故障诊断专家系统的功能和特点

振动监测分析诊断交流材料北京英华达公司2009年11月目录振动监测分析在冶金行业的应用1.传感器TSI=Turbine Supervisory Instrumentation传感器亦称换能器或变换器，它是将被测的某一物理量（或信号），按一定规律转换为与其对应的另一种（或同种）物理量（或信号）并输出的装置。

传感器是实现自动检测与自动控制的首要环节，如果没有传感器对原始信号进行准确的捕获与转换，自动检测和自动控制将无法实现。

所以，传感器是故障诊断系统中的重要部件。

传感器的分类方法：由于传感器测量的物理量种类繁多，传感器的工作原理又各不相同，因而传感器的种类也很多，从不同的角度研究就有不同的分类方法。

传感器通常有如下几种分类方法。

（1）根据被测物理量分类。

这种分类方法说明了传感器用途，如位移传感器、速度传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器、噪声传感器等。

这种分类方法对用户和生产单位来说是比较方便的。

其不足之处是将原理互不相同的传感器归为一类，难以找出各种传感器原理上的共性和差异。

（2）按工作原理分类。

这种分类方法是以传感器的工作原理作为分类的依据，将传感器分为应变式、压电式、涡流式、电阻式、电容式、差动变压器式等。

这种分类方法有利于对各种传感器的原理和性能进行分析研究和设计改进，使应用更灵活。

（2）按能量传递方式分类。

从能量观点来分，传感器可分为有源传感器和无源传感器两大类。

设备诊断对传感器的要求：传感器是诊断系统获取原始信号的装置，正确地选用传感器是设备诊断技术的一个关键环节。

前面已介绍过传感器的种类很多，即使对于相同的被测量（如振动），也有很多不同种类的传感器。

由于测量的目的和要求不同，测量范围、频响特性、精度、灵敏度等有所区别，而且测量环境也往往不同，因此必须选择合适的、能满足检测要求的传感器。

例如，对于振动的精密诊断，由于需要对信号进行各种处理和精细分析，就必须采用高悧能精密传感器。

因此，根据设备诊断的目的以及诊断系统的配置来合理地选择传感器的类型，是完成诊断任务的重要环节。

在传感器的选择上主要应遵循如下原则：（1）传感器应具有良好的响应特性。

由于被诊断对象的原始信息（一次信息）是通过传感器获得的，如果传感器传输信号失真或不稳定，对于同样的原始输入信号，其输出信号就不一样，传感器输出有误差的信号，将使诊断造成困难和错误。

（2）传感器从被测对象抽走的能量要小。

有些传感器是属于能量交换型的，被测量对象的物理状态与某种形式的能量有关，为了获得信息，传感器要从被测物体的状态中抽走信息（能量），进行能量交换。

但为了不扰乱被测物体的状态，具体来说，为了能正确地反映被测设备和系统的特征量，传感器从被测系统抽走的能量必须很小。

（3）传感器加在被测对象上的负载尽可能小。

接触型传感器是将传感器或传感元件安装在被测物体上，肯定会在被测量对象上加上一定的负载，并可能扰乱被测对象的状态和特性，例如加速度传感器、电阻温度传感器和被测对象进行直接接触是不可避免的，如果忽视了这种负载影响，有时甚至会导致得不到有关被测对象的正确状态信息。

所以，必须减小传感器的体积、质量、刚度、热容量等会引起负载影响的参数，以减少这些参数对被测对象的影响。

（4）传感器应有较高的稳定性和较长的使用寿命。

用于状态监测系统的传感器，由于长期连续监测的需要，必须有较高的稳定性和较长的使用寿命，以减少监测系统自身故障率、维护工作量和运行成本。

（5）另外，传感器还应满足信号传递、记录和处理方便的要求，能适应复杂的工作环境，具有较好的抗干扰能力。

用于冶金行业的风机、水泵、减速机以及齿轮箱等设备的振动监测的传感器主要有如下几种：a)电涡流传感器图1i.工作原理：电磁转换，一般来说电涡流传感器由探头（probe）+延伸电缆（Extension cable）+前置器（conditioner，又称适配器或前置放大器）组成，二次仪表给前置器提供-18V~-32V（一般用-24V）直流电源，前置器通过本身的振荡电路给探头以2M Hz的高频振荡信号，此等高频振荡信号通过探头的线圈会产生交变的磁场A；此等交变的磁场在被测量的金属表面会产生电场，该电场在被测量的金属表面会产生涡流电流，此电场的存在又会产生磁场B；如此一来磁场B和磁场A就会产生耦合作用，探头和被测金属表面的距离如果发生变化的话，磁场B和磁场A就会产生耦合作用就会发生改变；前置器拾取磁场B和磁场A就会产生耦合作用的改变，加以放大并量化成成线性变化的电压信号；二次仪表接受这种成线性变化的电压信号去量化探头和被测金属表面的距离。

所以电涡流传感器一般都是用来测量被测量金属表面的位移变化的。

无论哪一种电涡流传感器，无论是哪一公司的电涡流传感器，他的工作原理都是如此。

ii.分类：我们按照电涡流传感器的探头直径可以分为8mm，11mm，14mm，17mm，25mm，35mm，50mm等等。

一般来说，我们在电涡流传感器的选型时最根本的依据就是用户所提出的具体的被测量金属表面的变化范围（测量范围）。

一般来说，电涡流传感器的测量范围要小于探头的半径（例如Bently 8mm电涡流传感器的测量范围是2mm，BKV 8mm分体电涡流传感器的测量范围是2mm，BKV 8mm 分体电涡流传感器的测量范围是1.5mm）。

具体某一个电涡流传感器的测量范围可以查阅该公司的产品样本。

iii.安装和调试：电涡流传感器的安装一般是采用L型支架，瓦体本身打孔或延伸杆安装。

电涡流传感器应用于现场时，要注意被测量金属表面的有效长度和宽度均要大于电涡流传感器的探头直径的两倍以上；而且在该传感器安装位置的上下左右探头直径的两倍以上的空间范围内没有其他的金属物体存在；如果测量要求在同一个位置安装两个以上的电涡流传感器时，每两个电涡流传感器之间的直线距离要大于该传感器的探头直径的3-5倍。

电涡流传感器应用于具体的现场时，一般把它的直流静态工作电压要调整到合适的值：一般来说轴振传感器的直流静态工作电压要调整到-10V；轴位移的测量范围一般是对称的，所以轴位移传感器的直流静态工作电压要调整到-10V，并将二次仪表中关于轴位移测量通道的零点电压设置为-10V；胀差的测量比较特殊，大部分现场胀差的测量范围不是对称的，因此胀差传感器的直流静态工作电压要按照具体测量范围和该传感器的线性范围去推算，例如某厂的高压胀差测量范围是-2~6mm，那么我们可以选用BKV 的17mm电涡流传感器完成，此时传感器的直流静态工作电压应该调整到-6V，如果用户要求的胀差测量范围是对称的话（-4~4mm ），传感器的直流静态工作电压应该调整到-10V。

（齿轮）转速测量的电涡流传感器安装时一般将电涡流传感器的探头表面调整到距被测量齿轮顶部1mm，此时要求被测量齿轮的径向跳动很小；（键相槽）转速测量的电涡流传感器安装时一般将电涡流传感器的探图2头表面调整到距被测量有键槽同圆周转子平面约2mm （量电压为-10V ），（键）转速测量的电涡流传感器安装时一般将电涡流传感器的探头表面调整到距被测量有键同圆周转子键表面约2mm （量电压为-10V ），此时要求被测量齿轮的径向跳动很小。

至于说不同的现场要求测量其他的位移量时，可以依此类推。

b) 速度传感器i. 工作原理：磁电转换，速度传感器一般都由内部永久磁缸，支撑弹簧，线圈，外壳和信号电缆构成。

一般来说，速度传感器是直接和被测物体用刚性连接在一起的；当被测量物体发生振动时，速度传感器和被测物体一起运动，但是由于速度传感器内的支撑弹簧的存在，使得永久磁缸和线圈做相对运动，如此一来线圈切割磁力线，速度传感器就成了一个小型的发电机；被测物体的振动速度越快，速度传感器输出的电压越高，二次仪表即是拾取此等电压信号去量化被测物体的振动速度，二次仪表将此电压信号进行积分后就为被测物体的振动位移。

无论哪一种速度传感器，无论是哪一公司的速度传感器，他的工作原理都是如此。

ii. 分类：速度传感器又称惯性式速度传感器，一般我们使用的全都是惯性式速度传感器，只是不同的生产厂家的惯性式速度传感器的灵敏度不一样，Bently 16699的灵敏度为20mv/mm/s ，BKV VS068/9的灵敏度为100mv/mm/s ，英华达 EN080的灵敏度为20mv/mm/s 。

现在使用的速度传感器中有英华达EN090，此传感器为低频积分速度传感器，即英华达EN090输出的为积分后的位移电信号，灵敏度为5v/mm 。

另外，Bently 330500为积分加速度传感器，他输出的也是振动速度信号。

iii.安装和调试：速度传感器安装十分方便，一般情况下是在被测物体的合适位置打孔攻丝，用固定螺栓将传感器和被测物体连在一起。

安装完毕，无需调整。

c) 加速度传感器加速度传感器是用来测量被测物体的振动加速度的，加速度传感器内有一片压电晶体片，加速度传感器和被测量物体也是用螺丝连接在一起的，当被测物体发生振动时，由于惯性的作用会对压电晶体片产生压力使其发生形变，由于压电晶体的特有特性即会产生电荷，传感器将此电荷放大送给二次仪表，即可量化被测物体的振动加速度。

d)线性差动变送器（LVDT）线性差动变送器是用来测量大量称位移的传感器，例如机壳热膨胀，油动机行程，主汽门开度等。

线性差动变送器的工作原理是磁尺在磁缸中作相对运动，线性差动变送器将此相对运动位移量化成电信号，再有4-20mA变送器变成4-20mA送给二次仪表。

线性差动变送器在安装调试时，要将线性差动变送器的0点和满量程所对应的4 mA 和20mA调整准确。

再在二期仪表中作相应设置即可。

e)磁阻传感器/霍尔传感器/压力变送器及其他传感器磁阻传感器/霍尔传感器在TSI系统中主要是用来测量转速和键相等，主要是因为该传感器价格较低。

压力变送器及其他传感器主要是用来测量TSI系统中其他的一些过程量，基本上都是4-20mA信号，在此不多讲。

2.测量参数冶金行业相关设备振动监测（TSI）所涉及的测量量主要有：1.转速：即旋转机械在运转过程中的旋转速度，例如冶金行业的风机额定转速为1500转/分（记作1500rpm）。

在对机械运行状态分析中找出振动和转速之间的关系是特别重要的。

在设计时，它的转速运行范围应避开机器的平衡共振，并且使其运行转速也不激发机器的这些特殊共振。

机器启动时的数据在确定平衡共振时是重要的，这些数据可表示为振幅和相位与机器转速之间的关系曲线，在描绘这种曲线和寻找这些参量之间的关系时，可以很容易地确定机器的平衡共振（临界共振）。

转速的测量所使用的传感器主要有8mm电涡流传感器（例如 BKV的IN081）或者霍尔传感器（例如Turck 公司的霍尔传感器）和磁阻传感器（例如 BKV的TS012）。