振动测量传感器介绍.ppt

振动测量传感器,振动传感器的分类及选择和安装原则涡流传感器的应用加速度传感器的应用加速度传感器原理加速度传感器选型和安装方式速度传感器的应用速度传感器原理速度传感器选型和安装方式,振动测量传感器的分类,振动值的表示方法一般有：位移量表示单位mm速度量表示单位mm/s加速度量表示单位mm/s*s振动传感器有如下种：、位移传感器（电涡流传感器）、速度传感器、加速度传感器,返回,几种传感器优缺点的比较,涡流传感器：优点：直接测量轴相对于轴承座的振动量，长期工作，可靠性好、灵敏度高、抗干扰能力强、非接触测量、响应速度快、不受油水等介质的影响缺点：安装难度大，对安装位置要求高，一般需要做支架等。速度传感器：优点：安装方便，低频响应好。缺点：不是直接测量，由于轴与轴承座之间有油膜、轴瓦等刚度不同的部件，会造成传递到传感器上的振动量与实际量有很大不同，传感器的测量机构为弹簧阻尼部件，容易老化。加速度传感器：优点：测量频率范围宽、量程大、体积小、重量轻、对被测件的影响小以及安装使用方便缺点：低频时加速度量太小，不好测量。,返回,振动传感器的选择,由于传感器的原理决定，目前工业现场大型旋转机械用于振动测量的以涡流传感器为主，只有在涡流传感器安装不便，或对测量有特殊要求时才选用（例如需要测量机壳或机座的绝对振动），才考虑选用速度或加速度传感器进行振动测量。也有部分中小型旋转机械（采用滚珠轴承等），因对振动监测要求不高或为了安装方便而选用速度或加速度传感器进行振动测量。,返回,振动传感器的选型和安装原则,直接测量轴对于大部分的滑动轴承机器，通常其轴振动传递到轴承座上时被衰减或歧变，因此尽量直接测量轴的振动，更准确、全面。间接测量轴承座若轴的振动能够大部分传到轴承座上，它的振动就可采用安装于轴承座上的传感器进行测量间接测量机器外壳若传感器安装位置在以上位置均不方便时，也可安装于外壳上，测量机器外壳的振动,轴的径向振动测量时探头的安装,探头的安装位置应尽量靠近轴承,返回,涡流传感器的应用,1、涡流传感器的系统组成和基本原理2、涡流传感器用于振动测量时的选型和安装方式3、涡流传感器用于转速测量时的选型和安装方式4、涡流传感器用于键相测量时的选型和安装方式5、涡流传感器用于位移（轴向位移和胀差）测量时的选型和安装方式,返回,电涡流传感器系统组成,主要包括：探头延伸电缆(用户根据需要自选长度)前置器安装附件,返回,电涡流传感器原理,当接通传感器系统电源时，在前置器内会产生一个高频电流信号，该信号通过电缆送到探头的头部，在头部周围产生交变磁场h1。如果在磁场h1的范围内没有金属导体材料接近，则发射到这一范围内的能量都会全部释放；反之，如果有金属导体材料接近探头头部，则交变磁场h1将在导体的表面产生电涡流场.,传感器系统的工作机理是电涡流效应,该电涡流场也会产生一个方向与h1相反的交变磁场h2。由于h2的反作用，就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位，即改变了线圈的有效阻抗。,电涡流作用原理图,返回,电涡流传感器应用,振动测量轴位移测量轴心轨迹测量,转速和相位测量转子动平衡径向运动分析表面不平度测量,转速测量非导电材料厚度测量金属元件合格检验,返回,涡流传感器用于振动的选型和安装,探头安装方式及尺寸的选择1、安装方式选择:一般分机器内部安装和机壳外部安装两种(1).内部安装:在机器内部安装探头，对探头规格要求比较灵活，而且探头安装支架通常采用角钢就可以实现，但是在选择角钢的规格时，应使角钢的强度尽量高，否则就有可能由于支架的振动造成附加误差,返回,涡流传感器用于振动的选型和安装,传感器内部安装时需考虑如下因素1、空间大小：常用mm探头壳体螺纹为，壳体长度mm，如果空间太小则可用mm探头，或根据现场实际情况特殊加工、电缆长度：根据前置器安装位置确定电缆长度、考虑现场情况是否有特殊要求（高温、防爆等）,返回,涡流传感器用于振动的选型和安装,(2).外部安装:探头也可以采用专用的安装支架组件(本公司可以提供)，通过机器的外壳(如轴承盖)，将探头固定，如图所示。这样安装的好处是，不必打开机壳，就可以调整探头安装间隙、拆卸或者更换探头，另外这种专用的安装支架可以起到电缆密封保护作用，不需另外的电缆密封装置。,返回,涡流传感器用于振动的选型和安装,传感器外部安装时需考虑如下因素、需确定安装套管长度、大小及螺纹规格、空间大小：常用mm反装探头壳体螺纹为和3/8-24unf（英制螺纹），壳体长度mm，如果空间太小则可用mm探头，或根据现场实际情况特殊加工、电缆长度：根据前置器安装位置确定电缆长度、考虑现场情况是否有特殊要求（高温、防爆等）,返回,涡流传感器用于振动的选型和安装,测量量程的选择：一般选用2mm量程传感器，在测量面过小的情况下考虑1mm量程传感器，要求测量面直径大于3倍探头直径。探头直径与量程的关系：,返回,涡流传感器用于振动的选型和安装,探头壳体参数选择：、螺纹规格选择：下表为常用探头壳体螺纹规格，螺纹规格允许有其它选择,、壳体长度选择：标准探头壳体长度为mm全螺纹，允许有其他选择,返回,探头安装方式标准安装,除非采用机器外部安装支架安装探头，或者安装空间限制，通常选择标准安装,返回,通常用套筒固定于机器外,50探头常用方式,探头安装方式反向安装,安装轴向空间较小时选用，通常用夹块固定,探头安装方式电缆侧出,返回,涡流传感器用于振动的选型和安装,1、安装尺寸选择:(1)、各探头间的距离当探头头部线圈中通过电流时，在头部周围会产生交变电磁场，因此在安装时要注意两个探头的安装距离不能太近,通常情况下探头之间的最小距离见下表。,返回,涡流传感器用于振动的选型和安装,（）、探头头部与安装面的距离探头头部发射的交变电磁场在径向和轴向上都有一定的扩散。因此在安装时，就必须考虑安装面金属导体材料的影响，应保证探头的头部与安装面之间不小于一定的距离，工程塑料头部体要完全露出安装面，否则应将安装面加工成平底孔或倒角，如下图所示。,返回,涡流传感器用于转速测量时的选型,1、探头直径的选择2、安装方式的选择3、安装时的注意事项（间隙）,示意图:,返回,涡流传感器用于键相测量时的选型和安装方式,示意图：安装时的注意事项：1、探头的选择2、安装方式的选择3、键相槽或键的参数（深度、长度）,返回,涡流传感器用于位移（轴向位移和胀差）测量时的选型,示意图：注意事项：1、探头直径；量程的选择2、安装方式3、零位的确定,返回,集成加速度传感器原理,集成加速度传感器是在一片多晶硅上通过微机械加工出加速度敏感元件及转换、测量、放大电路,返回,加速度传感器用于振动的选型和安装,、选型：按量程大小及电缆长度进行选择,、安装方法：在底座中心孔用一个m8螺钉固定或者用快卸强磁吸座固定（主要用于现场检测）有正立、水平、倒立三种安装方式,正立（+1g）,水平（0g）,倒立（-1g）,返回,振动速度传感器原理,传感器安装在机器上，在机器振动时，线圈与磁铁相对运动，切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比于振动速度值与二次仪表相配接，即可显示振动速度或位移量的大小也可以输送到其它二次仪表或交流电压表进行测量。,振动速度传感器一般用惯性式传感。利用磁电感应原理把振动信号变换成电信号。它主要由磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼等部分组成。在传感器壳体中刚性地固定有磁铁，惯性质量（线圈组件）用弹簧元件悬挂于壳体上。,返回,速度传感器用于振动的选型和安装,，选型：按工作方向不同进行型号选择，分水平安装、垂直安装与通用型三种方式规定以传感器安装面在下方时为0jx60g：0100（通用型）jx60h：902.5（水平型）jx60v：02.5（垂直型），安装方法：在底座中心孔用一个m8螺钉固定或者用快卸强磁吸座固定（主要用于现场检测）,返回,智能显示仪表及变送器的应用,探头采集到的信号需要经过处理后才能输入到系统，这时就需要用到智能显示表或变送器、变送器的选择：变送器是直接将探头采集到的信号转换成ma信号送给、智能显示仪表的选择：（）智能显示仪表能将探头采集到的信号转换成ma信号送给（）能直接显示测量值（）具有继电器保护开关，可以用做接入报警和跳机保护回路，使机器能自动报警或跳机,返回,振动测量传感器,振动传感器的分类及选择和安装原则涡流传感器的应用加速度传感器的应用加速度传感器原理加速度传感器选型和安装方式速度传感器的应用速度传感器原理速度传感器选型和安装方式,涡流传感器用于转速测量时的选型,1、探头直径的选择2、安装方式的选择3、安装时的注意事项（间隙）,示意图:,返回,涡流传感器用于键相测量时的选型和安装方式,示意图：安装时的注意事项：1、探头的选择2、安装方式的选择3、键相槽或键的参数（深度、长度）,返回,涡流传感器的应用,1、涡流传感器的系统组成和基本原理2、涡流传感器用于振动测量时的选型和安装方式3、涡流传感器用于转速测量时的选型和安装方式4、涡流传感器用于键相测量时的选型和安装方式5、涡流传感器用于位移（轴向位移和胀差）测量时的选型和安装方式,返回,涡流传感器用于位移（轴向位移和胀差）测量时的选型,示意图：注意事项：1、探头直径；量程的选择2、安装方式3、零位的确定,返回,目录,振动传感器的分类振动传感器的选择和安装原则涡流传感器的应用涡流传感器的基本原理1、涡流传感器用于振动测量时的选型和安装方式2、涡流传感器用于转速测量时的选型和安装方式3、涡流传感器用于键相测量时的选型和安装方式4、涡流传感器用于位移（轴向位移和胀差）测量时的选型和安装方式加速度传感器的应用加速度传感器的基本原理加速度传感器的选型和安装方式速度传感器的应用速度传感器的基本原理速度传感器的选型和安装方式,振动的产生和类型,由于旋转机械的结构及零部件设计加工、安装调试、维护检修等方面的原因和运行操作方面的失误，使得机器在运行过程中会引起振动振动类型可分为径向振动、轴向振动和扭转振动三类，其中过大的径向振动往往是造成机器损坏的主要原因，也是状态监测的主要参数和进行故障诊断的主要依据,工程振动量值表征方式,振动位移一般用于低转速机械的振动评定常测量pk-pk峰峰值，单位mm振动速度一般用于中速转动机械的振动评定常测量rms有效值或者pk峰值，单位mm/s振动加速度一般用于高速转动机械的振动评定常测量pk峰值，单位mm/s*s,位移、速度和加速度通过积分或者微分可以互相转换,返回,振动传感器的分类,1、位移传感器。（目前测量主要用涡流传感器）2、速度传感器3、加速度传感器,返回,振动加速度测量传感器,压电式压阻式电容式电感式光电式,压电式加速度传感器因为具有测量频率范围宽、量程大、体积小、重量轻、对被测件的影响小以及安装使用方便，所以成为最常用的振动测量传感器,jx30加速度传感器,普通加速度传感器，通常需要在标准振动台上进行标定，给使用带来很多不便这种集成加速度传感器,采用先进的微电子加工技术，可获得优良的低频响应，通过重力加速度就可对传感器进行校准其内置的自检系统可方便地对传感器是否正常进行自检。,技术指标：量程：2g50g分辨率：0.04%可承受最大冲击：2000g精度：2%频响：02khz(-3db)温漂：0.1%(-20+100),正立（+1g）,水平（0g）,倒立（-1g）,jx60系列加速度传感器,技术指标1、频率响应：jx60g：10hz1000hz（-3db）jx60h、jx60v：5hz1000hz（-3db）2、灵敏度：200mv/cm/s5%（在80hz，速度为10mm/s情况下测定）3、幅值线性度：2m11、重量：200g12、外型尺寸：3570mm,返回,加速度传感器安装与选型,螺纹孔（或m8螺栓）,安装方式用螺栓紧固于被测设备上,选型示例jx30-08-02表示：jx30系列集成加速度传感器,8g量程，2米电缆,返回,转机振动标准举例(轴承振动)iso2372，iso3945,振动烈度：振动速度的有效值测量频率范围101000hz,i级：小型机械例15kw以下电机ii级：中型机械例1575kw以下电机和300kw以下机械iii级：大型机械，刚性基础60012000r/miniv级：大型机械，柔性基础60012000r/min,振动速度测量传感器,返回,速度传感器安装与选型,安装方式a、在底座中心孔用一个m8螺钉固定b、用快卸强磁吸座固定（用于现场检测）,型号规格,返回,振动位移测量传感器,电涡流位移传感器,特点：长期工作，可靠性好、灵敏度高、抗干扰能力强、非接触测量、响应速度快、不受油水等介质的影响从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运行状态主要取决于其核心转轴，而电涡流位移传感器能直接测量转轴的状态，测量结果可靠、可信,电涡流传感器系统组成,主要包括：探头延伸电缆(用户根据需要自选长度)前置器安装附件,电涡流传感器原理,当接通传感器系统电源时，在前置器内会产生一个高频电流信号，该信号通过电缆送到探头的头部，在头部周围产生交变磁场h1。如果在磁场h1的范围内没有金属导体材料接近，则发射到这一范围内的能量都会全部释放；反之，如果有金属导体材料接近探头头部，则交变磁场h1将在导体的表面产生电涡流场.,传感器系统的工作机理是电涡流效应,该电涡流场也会产生一个方向与h1相反的交变磁场h2。由于h2的反作用，就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位，即改变了线圈的有效阻抗。,电涡流作用原理图,在实际应用中，通常是将线圈密封在探头中，线圈阻抗的变化通过封装在前置器中的电子线路的处理转换成电压或电流输出。,传感器原理框图,电涡流传感器原理,这个电子线路并不是直接测量线圈的阻抗，而是采用并联谐振法即在前置器中将一个固定电容c0（c0=c1/c2）和探头线圈lx并联与晶体管t一起构成一个振荡器，振荡器的振荡幅度ux与线圈阻抗成比例，因此振荡器的振荡幅度ux会随探头与被测间距改变。,如果控制、r、i、恒定不变，那么阻抗z就成为距离的单值函数，由麦克斯韦尔公式，可以求得此函数为一非线性函数，其曲线为“s”形曲线，在一定范围内可以近似为一线性函数,传感器输出特性曲线,电涡流传感器原理,线圈金属导体系统的物理性质通常可由金属导体的磁导率、电导率、尺寸因子r，线圈与金属导体距离，线圈激励电流强度i和频率等参数来描述。因此线圈的阻抗可用函表示z=f(,r,i,),返回,除了探头、延伸电缆、前置器决定传感器系统的性能外，严格地讲被测体也是传感器系统的一部分，即被测体的性能参数也会影响整个传感器系统的性能,传感器系统性能影响因素,被测体尺寸和厚度,被测体表面加工状态,被测体材料,被测体表面残磁效应,被测体表面镀层,探头线圈产生的磁场范围是一定的，在被测体表面形成的涡流场也是一定的，如右图所示的涡流区作用范围所以，当被测面为平面时，以正对探头中心线的点为中心，被测面直径应当大于探头头部直径1.5倍以上当被测体为圆轴而且探头中心线与轴心线正交时，一般要求被测轴直径为探头头部直径的3倍以上否则灵敏度就会下降，一般当被测面大小与探头头部直径相同时，灵敏度会下降至70%左右。,被测体的厚度也会影响测量结果因此如果被测体太薄，将会造成电涡流作用不够，使传感器灵敏度下降，一般厚度大于0.1mm以上的钢等导磁材料及厚度大于0.05mm以上的铜、铝等弱导磁材料，则灵敏度不会受其厚度的影响。,被测体尺寸的影响,返回,被测体表面加工状况的影响,不规则的被测体表面，会给实际的测量值造成附加误差，特别是对于振动测量，这个附加误差信号与实际的振动信号叠加一起，在电气上很难进行分离，因此被测表面应该光洁，不应该存在刻痕、洞眼、凸台、凹槽等缺陷(对于特意为键相器、转速测量设置的凸台或凹槽除外)。通常，对于振动测量被测面表面粗糙度ra要求在0.4m0.8m之间(api670标准推荐值)，一般需要对被测面进行衍磨或抛光；对于位移测量，由于指示仪表的滤波效应或平均效应，可稍放宽(一般表面粗糙度ra不超过0.8m1.6m)。,返回,被测体材料的影响,传感器特性与被测体的导电率和导磁率有关当被测体为导磁材料(如普通钢、结构钢等)时，由于磁效应和涡流效应同时存在，而且磁效应与涡流效应相反，要抵消部分涡流效应，使得传感器感应灵敏度低而当被测体为非导磁或弱导磁材料(如铜、铝、合金钢等)时，由于磁效应弱，相对来说涡流效应要强，因此传感器感应灵敏度高右图列出了同一套传感器测量几种典型材料时的输出特性曲线，图中各曲线所对应的灵敏度为：铜：14.9v/mm铝：14.0v/mm不锈钢(1cr18ni9ti)：10.4v/mm45号钢：8.2v/mm40crmo钢：8.0v/mm（出厂校准材料）,因为大多数的汽轮机、鼓风机等设备的转轴是用40crmo材料或者与之相近的材料制造，因此传感器系统用40crmo材料作出厂校准，能适合大多数的测量对象。,返回,被测体表面残磁效应的影响,电涡流效应主要集中在被测体表面，由于加工过程中形成的残磁效应，以及淬火不均匀，硬度不均匀，结晶结构不均匀等都会影响传感器特性api670标准推荐被测体表面残磁不超过0.5微特斯拉。当需要更高的测量精度时，应该用实际被测体进行校准。,返回,被测体表面镀层的影响,被测体表面的镀层相当于改变了被测体材料视镀层的材质，传感器灵敏度会变化如果镀层均匀，且厚度大于涡流渗透深度，则将传感器按镀层材料重新校准，不会影响使用，否则请与本公司联系。,返回,探头型号规格,a探头直径选择,b螺纹规格选择,选择探头直径，应保证其线性量程大于被测体最大移动范围20%以上，除非被测面面积不能满足最小试件尺寸要求或安装空间限制，应该选择较大的线性量程,常用探头壳体螺纹规格*螺纹规格允许有其它选择,探头型号规格,产品应用介绍电涡流位移传感器,探头：工作温度-50175温漂0.05%/前置器：工作温度-50120温漂0.05%/互换性:误差5%频响：010khz；幅频特性1khz处-1%、10khz处-5%；相频特性1khz处-1、10k处-100输出特性：1、负电压输出供电电源：-18vdc-24vdc功耗：12ma（不含输出电流）2、420ma电流输出供电电源：+18vdc+30vdc功耗：12ma（不含输出电流）,技术指标,广泛应用于电力、石油化工、冶金等行业的汽轮机、水轮机、发电机、鼓风机、压缩机、齿轮箱等设备的位移、振动、转速、油膜厚度等参数的在线监测与故障诊断,安装轴向空间较小时选用，用螺栓固定,c探头安装方式法兰安装,返回,d无螺纹长选择以10mm为单位，最小无螺纹长0mm00最大无螺纹长250mm25递增量10mm01探头的无螺纹部分是为了方便安装：采用螺孔安装时,适当长度的无螺纹部分可以减少需要旋入螺孔的长度。e壳体长度选择以10mm为单位，最小壳体长度20mm02最大壳体长度250mm25递增量10mm01探头壳体长度取决于安装位置与被测面的距离。,f电缆长度选择050.5m101.0m505.0m909.0m电缆长度选择应考虑被测面与前置器安装位置之间的距离。采用螺孔安装时，建议选择05(0.5m)、10(1.0m)，易于保证旋动探头时，探头电缆与探头能一起转动，不易扭断电缆，而且需选用延伸电缆，延伸电缆长度与探头总长之和为5m或9m。在机器内部安装探头，选择探头总长应保证电缆接头能处于机器外部，以防机器内部的机油污染接头k铠装选择“k”表示电缆带铠装如果探头电缆无管道保护，建议选择铠装探头，以使探头电缆不易被损坏。,选型示例cwy-do-20t08-m101-b-01-05-50表示：探头直径8、壳体螺纹m101、标准安装方式、无螺纹长10mm壳体长度50mm、电缆长度5m、不带铠装。,延伸电缆型号规格,a电缆长度选择40-4.0m，45-4.5m，80-8.0m，85-8.5mk铠装选择“k”表示电缆带铠装作为系统的一个组成部分，延伸电缆用来联接和延长探头与前置器之间的距离，您可以对延伸电缆长度和是否需要带铠装进行选择，选择延伸电缆的长度应该使延伸电缆长度加探头电缆长度同配套前置器所要求的长度一致(5m或9m)。如果延伸电缆无管道保护，建议选择铠装，以防电缆容易被损坏。探头电缆长度选择为5m或9m时,不需另外配延伸电缆。,选型示例cwy-do-20y-40k表示：电缆长度4m、带铠装。,探头电缆和延伸电缆长度一经选定，使用时不能随意加长或缩短。如有必要，则须重新校准，否则可能引起传感器超差！,前置器,前置器是一个电子信号处理器一方面前置器为探头线圈提供高频交流电流另一方面，前置器感受探头前面由于金属导体靠近引起探头参数的变化，经过前置器的处理，产生随探头端面与被测金属导体间隙线性变化的输出电压或电流信号。,相关参数：外形尺寸：80mm60mm45mm安装尺寸：51mm51mm采用四个m340gb29-76螺栓安装(作为产品附件提供)电压输出：供