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第三節(jié) 設(shè)備故障診斷常用方法(上)

這節(jié)是本章的重點和核心。振動、噪聲和溫度的測量又是這節(jié)的重點。

一、振動測量法

(一)振動的分類

根據(jù)能否用確定的時間關(guān)系函數(shù)來描述，振動分為確定性振動和隨機振動。

1、隨機振動不能用精確的數(shù)學(xué)關(guān)系式來描述，例如地震。

2、確定性振動又分為周期振動和非周期振動，周期振動又進(jìn)一步分為簡諧周期振動和復(fù)雜周期振動。

(二)振動的基本參數(shù)

振幅、頻率和相位是振動的基本參數(shù)。振動可以通過這三個參數(shù)加以描述。以簡諧振動為例，其位移可以表示為：

位移、速度、加速度這三者，只要測出其中的一個參數(shù)，就可以通過微分、積分電路得到其他兩個參數(shù)。

(三)常用的測振傳感器

振動測量有機械方法、光學(xué)方法和電測方法，其中，電測方法應(yīng)用最廣泛。采用電測法測量振動，傳感器的作用是感受被測振動參數(shù)，將其轉(zhuǎn)換為電量。主要有三種測振傳感器，分別為壓電式加速度計、磁電式速度傳感器和電渦流位移傳感器。

1.壓電式加速度計(重點)

(1)工作原理：有些晶體能夠產(chǎn)生壓電效應(yīng)，壓電效應(yīng)就是說這種晶體在一定方向上受力，產(chǎn)生變形時候，內(nèi)部就會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在它的兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷;當(dāng)外力去除以后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為“壓電效應(yīng)”。壓電式加速度計是基于壓電效應(yīng)工作的。

(2)壓電晶體輸出的電荷與振動的加速度成正比。壓電晶片是加速度計的核心。

(3)壓電式加速度計屬于能量轉(zhuǎn)換型傳感器。電荷產(chǎn)生不需要外接電源，靈敏度高而且穩(wěn)定，有比較理想的線性。

突出的優(yōu)點：因為沒有移動元件，所以不會因為磨損而造成壽命降低的現(xiàn)象。

此外，壓電式加速度計使用的上限頻率隨其固定方式而變。最佳的固定方式是采用鋼螺栓固定，只有這種固定方式能達(dá)到出廠標(biāo)示的上限使用頻率。

2.磁電式速度傳感器(重點)

(1)原理：利用電磁感應(yīng)原理，把振動速度轉(zhuǎn)換為線圈中的感應(yīng)電動勢。

工作也不需要外加電源，而是直接從被測對象吸取機械能量，并將其轉(zhuǎn)換成電量輸出。因此，它也是一種典型的能量轉(zhuǎn)換型傳感器。

(2)特點：輸出功率大，性能比較穩(wěn)定;

不足就是傳感器中存在著機械運動的部件，所以壽命比較短。

3.電渦流位移傳感器(重點)

(1)原理：它基于金屬體在交變磁場中的電渦流效應(yīng)工作，屬于能量控制型傳感器。測量時， 將傳感器頂端與被測對象表面之間的距離變化轉(zhuǎn)換成與之成正比的電信號。

電渦流位移傳感器必須借助電源才能將振動位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，屬于能量控制型傳感器?/p>

(2)特點：渦流位移傳感器屬于非接觸式測量。這種傳感器具有線性范圍大、靈敏度高、頻率范圍寬、抗干擾能力強、不受油污等介質(zhì)影響以及非接觸測量等特點。電渦流位移傳感器被廣泛用來測量汽輪機、壓縮機、電動機等旋轉(zhuǎn)軸系的振動、軸向位移、轉(zhuǎn)速等。

二、噪聲測量法

(一)噪聲測量的主要參數(shù)

進(jìn)行噪聲測量時，常用聲壓級、聲強級和聲功率級表示其強弱，也可以用人的主觀感覺進(jìn)行度量，如響度級等。

(二)噪聲測量儀器

1、傳聲器(重點)

(1)噪聲測量中，最常使用的儀器是傳聲器和聲級計。

(2)傳聲器：它的作用是將聲能轉(zhuǎn)換成電能。

(3)傳聲器的分類方法有兩種，一種是根據(jù)膜片感受聲壓情況的不同，另一種是根據(jù)膜片振動轉(zhuǎn)換成電能方式的不同。

①根據(jù)膜片感受聲壓情況的不同，傳聲器可以分為壓強式、壓差式以及壓強壓差組合式，在噪聲測量中通常運用的是壓強式傳聲器。

②根據(jù)膜片振動轉(zhuǎn)換成電能方式的不同，傳聲器分為三類，電容式，壓電式和動圈式。其中電容式優(yōu)點比較多，所以在精密分析儀器和標(biāo)準(zhǔn)聲級計中，一般采用電容式;壓電式性能差一些，用在普通聲壓計中;動圈式現(xiàn)在已經(jīng)不用了。

(4)電容式和壓電式傳聲器的簡單的結(jié)構(gòu)。

①電容傳聲器基本結(jié)構(gòu)就是一個電容器。電容傳聲器屬于能量控制型(需要外接電源)，這種電容傳聲器，它的靈敏度高，性能強，在很大的溫度范圍和很大的濕度范圍下，性能變化小，這是它最突出的優(yōu)點，性能穩(wěn)定，不受溫度濕度影響，而且外形尺寸比較小，所以用在精密的聲級計里。

②壓電傳聲器

ⅰ原理：

由具有壓電效應(yīng)的晶體來完成聲電轉(zhuǎn)換，屬于能量轉(zhuǎn)換型傳感器。

ⅱ特點：

壓電傳聲器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、輸出阻抗低、電容量大(可達(dá)1 000pF)、靈敏度較高等優(yōu)點。

最大缺點就是受溫度、濕度影響較大。所以它主要用在普通聲級計里。

2、聲級計(重點)

聲級計是噪聲測量中使用最為廣泛、最簡便的儀器。它不僅用來測量聲級，還能與各種輔助儀器配合進(jìn)行頻譜分析、記錄噪聲的時間特性和測量振動等。

(1)分類：

①聲級計按其用途分為一般聲級計、脈沖聲級計、積分聲級計和噪聲暴露計(噪聲劑量計)等。

②聲級計按其精度分為：

0型聲級計，精度最高。

1型聲級計，是一般用途的精密聲級計。

2型聲級計，一般用途聲級計。

3型聲級計，普及型聲級計。

③聲級計按其體積分為臺式聲級計、便攜式聲級計和袖珍式聲級計。

(2)聲級計工作的原理：

①被測的聲壓信號通過傳聲器轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號經(jīng)衰減器、放大器以及相應(yīng)的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)(或外接濾波器)，或輸入外接的記錄儀器，或者經(jīng)過均方根值檢波器直接推動以分貝標(biāo)定的指示表頭。

②計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是基于等響曲線設(shè)計出的濾波線路，分為A、B、C、D四種。A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于一個低頻濾波，就是把低頻部分去掉，留下了高頻噪聲，除此以外，A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)對低頻噪聲衰減最強，對高頻噪聲反應(yīng)也很敏感，這正和人耳朵的感覺是一致的，人耳也是對高頻噪聲反應(yīng)比較敏感，所以在對于人耳朵有害的這種噪聲的測量都采用A聲級，B,C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)近年已逐漸少用，D計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是專門為測量飛機噪聲而設(shè)計的。聲級計測量的已不再是客觀物理量上的聲壓級。

3.聲級計的校準(zhǔn)。

按照規(guī)定，每次測量開始和結(jié)束的時候都要進(jìn)行校準(zhǔn)，兩次差值不應(yīng)大于一分貝。

校準(zhǔn)方法有很多種，其中最常用的、最簡便的，是活塞發(fā)生器校準(zhǔn)法。

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