振動(dòng)變送器工業(yè)設(shè)備的“振動(dòng)聽診器”

概述

• 定義：振動(dòng)變送器是一種能將機(jī)械振動(dòng)的物理量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出的裝置，可用于測(cè)量和監(jiān)測(cè)各種設(shè)備的振動(dòng)情況。

• 分類：從結(jié)構(gòu)上可分為分體式和一體化兩種。分體式振動(dòng)變送器由振動(dòng)傳感器和變送電路兩部分組成，兩者之間通過電纜連接；一體化振動(dòng)變送器則是將傳感器與變送器合二為一，結(jié)構(gòu)緊湊，減少了信號(hào)傳輸過程中的干擾。

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工作原理

• 傳感器原理：振動(dòng)測(cè)量傳感器按工作原理可分為壓電式、壓阻式、電容式、電感式以及光電式等。例如壓電式加速度傳感器，是利用壓電材料的壓電效應(yīng)，當(dāng)受到振動(dòng)時(shí)，壓電材料會(huì)產(chǎn)生電荷，電荷的大小與振動(dòng)加速度成正比，從而將振動(dòng)加速度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

  
  

  
  

  變送原理：傳感器輸出的電信號(hào)通常比較微弱，且可能是非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，變送電路將傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、線性化等處理，將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，如 4-20mA 電流信號(hào)或 1-5V 電壓信號(hào)等，以便于遠(yuǎn)距離傳輸和后續(xù)的顯示、控制、數(shù)據(jù)處理等

性能指標(biāo)

• 測(cè)量范圍：包括振動(dòng)速度有效值、振動(dòng)位移峰峰值、振動(dòng)加速度真峰值等的測(cè)量范圍，如振動(dòng)速度有效值測(cè)量范圍 0-200mm/s，振動(dòng)位移峰峰值 0-2000μm，振動(dòng)加速度真峰值 0-200m/s2。

• 頻率響應(yīng)：如 5-11000Hz，表示振動(dòng)變送器能夠準(zhǔn)確測(cè)量的振動(dòng)頻率范圍。

• 輸出信號(hào)：常見的有三線制或兩線制的 4-20mA 電流信號(hào)，也有 1-5V 電壓信號(hào)等，還可輸出振動(dòng)的動(dòng)態(tài)波形。

• 工作溫度：一般為 - 30-80°C，不同型號(hào)有所差異。

• 測(cè)試精度：通常為 5% 左右，衡量測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值的接近程度。

應(yīng)用領(lǐng)域

• 工業(yè)設(shè)備健康監(jiān)測(cè)

• 旋轉(zhuǎn)機(jī)械：用于電機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等的軸承磨損、不平衡或不對(duì)中檢測(cè)，如監(jiān)測(cè)電機(jī)軸承振動(dòng)，可提前發(fā)現(xiàn)軸承故障隱患，避免設(shè)備損壞。

• 發(fā)電廠：對(duì)汽輪機(jī)、水輪機(jī)進(jìn)行振動(dòng)超限預(yù)警，防止因振動(dòng)過大導(dǎo)致停機(jī)事故，保障發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

• 石油化工：監(jiān)測(cè)管道振動(dòng)，預(yù)防管道泄漏風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，確保生產(chǎn)安全。

• 關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施

• 軌道交通：對(duì)列車輪軸、齒輪箱進(jìn)行實(shí)時(shí)振動(dòng)分析，保障列車運(yùn)行安全，例如通過監(jiān)測(cè)輪軸振動(dòng)判斷輪對(duì)磨損情況。

• 航空航天：用于發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)振動(dòng)監(jiān)測(cè)，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能與壽命，確保發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下的可靠性。

• 建筑橋梁：記錄結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)，評(píng)估地震或風(fēng)載對(duì)建筑橋梁的影響，為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)支持。

• 智能制造與預(yù)測(cè)性維護(hù)：集成到物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）系統(tǒng)中，通過振動(dòng)數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)設(shè)備壽命預(yù)測(cè)，減少非計(jì)劃停機(jī)。如在風(fēng)電行業(yè)，安裝在風(fēng)機(jī)齒輪箱上的振動(dòng)變送器可監(jiān)測(cè)振動(dòng)趨勢(shì)，提前數(shù)月預(yù)警軸承故障；造紙廠中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)烘缸振動(dòng)，防止因不平衡導(dǎo)致紙張厚度不均。

選型要點(diǎn)

• 測(cè)量參數(shù)：根據(jù)實(shí)際需求確定測(cè)量振動(dòng)的加速度、速度還是位移參數(shù)，如關(guān)注設(shè)備的沖擊振動(dòng)，可選擇加速度型振動(dòng)變送器；關(guān)注設(shè)備的運(yùn)行平穩(wěn)性，速度型或位移型可能更合適。

• 測(cè)量范圍：確保所選振動(dòng)變送器的測(cè)量范圍能夠覆蓋被測(cè)設(shè)備的振動(dòng)幅值范圍，避免測(cè)量值超出量程導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確或設(shè)備損壞。

• 工作環(huán)境：考慮安裝環(huán)境的溫度、濕度、粉塵、腐蝕性等因素。如在戶外潮濕環(huán)境中，應(yīng)選擇防水型振動(dòng)變送器；在有腐蝕性氣體的環(huán)境中，需選擇具有防腐性能的變送器。

• 輸出信號(hào)：根據(jù)后續(xù)連接的設(shè)備和系統(tǒng)要求，選擇合適的輸出信號(hào)類型，如 4-20mA 電流信號(hào)適用于遠(yuǎn)距離傳輸和大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)，而電壓信號(hào)則適用于一些對(duì)電流信號(hào)敏感的設(shè)備。

• 安裝方式：根據(jù)被測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和安裝位置，選擇合適安裝方式的振動(dòng)變送器，如垂直安裝或水平安裝，常見的安裝方式有螺紋安裝、磁吸安裝等。