有磨損更多刀具有磨損更多0100200300400500600700800900 1 000051015202530417.9f /HzS ( f )0100200300400500600700800051015202530398.4S ( f )f /Hz01002003004005006007008009001 000051015202530417.9328.1S ( f )f /Hz01002003004005006007008009001 000051015202530417.978.1S ( f )f /Hz機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析

30、切削時(shí)間增加，刀具磨損加劇切削時(shí)間增加，刀具磨損加劇切削時(shí)間增加，刀具磨損加劇切削時(shí)間增加，刀具磨損加劇刀具磨損特征頻率與切削時(shí)間關(guān)系刀具磨損特征頻率與切削時(shí)間關(guān)系刀具磨損量與切削時(shí)間關(guān)系刀具磨損量與切削時(shí)間關(guān)系0100200300400500600700800900 1 000051015202530417.958.5S ( f )f /Hz0510152025303540455055050100150200250300350特征頻率 f /Hzf /Hzt /min01002003004005006007008009001000051015202530417.939.0S ( f )051

31、015202530354045505500.10.20.30.40.5t /min刀具磨損量 /mm高頻頻譜分析高頻頻譜分析-無低通濾波器無低通濾波器418機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析418未切削時(shí)的頻譜未切削時(shí)的頻譜開始切削后的頻譜開始切削后的頻譜切削時(shí)間增加，刀具有磨損切削時(shí)間增加，刀具有磨損刀具有磨損加劇刀具有磨損加劇05001 0001 5002 0002 5003 0003 5004 00001020304050S ( f )f /Hzf /Hzf /Hzf /Hzf /Hz05001 0001 5002 0002 5003 0003 5004 000010203040504

32、188362 680S ( f )05001 0001 5002 0002 5003 0003 5004 000010203040504188362 220S ( f )05001 0001 5002 0002 5003 0003 5004 000010203040501 620S ( f )機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析特征頻率、特征頻率峰值、自相關(guān)函數(shù)、樣本方差與切削時(shí)間的關(guān)系特征頻率、特征頻率峰值、自相關(guān)函數(shù)、樣本方差與切削時(shí)間的關(guān)系t /min051015202530354045505511.251.51.7522.252.52.753特征頻率 f /kHz05101520253

33、0354045505500.10.20.30.40.50.60.7t /min一步自相關(guān)函數(shù) r1051015202530354045505505101520253035404550S ( f )t /mint /min特征頻率譜峰05101520253035404550550123456x1000樣本方差 s 金屬切削顫振金屬切削顫振(chattering)顫振發(fā)生前后振動(dòng)波形圖顫振發(fā)生前后振動(dòng)波形圖機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析05010015020025030035040045050055060000.511.522.533.544.555.5x10t /min振動(dòng)幅值 /mm振動(dòng)

34、幅值 /mm頻譜分析頻譜分析顫振未發(fā)生顫振未發(fā)生顫振已發(fā)生顫振已發(fā)生顫振劇烈顫振劇烈機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析01002003004005006007008009001 000012345 S (f ) 300f /Hzf /Hzf /Hz功率譜01002003004005006007008009001 000012345S(f )180功率譜01002003004005006007008009001000012345180300S(f )功率譜統(tǒng)計(jì)分析統(tǒng)計(jì)分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析0102030405060012345x1000t /mint /min樣本方差 s 0

35、5101520253035404550556000.250.50.751-0.25-0.5-0.75-1一步自相關(guān)函數(shù) r17.5.2 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷振動(dòng)測(cè)試的重要性振動(dòng)測(cè)試的重要性常見故障：常見故障： 質(zhì)量不平衡質(zhì)量不平衡 軸彎曲軸彎曲 不對(duì)中不對(duì)中 摩擦摩擦 油膜渦動(dòng)油膜渦動(dòng) 松動(dòng)松動(dòng) 裂紋裂紋 點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕 斷齒斷齒裂紋轉(zhuǎn)子裂紋轉(zhuǎn)子機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析思考：思考：軸的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)軸的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)傳感器安裝方向傳感器安裝方向軸心軌跡右圖軸心軌跡右圖軸心位置下頁軸心位置下頁振動(dòng)信號(hào)的表示及其軸心軌跡振動(dòng)信號(hào)的表示及其軸心軌跡機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析

36、機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析yStKSSSoPytA(p-p)xA11B1maxSB(p-p)傳感器B由傳感器A測(cè)得的波形傳感器A由傳感器B測(cè)锝的波形(p-p)maxSS軸心位置圖軸在軸承中懸浮的位置軸心位置圖軸在軸承中懸浮的位置機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析左圖是一臺(tái)水泵的譜圖，圖中左圖是一臺(tái)水泵的譜圖，圖中2 處有峰值，存在某種程度的處有峰值，存在某種程度的不對(duì)中不對(duì)中。檢。檢查發(fā)現(xiàn)不對(duì)中量達(dá)查發(fā)現(xiàn)不對(duì)中量達(dá)0.254 mm。找正后譜圖（右圖）。找正后譜圖（右圖）2 處的幅值已明顯變小，處的幅值已明顯變小，機(jī)組運(yùn)行相當(dāng)平穩(wěn)。機(jī)組運(yùn)行相當(dāng)平穩(wěn)。說明說明：（：（1）兩次測(cè)量結(jié)果，兩次測(cè)量結(jié)果，1

37、處的幅值無明顯變化，而處的幅值無明顯變化，而2 處幅值變化很處幅值變化很大，這正是不對(duì)中故障的典型頻譜特征。（大，這正是不對(duì)中故障的典型頻譜特征。（2）在）在2 附近有兩個(gè)譜峰，一附近有兩個(gè)譜峰，一個(gè)在個(gè)在7 100 rmin處，為水泵的二倍軸頻譜；另一個(gè)在處，為水泵的二倍軸頻譜；另一個(gè)在7 200 rmin處，它處，它是電動(dòng)機(jī)定子繞組中電氣故障引起的。是電動(dòng)機(jī)定子繞組中電氣故障引起的。 1X2X1X2X不對(duì)中不對(duì)中機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析2 400 4 800 7 200 9 600 12 000r/min2 400 4 800 7 200 9 600 12 000r/min四輥

38、軋機(jī)垂直振動(dòng)速度檢測(cè)與顫振四輥軋機(jī)垂直振動(dòng)速度檢測(cè)與顫振出現(xiàn)出現(xiàn)120250Hz顫振的振動(dòng)頻譜圖顫振的振動(dòng)頻譜圖機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 目前最常采用的是通頻振幅來衡量機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的，根據(jù)所目前最常采用的是通頻振幅來衡量機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的，根據(jù)所使用傳感器的種類分為：使用傳感器的種類分為： 1) 軸承振動(dòng)軸承振動(dòng)評(píng)定，用接觸式傳感器評(píng)定，用接觸式傳感器(例如磁電式振動(dòng)速度傳例如磁電式振動(dòng)速度傳感器或壓電式振動(dòng)加速度傳感器感器或壓電式振動(dòng)加速度傳感器)放置在軸承座上進(jìn)行測(cè)量放置在軸承座上進(jìn)行測(cè)量 2) 軸振動(dòng)軸振動(dòng)評(píng)定，用非接觸式傳感器評(píng)定，用非接

39、觸式傳感器(例如電渦流式傳感器例如電渦流式傳感器)測(cè)量軸相對(duì)于機(jī)殼的振動(dòng)值或軸的絕對(duì)振動(dòng)值。測(cè)量軸相對(duì)于機(jī)殼的振動(dòng)值或軸的絕對(duì)振動(dòng)值。 評(píng)定參數(shù)可用振動(dòng)位移峰峰值和振動(dòng)烈度評(píng)定參數(shù)可用振動(dòng)位移峰峰值和振動(dòng)烈度(即均方根值，它即均方根值，它代表了振動(dòng)能量的大小代表了振動(dòng)能量的大小)來表示。來表示。7.6 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) (Standard of Vibration)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速/(r/min) 標(biāo)準(zhǔn)/mm優(yōu)良合格15003050 7030002030 水電部汽輪機(jī)組振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)水電部汽輪機(jī)組振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)(雙振峰雙振峰) 離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)/(m

40、in)r標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 /300065001000010000-16000主軸軸承/mm50403020齒輪軸承/mm 404030振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)在制定上述振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，假設(shè)：在制定上述振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，假設(shè)：機(jī)組振動(dòng)為機(jī)組振動(dòng)為單一頻率單一頻率的弦波振動(dòng)；的弦波振動(dòng)；軸承振動(dòng)和轉(zhuǎn)子振動(dòng)基本上有一軸承振動(dòng)和轉(zhuǎn)子振動(dòng)基本上有一固定比值固定比值，因此可利，因此可利用軸承振動(dòng)代表轉(zhuǎn)子振動(dòng)；用軸承振動(dòng)代表轉(zhuǎn)子振動(dòng)； 軸承座在垂直、水平方向上的軸承座在垂直、水平方向上的剛度剛度基本上基本上相等相等，即認(rèn)，即認(rèn)為是各向同性的。為是各向同性的。實(shí)際證明上述假設(shè)與事實(shí)不盡相符實(shí)際證明上述假

41、設(shè)與事實(shí)不盡相符:所測(cè)得的振動(dòng)多數(shù)是由數(shù)種頻率的振動(dòng)合成的；所測(cè)得的振動(dòng)多數(shù)是由數(shù)種頻率的振動(dòng)合成的；軸承組水平剛度明顯低于垂直剛度；軸承組水平剛度明顯低于垂直剛度；轉(zhuǎn)子振動(dòng)和軸承座振動(dòng)的比值，可以達(dá)轉(zhuǎn)子振動(dòng)和軸承座振動(dòng)的比值，可以達(dá)250倍，它與倍，它與軸承形式、間隙、軸承座剛度、油膜特性等有關(guān)，且軸承形式、間隙、軸承座剛度、油膜特性等有關(guān)，且同類機(jī)組亦不盡相同。同類機(jī)組亦不盡相同。振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)為了較全面的反映機(jī)組的振動(dòng)情況，必須制定其他的振動(dòng)為了較全面的反映機(jī)組的振動(dòng)情況，必須制定其他的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 振動(dòng)烈度振動(dòng)烈度。 )(21d)(12222102rmsnTvvvttvTv)

42、(212222222121nnAAA振動(dòng)位移峰峰值式中pppprms22AAv：振動(dòng)烈度與振動(dòng)位移的關(guān)系振動(dòng)烈度與振動(dòng)位移的關(guān)系振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)GB11347.1-89 區(qū)域區(qū)域A新投產(chǎn)機(jī)組的振動(dòng)應(yīng)在此區(qū)域內(nèi)新投產(chǎn)機(jī)組的振動(dòng)應(yīng)在此區(qū)域內(nèi)區(qū)域區(qū)域B機(jī)組可以長期運(yùn)行機(jī)組可以長期運(yùn)行區(qū)域區(qū)域C機(jī)組不允許長期運(yùn)行，利用機(jī)會(huì)進(jìn)行處理機(jī)組不允許長期運(yùn)行，利用機(jī)會(huì)進(jìn)行處理區(qū)域區(qū)域D運(yùn)行有危險(xiǎn)，可能引起機(jī)組事故運(yùn)行有危險(xiǎn)，可能引起機(jī)組事故大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)烈度評(píng)定等級(jí) 軸承振動(dòng)烈度 支承分類 1.smmvrms 剛性支承 柔性支承 0.460.711.121.82.84.67.111.218.028.0

43、46.071.0 C B B C A A D D 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)GB /T 11347.1 - 89位移的測(cè)量位移的測(cè)量 按被測(cè)量，位移的測(cè)量分為線位移測(cè)量和角位移測(cè)量。 按測(cè)量參數(shù)的特性，位移測(cè)量分為靜態(tài)位移測(cè)量和動(dòng)態(tài)位移測(cè)量。（1）位移測(cè)量的分類（2）位移測(cè)量時(shí)應(yīng)注意的問題 測(cè)量方向與位移方向重合位移是指物體上某一點(diǎn)在一定方向上的位置變動(dòng)，是矢量。如果測(cè)量方向與位移方向不重合，則測(cè)量結(jié)果僅僅反映該測(cè)量方向上的分量，而不能真實(shí)反映需測(cè)位移的大小。 位移測(cè)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的測(cè)量對(duì)象，選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量點(diǎn)、測(cè)量方向和測(cè)量系統(tǒng)。7.7 7.7 位移的測(cè)量位移的測(cè)量(Displacement

44、 Measurement)7.7.1 常用位移傳感器常用位移傳感器(displacement sensor)形 式測(cè)量范圍精確度直線性特 點(diǎn)電阻式 滑線式 線位移 角位移 變阻器 線位移 角位移1300 mm0360 11000 mm060 rad0.1%0.1%0.5%0.5%0.1%0.1%0.5%0.5% 分辨率較好，可用于靜態(tài)或動(dòng)態(tài)測(cè)量。機(jī)械結(jié)構(gòu)不牢固 結(jié)構(gòu)牢固，壽命長，但分辨率差，電噪聲大應(yīng)變式 非粘貼式的 粘貼的 半導(dǎo)體的0.5%應(yīng)變0.3%應(yīng)變0.25%應(yīng)變0.1%2%3%2%3%1%滿刻度20% 不牢固 牢固，使用方便，需溫度補(bǔ)償和高絕緣電阻輸出幅值大，溫度靈敏性高常用位移傳感

45、器常用位移傳感器(2/4)形 式測(cè)量范圍精確度直線性特 點(diǎn)電感式 自感式變氣隙型 螺管型 特大型差動(dòng)變壓器渦電流式同步機(jī)微動(dòng)同步器旋轉(zhuǎn)變壓器0.2 mm1.52 mm3002000 mm0.08 75 mm2.5 250 mm360 10601%0.5%1%3%0.10.7 1%3%0.15%0.1%0.5%3%0.5%0.05%0.1% 只宜用于微小位移測(cè)量 測(cè)量范圍較前者寬，使用方便可靠，動(dòng)態(tài)性能較差 分辨率好，受到磁場(chǎng)干擾時(shí)需屏蔽 分辨率好，受被測(cè)物體材料、形狀、加工質(zhì)量影響 可在1200 r/min 的轉(zhuǎn)速下工作，堅(jiān)固、對(duì)溫度和濕度不敏感 非線性誤差與變壓比和測(cè)量范圍有關(guān)常用位移傳感器

46、常用位移傳感器(3/4)形 式測(cè)量范圍精確度直線性特 點(diǎn)電容式 變面積 變間距10-3100 mm10-310 mm0.005%0.1%1% 介電常數(shù)受環(huán)境溫度、濕度變化的影響 分辨率很好，但測(cè)量范圍很小，只能在小范圍內(nèi)近似地保持線性霍爾元件1.5 mm0.5% 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)特性好感應(yīng)同步器 直線式 旋轉(zhuǎn)式10-3100 mm03602.5m/250 mm0.5 模擬和數(shù)字混合測(cè)量 系統(tǒng)，數(shù)字顯示 (直線 式感應(yīng)同步器的分析率 可達(dá)1 m)常用位移傳感器常用位移傳感器(4/4)形 式測(cè)量范圍精確度直線性特 點(diǎn)計(jì)量光柵 長光柵 圓光柵10-31 000 mm03603 m/1 mm1模擬和數(shù)字

47、混合測(cè)量系統(tǒng)，數(shù)字顯示(長光柵分辨率0.11 m)磁柵 長磁柵 圓磁柵10-310000 mm03605 m/1 mm1測(cè)量時(shí)工作速度可達(dá)12 m/min角度編碼器 接觸式 光電式0360036010-6 r10-8 r分辨率好，可靠性高7.7.2 7.7.2 位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例 (Examples of Displacement Measurement)1.軸位移的測(cè)量軸位移不僅能表明機(jī)器的運(yùn)行特性和狀況。而且能夠指示推力軸承的磨損情況以及轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間發(fā)生碰撞的可能性。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，常用電渦流位移傳感器來測(cè)量軸位移。在位移測(cè)量中只考慮傳感器中的直流電壓成分。軸位移分為相

48、對(duì)軸位移（即軸向位置）和相對(duì)軸膨脹。（1）相對(duì)軸位移的測(cè)量相對(duì)軸位移是指軸向推力軸承和導(dǎo)向盤之間的距離變化。導(dǎo)向盤和軸承之間必須有一定的間隙以便能夠形成承載油膜。位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(2/21)渦流傳感器軸正常運(yùn)轉(zhuǎn)位置停機(jī)位置緊急報(bào)警位置相對(duì)軸位移測(cè)量示意圖位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(3/21)(2) 相對(duì)軸膨脹的測(cè)量 是指旋轉(zhuǎn)機(jī)器的旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件因?yàn)槭軣峄蚶鋮s導(dǎo)致膨脹或收縮量。相對(duì)軸膨脹的測(cè)量相對(duì)軸膨脹的測(cè)量在旋轉(zhuǎn)機(jī)器的啟/停機(jī)過程十分重要。因?yàn)闄C(jī)組加熱和冷卻時(shí)轉(zhuǎn)子和機(jī)殼會(huì)發(fā)生不同的膨脹。 例如，功率大于1 000 MW的大汽輪機(jī)的相對(duì)膨脹可能達(dá)到50 mm。一般采用渦

49、流傳感器在軸肩處測(cè)量軸肩測(cè)量不超過12.5 mm的相對(duì)軸膨脹位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(4/21)可以測(cè)量大約25 mm的相對(duì)軸膨脹在軸肩兩側(cè)相對(duì)地安裝渦流傳感器位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(5/21)轉(zhuǎn)軸錐面兩個(gè)渦流傳感器構(gòu)成差分電路進(jìn)行補(bǔ)償測(cè)量50 mm或更大相對(duì)軸膨脹當(dāng)錐面移動(dòng)時(shí)，軸向位移與徑向位移的轉(zhuǎn)換位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(6/21)雙錐面用一傳感器測(cè)量相對(duì)軸膨脹用另一傳感器補(bǔ)償軸的徑向浮動(dòng)位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(7/21)空間有限，軸肩太低或太小，或者相對(duì)軸膨脹太大擺，有磁性，使得擺能跟隨軸肩運(yùn)動(dòng)通過非接觸傳感器測(cè)量擺固定點(diǎn)附近的運(yùn)動(dòng)而測(cè)量相對(duì)軸膨脹位

50、移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(8/21)2. 回轉(zhuǎn)軸徑向運(yùn)動(dòng)誤差的測(cè)量回轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)是指在回轉(zhuǎn)過程中回轉(zhuǎn)軸線偏離理想位置而出現(xiàn)的附加運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)誤差是回轉(zhuǎn)軸上任何一點(diǎn)發(fā)生與軸線平行的移動(dòng)（端面運(yùn)動(dòng)誤差）和在垂直于軸線的平面內(nèi)的移動(dòng)（徑向運(yùn)動(dòng)誤差）。端面運(yùn)動(dòng)誤差因測(cè)量點(diǎn)所在半徑位置不同而異，徑向運(yùn)動(dòng)誤差則因測(cè)量點(diǎn)所在的軸向位置不同而異。 因此，在討論運(yùn)動(dòng)誤差時(shí)，應(yīng)指明測(cè)量點(diǎn)的位置。常用徑向誤差測(cè)量。位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(9/21)回轉(zhuǎn)徑向運(yùn)動(dòng)誤差測(cè)量示意圖RmROrOmO0r()edydxSx()Sy()yx圓球理想圓球位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(10/21)3. 厚度測(cè)量厚度測(cè)量

51、分為非接觸式測(cè)厚和接觸式測(cè)厚。（1）非接觸式測(cè)厚 X射線測(cè)厚儀檢測(cè)器被測(cè)帶材放射源狀態(tài)控制閘門測(cè)量線路指示器位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(11/21)對(duì)于窄束入射線，在其穿透被測(cè)材料后，射線強(qiáng)度 I 的衰減規(guī)律為I = I0e-mh式中，I0 入射射線強(qiáng)度； m 吸收系數(shù)； h 被測(cè)材料的厚度。 當(dāng) m 和 I0 一定時(shí)， I 僅僅是板厚 h 的函數(shù)。所以，測(cè)出 I 就可以知道厚度 h。位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(12/21)（2）接觸式測(cè)厚上傳感器導(dǎo)輥被測(cè)帶材下傳感器C形架導(dǎo)輥以保證在測(cè)量時(shí)帶鋼與傳感器垂直4. 物位的測(cè)量物位是液位、料位以及界面位置的總稱。測(cè)量物位有時(shí)是為了測(cè)知容

52、器中物體的多少、大小（靜態(tài)測(cè)量）；有時(shí)是為了對(duì)容器中的物體進(jìn)行監(jiān)控，調(diào)節(jié)物料的進(jìn)出速度，或在物位接近極限位置時(shí)能提前報(bào)警（動(dòng)態(tài)連續(xù)測(cè)量）常用測(cè)量方法：（4）放射性同位素測(cè)量法（1）電感測(cè)量法（2）電容測(cè)量法（3）超聲測(cè)量法位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(13/21)（1）電感測(cè)量法位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(14/21)缺點(diǎn)：機(jī)械和機(jī)電式測(cè)量儀幾乎無法測(cè)粘液粒狀、粉末狀材料的物面。鐵心浮子剛性桿原理：利用電感探頭（線圈、鐵心等）通過剛性桿感受浮子的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)液位數(shù)字顯示的（2）電容測(cè)量法1 部分或整體絕緣的棍電極；2 具有內(nèi)外電極的管式電極；3、4 拉緊或放松的繩電極；5 反電極。

53、容器壁由金屬材料制成時(shí)，只需裝入電極 1或 3或 4容器壁作為另一電極與外殼相連（接地）。容器壁由非金屬材料制成時(shí)用管式電極 2，或?qū)﹄姌O 1、3、4另附一個(gè)反電極 5，也可用金屬帶 6與1、3、4組合。5、6均需接地。 用于連續(xù)測(cè)量的探頭位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(15/21)200 mm15342測(cè)量電容器的上部隔著空氣，下部充滿液體或其他材料。物位變化時(shí)，電容器的電容變化值與被測(cè)材料的高度成線性關(guān)系hxCCr) 1(0式中：h 電容器的總高度； C0 初始電容值。 用于極限位置監(jiān)控的探頭1 部分或全部絕緣的棍電極或繩電極；3 側(cè)面安裝的棍電極；4 平面電極，可用于一些不能在內(nèi)部插入

54、電容探頭的容器物體的測(cè)量，如攪拌器。如果容器為非導(dǎo)電材料制成，同樣需另外附加一個(gè)反向電極。位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(16/21)127034（3）超聲測(cè)量法通過被測(cè)物體使聲波短路或斷路,或使振蕩器頻率改變停振而定點(diǎn)發(fā)信號(hào)的物位計(jì)，多用于極限位置監(jiān)控。位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(17/21)發(fā)射器接收器（a）換能器（b）連續(xù)發(fā)出聲波信號(hào)，其在界面處發(fā)生反射再由接收器接收，測(cè)出信號(hào)從發(fā)出到返回的時(shí)間，從而得物位高度，它多用于物位的連續(xù)測(cè)量。位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(18/21)（c）換能器（d）（4）放射性同位素測(cè)量法在那些由于極端條件（如高壓、高溫、高真空度、高腐蝕性等）而

55、不能使用常規(guī)方法測(cè)量的場(chǎng)合，以及因結(jié)構(gòu)等因素不允許裝探頭或裝探頭成本較高的容器、地窖、地下庫可采用同位素法測(cè)量物位。放射性同位素測(cè)量物位的原理是基于射線經(jīng)過被測(cè)物體時(shí)，會(huì)被材料吸收而使射線探測(cè)器接收到的射線強(qiáng)度發(fā)生變化。輻射器的配置方式：1）測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖2）輸入量與輸出量之間的特性曲線一個(gè)輻射器發(fā)出兩束射線的配置方式。對(duì)準(zhǔn)兩束射線的計(jì)數(shù)器互相并聯(lián)。液位經(jīng)過極限位置時(shí)，輸出信號(hào)就會(huì)發(fā)生突變，以此來啟動(dòng)繼電器，而在液位 hmin 至hmax 之間輸出幾乎為常數(shù)。位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(19/21)輸入量與輸出量之間的特性曲線位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(20/21)h輻射源nhhminhmax0將接收計(jì)數(shù)器排成一排串聯(lián)起來，適用于大量程的測(cè)量，高度測(cè)量范圍可達(dá) 1.2 m。采用若干個(gè)輻射源整齊排列進(jìn)行近似連續(xù)測(cè)量，液位高度與輸出特性曲線有臺(tái)階。該方法可使被測(cè)高度三倍于容器直徑。位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(21/21)h0nh0nhminhmaxh輻射源h