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第三节 设备故障诊断常用方法(上)

这节是本章的重点和核心。振动、噪声和温度的测量又是这节的重点。

一、振动测量法

(一)振动的分类

根据能否用确定的时间关系函数来描述，振动分为确定性振动和随机振动。

1、随机振动不能用精确的数学关系式来描述，例如地震。

2、确定性振动又分为周期振动和非周期振动，周期振动又进一步分为简谐周期振动和复杂周期振动。

(二)振动的基本参数

振幅、频率和相位是振动的基本参数。振动可以通过这三个参数加以描述。以简谐振动为例，其位移可以表示为：

位移、速度、加速度这三者，只要测出其中的一个参数，就可以通过微分、积分电路得到其他两个参数。

(三)常用的测振传感器

振动测量有机械方法、光学方法和电测方法，其中，电测方法应用最广泛。采用电测法测量振动，传感器的作用是感受被测振动参数，将其转换为电量。主要有三种测振传感器，分别为压电式加速度计、磁电式速度传感器和电涡流位移传感器。

1.压电式加速度计(重点)

(1)工作原理：有些晶体能够产生压电效应，压电效应就是说这种晶体在一定方向上受力，产生变形时候，内部就会产生极化现象，在它的两个表面上产生符号相反的电荷;当外力去除以后，又恢复到不带电状态，这种现象称为“压电效应”。压电式加速度计是基于压电效应工作的。

(2)压电晶体输出的电荷与振动的加速度成正比。压电晶片是加速度计的核心。

(3)压电式加速度计属于能量转换型传感器。电荷产生不需要外接电源，灵敏度高而且稳定，有比较理想的线性。

突出的优点：因为没有移动元件，所以不会因为磨损而造成寿命降低的现象。

此外，压电式加速度计使用的上限频率随其固定方式而变。最佳的固定方式是采用钢螺栓固定，只有这种固定方式能达到出厂标示的上限使用频率。

2.磁电式速度传感器(重点)

(1)原理：利用电磁感应原理，把振动速度转换为线圈中的感应电动势。

工作也不需要外加电源，而是直接从被测对象吸取机械能量，并将其转换成电量输出。因此，它也是一种典型的能量转换型传感器。

(2)特点：输出功率大，性能比较稳定;

不足就是传感器中存在着机械运动的部件，所以寿命比较短。

3.电涡流位移传感器(重点)

(1)原理：它基于金属体在交变磁场中的电涡流效应工作，属于能量控制型传感器。测量时， 将传感器顶端与被测对象表面之间的距离变化转换成与之成正比的电信号。

电涡流位移传感器必须借助电源才能将振动位移转变为电信号，属于能量控制型传感器。

(2)特点：涡流位移传感器属于非接触式测量。这种传感器具有线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、抗干扰能力强、不受油污等介质影响以及非接触测量等特点。电涡流位移传感器被广泛用来测量汽轮机、压缩机、电动机等旋转轴系的振动、轴向位移、转速等。

二、噪声测量法

(一)噪声测量的主要参数

进行噪声测量时，常用声压级、声强级和声功率级表示其强弱，也可以用人的主观感觉进行度量，如响度级等。

(二)噪声测量仪器

1、传声器(重点)

(1)噪声测量中，最常使用的仪器是传声器和声级计。

(2)传声器：它的作用是将声能转换成电能。

(3)传声器的分类方法有两种，一种是根据膜片感受声压情况的不同，另一种是根据膜片振动转换成电能方式的不同。

①根据膜片感受声压情况的不同，传声器可以分为压强式、压差式以及压强压差组合式，在噪声测量中通常运用的是压强式传声器。

②根据膜片振动转换成电能方式的不同，传声器分为三类，电容式，压电式和动圈式。其中电容式优点比较多，所以在精密分析仪器和标准声级计中，一般采用电容式;压电式性能差一些，用在普通声压计中;动圈式现在已经不用了。

(4)电容式和压电式传声器的简单的结构。

①电容传声器基本结构就是一个电容器。电容传声器属于能量控制型(需要外接电源)，这种电容传声器，它的灵敏度高，性能强，在很大的温度范围和很大的湿度范围下，性能变化小，这是它最突出的优点，性能稳定，不受温度湿度影响，而且外形尺寸比较小，所以用在精密的声级计里。

②压电传声器

ⅰ原理：

由具有压电效应的晶体来完成声电转换，属于能量转换型传感器。

ⅱ特点：

压电传声器具有结构简单、成本低、输出阻抗低、电容量大(可达1 000pF)、灵敏度较高等优点。

最大缺点就是受温度、湿度影响较大。所以它主要用在普通声级计里。

2、声级计(重点)

声级计是噪声测量中使用最为广泛、最简便的仪器。它不仅用来测量声级，还能与各种辅助仪器配合进行频谱分析、记录噪声的时间特性和测量振动等。

(1)分类：

①声级计按其用途分为一般声级计、脉冲声级计、积分声级计和噪声暴露计(噪声剂量计)等。

②声级计按其精度分为：

0型声级计，精度最高。

1型声级计，是一般用途的精密声级计。

2型声级计，一般用途声级计。

3型声级计，普及型声级计。

③声级计按其体积分为台式声级计、便携式声级计和袖珍式声级计。

(2)声级计工作的原理：

①被测的声压信号通过传声器转换成电压信号，该电压信号经衰减器、放大器以及相应的计权网络(或外接滤波器)，或输入外接的记录仪器，或者经过均方根值检波器直接推动以分贝标定的指示表头。

②计权网络是基于等响曲线设计出的滤波线路，分为A、B、C、D四种。A计权网络相当于一个低频滤波，就是把低频部分去掉，留下了高频噪声，除此以外，A计权网络对低频噪声衰减最强，对高频噪声反应也很敏感，这正和人耳朵的感觉是一致的，人耳也是对高频噪声反应比较敏感，所以在对于人耳朵有害的这种噪声的测量都采用A声级，B,C计权网络近年已逐渐少用，D计权网络是专门为测量飞机噪声而设计的。声级计测量的已不再是客观物理量上的声压级。

3.声级计的校准。

按照规定，每次测量开始和结束的时候都要进行校准，两次差值不应大于一分贝。

校准方法有很多种，其中最常用的、最简便的，是活塞发生器校准法。

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