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1、第六章第六章 机械量测量仪表机械量测量仪表 主要内容主要内容n n6.1 6.1 概述概述n n6.2 6.2 电涡流式传感器电涡流式传感器 n n6.3 6.3 电容式位移检测方法电容式位移检测方法 n n6.4 6.4 转速检测转速检测 n n6.5 6.5 振动检测振动检测 n n6.6 6.6 电感式传感器的典型应用电感式传感器的典型应用6.1 6.1 概述概述 机械量通常包括各种几何量和力学量，如长机械量通常包括各种几何量和力学量，如长机械量通常包括各种几何量和力学量，如长机械量通常包括各种几何量和力学量，如长度、位移、厚度、转矩、转速、度、位移、厚度、转矩、转速、度、位移、厚度、转
2、矩、转速、度、位移、厚度、转矩、转速、振动和力等。本振动和力等。本振动和力等。本振动和力等。本章主要讨论机组控制中常用的位移、振动和转速章主要讨论机组控制中常用的位移、振动和转速章主要讨论机组控制中常用的位移、振动和转速章主要讨论机组控制中常用的位移、振动和转速三种机械量的测量方法及测量仪表。三种机械量的测量方法及测量仪表。三种机械量的测量方法及测量仪表。三种机械量的测量方法及测量仪表。机械量测量仪表一般由传感器、测量电路、机械量测量仪表一般由传感器、测量电路、机械量测量仪表一般由传感器、测量电路、机械量测量仪表一般由传感器、测量电路、显示显示显示显示(或记录或记录或记录或记录)器和电源组成器
3、和电源组成器和电源组成器和电源组成,如图如图如图如图6-16-16-16-1所示。所示。所示。所示。图图6-1 6-1 机械量测量仪表框图机械量测量仪表框图 测量电路包括变换、放大等，把传感器的输出测量电路包括变换、放大等，把传感器的输出测量电路包括变换、放大等，把传感器的输出测量电路包括变换、放大等，把传感器的输出信号转换成电信号；显示单元以模拟形式、数字形信号转换成电信号；显示单元以模拟形式、数字形信号转换成电信号；显示单元以模拟形式、数字形信号转换成电信号；显示单元以模拟形式、数字形式，或以图像形式给出被测量的数值。式，或以图像形式给出被测量的数值。式，或以图像形式给出被测量的数值。式，
4、或以图像形式给出被测量的数值。机械量测量仪表可按测量对象和测量原理分机械量测量仪表可按测量对象和测量原理分机械量测量仪表可按测量对象和测量原理分机械量测量仪表可按测量对象和测量原理分类。按测量对象可分为位移测量仪表、厚度测量类。按测量对象可分为位移测量仪表、厚度测量类。按测量对象可分为位移测量仪表、厚度测量类。按测量对象可分为位移测量仪表、厚度测量仪表、转矩测量仪表等。按测量原理位移测量仪仪表、转矩测量仪表等。按测量原理位移测量仪仪表、转矩测量仪表等。按测量原理位移测量仪仪表、转矩测量仪表等。按测量原理位移测量仪表可分为电容式、电感式、光电式、超声波式、表可分为电容式、电感式、光电式、超声波式
5、、表可分为电容式、电感式、光电式、超声波式、表可分为电容式、电感式、光电式、超声波式、射线式等。射线式等。射线式等。射线式等。表表表表6-1 6-1 6-1 6-1 各种机械量检测参数可采用的测量原理各种机械量检测参数可采用的测量原理各种机械量检测参数可采用的测量原理各种机械量检测参数可采用的测量原理 这里讨论的是过程控制中大型转动设备这里讨论的是过程控制中大型转动设备这里讨论的是过程控制中大型转动设备这里讨论的是过程控制中大型转动设备(如汽如汽如汽如汽轮机、压缩机等轮机、压缩机等轮机、压缩机等轮机、压缩机等)轴的位移。汽轮机在启停和运行轴的位移。汽轮机在启停和运行轴的位移。汽轮机在启停和运行
6、轴的位移。汽轮机在启停和运行中，如果转子轴推力轴瓦已烧坏，则转子就要发中，如果转子轴推力轴瓦已烧坏，则转子就要发中，如果转子轴推力轴瓦已烧坏，则转子就要发中，如果转子轴推力轴瓦已烧坏，则转子就要发生前后窜动，因而引起转子轴的轴向位移增大，生前后窜动，因而引起转子轴的轴向位移增大，生前后窜动，因而引起转子轴的轴向位移增大，生前后窜动，因而引起转子轴的轴向位移增大，使汽轮机内部动、静部件间发生摩擦和碰撞，导使汽轮机内部动、静部件间发生摩擦和碰撞，导使汽轮机内部动、静部件间发生摩擦和碰撞，导使汽轮机内部动、静部件间发生摩擦和碰撞，导致大批叶片折断，隔板和叶轮碎裂，造成严重事致大批叶片折断，隔板和叶轮
7、碎裂，造成严重事致大批叶片折断，隔板和叶轮碎裂，造成严重事致大批叶片折断，隔板和叶轮碎裂，造成严重事故。故。故。故。因因因因此，一般汽轮机都设置了轴向位移的监测此，一般汽轮机都设置了轴向位移的监测此，一般汽轮机都设置了轴向位移的监测此，一般汽轮机都设置了轴向位移的监测和保护装置，电涡流传感器的检测探头与转子轴和保护装置，电涡流传感器的检测探头与转子轴和保护装置，电涡流传感器的检测探头与转子轴和保护装置，电涡流传感器的检测探头与转子轴端面保持一定的初始距离。当汽轮机转子轴产生端面保持一定的初始距离。当汽轮机转子轴产生端面保持一定的初始距离。当汽轮机转子轴产生端面保持一定的初始距离。当汽轮机转子轴
8、产生 轴向位移时，传感器的输出电压与轴向位移成比轴向位移时，传感器的输出电压与轴向位移成比轴向位移时，传感器的输出电压与轴向位移成比轴向位移时，传感器的输出电压与轴向位移成比例。当位移值超过规定的允许值时，传感器的输例。当位移值超过规定的允许值时，传感器的输例。当位移值超过规定的允许值时，传感器的输例。当位移值超过规定的允许值时，传感器的输出电压可控制报警电路发出报警信号。出电压可控制报警电路发出报警信号。出电压可控制报警电路发出报警信号。出电压可控制报警电路发出报警信号。本章重点介绍广泛应用于大型转动设备本章重点介绍广泛应用于大型转动设备本章重点介绍广泛应用于大型转动设备本章重点介绍广泛应用
9、于大型转动设备(如汽如汽如汽如汽轮机、压缩机等轮机、压缩机等轮机、压缩机等轮机、压缩机等)轴位移、轴振动测量仪表轴位移、轴振动测量仪表轴位移、轴振动测量仪表轴位移、轴振动测量仪表“电电电电涡流式传感器涡流式传感器涡流式传感器涡流式传感器”返回返回返回返回6.2 6.2 电涡流式传感器电涡流式传感器 电涡流式传感器属于电感式传感器的一种，电涡流式传感器属于电感式传感器的一种，电涡流式传感器属于电感式传感器的一种，电涡流式传感器属于电感式传感器的一种，是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的是利用被测量的变化引起
10、线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。实现测量的。实现测量的。实现测量的。6.2.1 6.2.1 原理与特性原理与特性 如下图如下图如下图如下图6-26-26-26-2所示，一个扁平线圈置于金属导体所示，一个扁平线圈置于金属导体所示，一个扁平线圈置于金属导体所示，一个扁平线圈置于金属导体附近，当线圈中通有交变电流附近，当线圈中通有交变电流附近，当线圈中通有交变电流附近，当线圈中通有交变电流I I I I1 1 1 1时，线圈周围就时，
11、线圈周围就时，线圈周围就时，线圈周围就产生一个交变磁场产生一个交变磁场产生一个交变磁场产生一个交变磁场H H H H1 1 1 1。置于这一磁场中的金属导。置于这一磁场中的金属导。置于这一磁场中的金属导。置于这一磁场中的金属导体就产生电涡流体就产生电涡流体就产生电涡流体就产生电涡流I I I I2 2 2 2，电涡流也将产生一个新磁场，电涡流也将产生一个新磁场，电涡流也将产生一个新磁场，电涡流也将产生一个新磁场H H H H2 2 2 2，H H H H2 2 2 2与与与与H H H H1 1 1 1方向相反，因而抵消部分原磁场，使通电方向相反，因而抵消部分原磁场，使通电方向相反，因而抵消部
12、分原磁场，使通电方向相反，因而抵消部分原磁场，使通电线圈的有效阻抗发生变化。线圈的有效阻抗发生变化。线圈的有效阻抗发生变化。线圈的有效阻抗发生变化。图图6-2 6-2 电涡流传感器原理图电涡流传感器原理图 一般讲，线圈的阻抗变化与导体的电导率、一般讲，线圈的阻抗变化与导体的电导率、一般讲，线圈的阻抗变化与导体的电导率、一般讲，线圈的阻抗变化与导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离有关。如果控频率以及线圈到被测导体间的距离有
13、关。如果控频率以及线圈到被测导体间的距离有关。如果控频率以及线圈到被测导体间的距离有关。如果控制上述参数中的一个参数改变，而其余参恒定不制上述参数中的一个参数改变，而其余参恒定不制上述参数中的一个参数改变，而其余参恒定不制上述参数中的一个参数改变，而其余参恒定不变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。如变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。如变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。如变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。如其他参数不变，阻抗的变化就可以反映线圈到被其他参数不变，阻抗的变化就可以反映线圈到被其他参数不变，阻抗的变化就可以反映线圈到被其他参数不变，阻抗的变化就可以反映线圈到被测
14、金属导体间的距离大小变化。测金属导体间的距离大小变化。测金属导体间的距离大小变化。测金属导体间的距离大小变化。在在在在电电电电感感感感式式式式位位位位移移移移检检检检测测测测方方方方法法法法中中中中最最最最常常常常见见见见的的的的是是是是涡涡涡涡流流流流式式式式电电电电感感感感位位位位移移移移检检检检测测测测器器器器，如如如如图图图图6-36-36-36-3所所所所示示示示是是是是电电电电涡涡涡涡流流流流式式式式传传传传感感感感器器器器检检检检测测测测探探探探头头头头，探探探探头头头头端端端端部部部部装装装装有有有有高高高高度度度度密密密密封封封封的的的的、发发发发射射射射高高高高频频频频信信
15、信信号号号号的的的的线线线线圈圈圈圈。由由由由于于于于被被被被测测测测物物物物体体体体的的的的端端端端部部部部（一一一一般般般般为为为为转转转转动动动动机机机机器器器器的的的的轴轴轴轴）距距距距离离离离线线线线圈圈圈圈很很很很近近近近，仅仅仅仅有有有有几几几几mmmmmmmm，线线线线圈圈圈圈通通通通电电电电后后后后产产产产生生生生一一一一个个个个高高高高频频频频磁磁磁磁场场场场，轴轴轴轴的的的的表表表表面面面面在在在在磁磁磁磁场场场场的的的的作作作作用用用用下下下下产产产产生生生生涡涡涡涡流流流流电电电电流流流流。同同同同样样样样，涡涡涡涡流流流流电电电电流流流流也也也也会会会会产产产产生生
16、生生磁磁磁磁场场场场，其其其其场强大小与距离有关，该场强抵消由线圈产生的场强大小与距离有关，该场强抵消由线圈产生的场强大小与距离有关，该场强抵消由线圈产生的场强大小与距离有关，该场强抵消由线圈产生的 磁磁磁磁场场场场强强强强度度度度，影影影影响响响响检检检检测测测测线线线线圈圈圈圈的的的的等等等等效效效效阻阻阻阻抗抗抗抗，而而而而等等等等效效效效阻阻阻阻抗抗抗抗与线圈电感量有关，因此就测得位移量。与线圈电感量有关，因此就测得位移量。与线圈电感量有关，因此就测得位移量。与线圈电感量有关，因此就测得位移量。图图6-3 6-3 涡流检测探头涡流检测探头 6.2.2 6.2.2 高频反射式电涡流传感器
17、高频反射式电涡流传感器 这种传感器的结构很简单，主要由一个固定这种传感器的结构很简单，主要由一个固定这种传感器的结构很简单，主要由一个固定这种传感器的结构很简单，主要由一个固定在框架上的扁平线圈组成。线圈可以粘贴在框架在框架上的扁平线圈组成。线圈可以粘贴在框架在框架上的扁平线圈组成。线圈可以粘贴在框架在框架上的扁平线圈组成。线圈可以粘贴在框架的端部，也可以绕在框架端部的槽内。图的端部，也可以绕在框架端部的槽内。图的端部，也可以绕在框架端部的槽内。图的端部，也可以绕在框架端部的槽内。图6-46-46-46-4为某为某为某为某种型号的高频反射式电涡流传感器。种型号的高频反射式电涡流传感器。种型号的
18、高频反射式电涡流传感器。种型号的高频反射式电涡流传感器。图图6-4 6-4 高频反射式电涡流传感器高频反射式电涡流传感器 电电电电涡涡涡涡流流流流传传传传感感感感器器器器的的的的线线线线圈圈圈圈与与与与被被被被测测测测金金金金属属属属导导导导体体体体间间间间是是是是磁磁磁磁性性性性耦耦耦耦合合合合，电电电电涡涡涡涡流流流流传传传传感感感感器器器器是是是是利利利利用用用用这这这这种种种种耦耦耦耦合合合合程程程程度度度度的的的的变变变变化化化化来来来来进进进进行行行行测测测测量量量量的的的的。因因因因此此此此，被被被被测测测测物物物物体体体体的的的的物物物物理理理理性性性性质质质质，以以以以及及及
19、及它它它它的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸和和和和开开开开关关关关都都都都与与与与总总总总的的的的测测测测量量量量装装装装置置置置特特特特性性性性有有有有关关关关。一一一一般般般般来来来来说说说说，被被被被测测测测物物物物的的的的电电电电导导导导率率率率越越越越高高高高，传传传传感感感感器器器器的的的的灵灵灵灵敏敏敏敏度也越高。度也越高。度也越高。度也越高。为为为为了了了了充充充充分分分分有有有有效效效效地地地地利利利利用用用用电电电电涡涡涡涡流流流流效效效效应应应应，当当当当被被被被测测测测物物物物体体体体是是是是圆圆圆圆柱柱柱柱体体体体时时时时，被被被被测测测测导导导导体体体体直直直直径径径径必必
20、必必须须须须为为为为线线线线圈圈圈圈直直直直径径径径的的的的倍以上，否则灵敏度要降低。倍以上，否则灵敏度要降低。倍以上，否则灵敏度要降低。倍以上，否则灵敏度要降低。6.2.3 6.2.3 电涡流式传感器测量电路电涡流式传感器测量电路 6.2.3.1 6.2.3.1 6.2.3.1 6.2.3.1 电桥电路电桥电路电桥电路电桥电路图图图图6-5 6-5 6-5 6-5 电桥法测量电路原理图电桥法测量电路原理图电桥法测量电路原理图电桥法测量电路原理图 电桥法是将传感器线圈的阻抗变化转化为电电桥法是将传感器线圈的阻抗变化转化为电电桥法是将传感器线圈的阻抗变化转化为电电桥法是将传感器线圈的阻抗变化转化
21、为电压或电流的变化。图压或电流的变化。图压或电流的变化。图压或电流的变化。图6-56-56-56-5是电桥法的电原理图，是电桥法的电原理图，是电桥法的电原理图，是电桥法的电原理图，图中线圈图中线圈图中线圈图中线圈A A A A和和和和B B B B为传感器线圈。传感器线圈的阻抗为传感器线圈。传感器线圈的阻抗为传感器线圈。传感器线圈的阻抗为传感器线圈。传感器线圈的阻抗作为电桥的桥臂，起始状态，使电桥平衡。在进作为电桥的桥臂，起始状态，使电桥平衡。在进作为电桥的桥臂，起始状态，使电桥平衡。在进作为电桥的桥臂，起始状态，使电桥平衡。在进行测量时，由于传感器线圈的阻抗发生变化，使行测量时，由于传感器线
22、圈的阻抗发生变化，使行测量时，由于传感器线圈的阻抗发生变化，使行测量时，由于传感器线圈的阻抗发生变化，使电桥失去平衡，将电桥不平衡造成的输出信号进电桥失去平衡，将电桥不平衡造成的输出信号进电桥失去平衡，将电桥不平衡造成的输出信号进电桥失去平衡，将电桥不平衡造成的输出信号进行放大并检波，就可得到与被测量成正比的输出。行放大并检波，就可得到与被测量成正比的输出。行放大并检波，就可得到与被测量成正比的输出。行放大并检波，就可得到与被测量成正比的输出。电桥法主要用于两个电涡流线圈组成的差动式传电桥法主要用于两个电涡流线圈组成的差动式传电桥法主要用于两个电涡流线圈组成的差动式传电桥法主要用于两个电涡流线
23、圈组成的差动式传感器。感器。感器。感器。6.2.3.2 6.2.3.2 谐振法谐振法 n n这种方法是将传感器线圈的等效电感的变化转换这种方法是将传感器线圈的等效电感的变化转换这种方法是将传感器线圈的等效电感的变化转换这种方法是将传感器线圈的等效电感的变化转换为电压或电流的变化。传感器线圈与电容并联组为电压或电流的变化。传感器线圈与电容并联组为电压或电流的变化。传感器线圈与电容并联组为电压或电流的变化。传感器线圈与电容并联组成成成成LCLCLCLC并联谐振回路。并联谐振回路。并联谐振回路。并联谐振回路。n n并联谐振回路的谐振频率为并联谐振回路的谐振频率为并联谐振回路的谐振频率为并联谐振回路的
24、谐振频率为:（6-16-1）且谐振时回路的等效阻抗最大，等于且谐振时回路的等效阻抗最大，等于且谐振时回路的等效阻抗最大，等于且谐振时回路的等效阻抗最大，等于 式中，式中，式中，式中，RRRR为回路的等效损耗电阻。为回路的等效损耗电阻。为回路的等效损耗电阻。为回路的等效损耗电阻。当电感当电感当电感当电感L L L L发生变化时，回路的等效阻抗和谐振发生变化时，回路的等效阻抗和谐振发生变化时，回路的等效阻抗和谐振发生变化时，回路的等效阻抗和谐振频率都将随频率都将随频率都将随频率都将随L L L L的变化而变化，因此可以利用测量回的变化而变化，因此可以利用测量回的变化而变化，因此可以利用测量回的变化
25、而变化，因此可以利用测量回路阻抗的方法或测量回路谐振频率的方法间接测路阻抗的方法或测量回路谐振频率的方法间接测路阻抗的方法或测量回路谐振频率的方法间接测路阻抗的方法或测量回路谐振频率的方法间接测出传感器的被测值。出传感器的被测值。出传感器的被测值。出传感器的被测值。（6-26-2）调频式测量电路的原理是被测量变化引起传调频式测量电路的原理是被测量变化引起传调频式测量电路的原理是被测量变化引起传调频式测量电路的原理是被测量变化引起传感器线圈电感的变化，而电感的变化导致振荡频感器线圈电感的变化，而电感的变化导致振荡频感器线圈电感的变化，而电感的变化导致振荡频感器线圈电感的变化，而电感的变化导致振荡
26、频率发生变化，频率变化间接反映了被测量的变化。率发生变化，频率变化间接反映了被测量的变化。率发生变化，频率变化间接反映了被测量的变化。率发生变化，频率变化间接反映了被测量的变化。见图见图见图见图6-76-76-76-7电涡流式传感器外形图。电涡流式传感器外形图。电涡流式传感器外形图。电涡流式传感器外形图。图图6-7 ST-16-7 ST-1电涡流式传感器外形图电涡流式传感器外形图 电涡流式传感器使用注意事项电涡流式传感器使用注意事项 被测物体的表面要光滑、平坦。非钢材被测被测物体的表面要光滑、平坦。非钢材被测被测物体的表面要光滑、平坦。非钢材被测被测物体的表面要光滑、平坦。非钢材被测体和小于三
27、倍传感器直径的被测表面影响传感器体和小于三倍传感器直径的被测表面影响传感器体和小于三倍传感器直径的被测表面影响传感器体和小于三倍传感器直径的被测表面影响传感器输出特性。传感器出厂时使用输出特性。传感器出厂时使用输出特性。传感器出厂时使用输出特性。传感器出厂时使用45#45#45#45#钢标定，被测对钢标定，被测对钢标定，被测对钢标定，被测对象不符合规定时应重新标定（型号不同的钢材灵象不符合规定时应重新标定（型号不同的钢材灵象不符合规定时应重新标定（型号不同的钢材灵象不符合规定时应重新标定（型号不同的钢材灵敏度误差小于敏度误差小于敏度误差小于敏度误差小于10%10%10%10%）。应当保持传感器
28、探头周围有）。应当保持传感器探头周围有）。应当保持传感器探头周围有）。应当保持传感器探头周围有足够的空间，在足够的空间，在足够的空间，在足够的空间，在3 3 3 3倍探头直径范围内，不应由金属倍探头直径范围内，不应由金属倍探头直径范围内，不应由金属倍探头直径范围内，不应由金属体，传感器安装应远离转动体台阶面，这样可避体，传感器安装应远离转动体台阶面，这样可避体，传感器安装应远离转动体台阶面，这样可避体，传感器安装应远离转动体台阶面，这样可避免周围金属结构的干扰，准确测量振动值。传感免周围金属结构的干扰，准确测量振动值。传感免周围金属结构的干扰，准确测量振动值。传感免周围金属结构的干扰，准确测量
29、振动值。传感器可在有酸碱腐蚀的环境中使用。器可在有酸碱腐蚀的环境中使用。器可在有酸碱腐蚀的环境中使用。器可在有酸碱腐蚀的环境中使用。见图见图见图见图6-86-86-86-8安装两个邻近传感器时应保证传感头安装两个邻近传感器时应保证传感头安装两个邻近传感器时应保证传感头安装两个邻近传感器时应保证传感头之间有足够的距离以防止交叉失真（如图之间有足够的距离以防止交叉失真（如图之间有足够的距离以防止交叉失真（如图之间有足够的距离以防止交叉失真（如图a a a a），一），一），一），一般应保留般应保留般应保留般应保留40mm40mm40mm40mm的间隙。在径向轴承附近安装传感的间隙。在径向轴承附近安
30、装传感的间隙。在径向轴承附近安装传感的间隙。在径向轴承附近安装传感器时（如图器时（如图器时（如图器时（如图b b b b），传感器中心线与轴承座表面的距），传感器中心线与轴承座表面的距），传感器中心线与轴承座表面的距），传感器中心线与轴承座表面的距离应大于三倍传感头直径，同时避免把传感器安离应大于三倍传感头直径，同时避免把传感器安离应大于三倍传感头直径，同时避免把传感器安离应大于三倍传感头直径，同时避免把传感器安装在不显示任何振动的结点上（如图装在不显示任何振动的结点上（如图装在不显示任何振动的结点上（如图装在不显示任何振动的结点上（如图c c c c）。）。）。）。（a a）（b b）（c
31、c）图图6-8 6-8 电涡流式传感器安装图电涡流式传感器安装图 在安装传感器之前，保证螺纹孔中不能有异在安装传感器之前，保证螺纹孔中不能有异在安装传感器之前，保证螺纹孔中不能有异在安装传感器之前，保证螺纹孔中不能有异物，且螺纹良好。当把传感头拧入机架固定时，物，且螺纹良好。当把传感头拧入机架固定时，物，且螺纹良好。当把传感头拧入机架固定时，物，且螺纹良好。当把传感头拧入机架固定时，传感器引线应随传感头自由旋转，不应有扭力；传感器引线应随传感头自由旋转，不应有扭力；传感器引线应随传感头自由旋转，不应有扭力；传感器引线应随传感头自由旋转，不应有扭力；传感器的托架应选择钢材等坚固件，且其共振频传感
32、器的托架应选择钢材等坚固件，且其共振频传感器的托架应选择钢材等坚固件，且其共振频传感器的托架应选择钢材等坚固件，且其共振频率应大于率应大于率应大于率应大于10101010倍的被测体转速。倍的被测体转速。倍的被测体转速。倍的被测体转速。安装中的接地问题安装中的接地问题安装中的接地问题安装中的接地问题（如图（如图（如图（如图6-96-96-96-9所示）所示）所示）所示）图图6-9 6-9 电涡流式传感器接地安装图电涡流式传感器接地安装图 返回返回返回返回6.3 6.3 电容式位移检测方法电容式位移检测方法 平行极板电容器的电容为平行极板电容器的电容为平行极板电容器的电容为平行极板电容器的电容为
33、式式式式中中中中，C C C C为为为为电电电电容容容容量量量量；为为为为极极极极板板板板介介介介质质质质的的的的介介介介电电电电常常常常数数数数；S S S S为为为为极极极极板板板板面面面面积积积积；d d d d为为为为极极极极板板板板J J J J间间间间距距距距离离离离。在在在在介介介介电电电电常常常常数数数数和和和和S S S S一一一一定定定定的的的的情情情情况况况况下下下下，极极极极板板板板距距距距离离离离与与与与电电电电容容容容量量量量成成成成反反反反比比比比。因因因因此此此此可可可可将将将将一一一一块块块块极极极极板板板板固固固固定定定定，另另另另一一一一块块块块极极极极板
34、板板板与与与与被被被被测测测测物物物物体体体体相相相相连连连连，那么被测物体的位移使得极板距离变化，那么被测物体的位移使得极板距离变化，那么被测物体的位移使得极板距离变化，那么被测物体的位移使得极板距离变化，（6-46-4）从从从从而而而而使使使使电电电电容容容容量量量量变变变变化化化化。为为为为了了了了提提提提高高高高检检检检测测测测元元元元件件件件的的的的灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度，常常常常采采采采用用用用差差差差动动动动电电电电容容容容式式式式位位位位移移移移检检检检测测测测结结结结构构构构，在在在在两两两两个个个个固固固固定定定定极极极极板板板板之之之之间间间间设设设设置置置置可可可可动
35、动动动极极极极板板板板，使使使使固固固固定定定定极极极极板板板板对对对对中中中中间间间间可可可可动动动动极极极极板板板板成成成成对对对对称称称称结结结结构构构构,构构构构成成成成两两两两个个个个大大大大小小小小相相相相同同同同的的的的电电电电容容容容。可可可可动动动动极极极极板板板板装装装装在在在在被被被被测测测测物物物物体体体体上上上上。当当当当被被被被测测测测物物物物体体体体位位位位移移移移x x x x后后后后，一一一一个个个个电电电电容容容容量量量量增增增增加加加加，另另另另一一一一个个个个电电电电容容容容量量量量减减减减小小小小，将将将将差差差差动动动动电电电电容容容容接接接接入入入
36、入一一一一个个个个变变变变压压压压器器器器电电电电桥桥桥桥电电电电路路路路，所所所所示示示示，就就就就可可可可以以以以得得得得到到到到与与与与被测位移成比例的电压输出信号。被测位移成比例的电压输出信号。被测位移成比例的电压输出信号。被测位移成比例的电压输出信号。返回返回返回返回6.4 6.4 转速检测转速检测 在发动机、压缩机、透平机和泵等转动设备在发动机、压缩机、透平机和泵等转动设备在发动机、压缩机、透平机和泵等转动设备在发动机、压缩机、透平机和泵等转动设备中，转速是表征设备运行好坏的重要变量中，转速是表征设备运行好坏的重要变量中，转速是表征设备运行好坏的重要变量中，转速是表征设备运行好坏的
37、重要变量,特别特别特别特别是转动设备的临界速度，它是系统的振动频率与是转动设备的临界速度，它是系统的振动频率与是转动设备的临界速度，它是系统的振动频率与是转动设备的临界速度，它是系统的振动频率与转动设备固有频率发生共振的速度。检测转速的转动设备固有频率发生共振的速度。检测转速的转动设备固有频率发生共振的速度。检测转速的转动设备固有频率发生共振的速度。检测转速的方法通常是将转速转换为位移，或者将转速转换方法通常是将转速转换为位移，或者将转速转换方法通常是将转速转换为位移，或者将转速转换方法通常是将转速转换为位移，或者将转速转换为脉冲信号。为脉冲信号。为脉冲信号。为脉冲信号。6.4.1 6.4.1
38、 离心式转速表离心式转速表 其其其其工工工工作作作作原原原原理理理理基基基基于于于于与与与与回回回回转转转转轴轴轴轴偏偏偏偏置置置置的的的的重重重重锤锤锤锤在在在在回回回回转转转转时时时时产产产产生生生生的的的的离离离离心心心心力力力力Q Q Q Q与与与与回回回回转转转转轴轴轴轴的的的的角角角角速速速速度度度度的的的的平平平平方方方方成成成成正正正正比，即比，即比，即比，即 式中，式中，式中，式中，m m m m为重锤的质量；为重锤的质量；为重锤的质量；为重锤的质量；r r r r为重锤至被测轴的为重锤至被测轴的为重锤至被测轴的为重锤至被测轴的垂直距离。图垂直距离。图垂直距离。图垂直距离。图
39、6-116-116-116-11是其测量原理图。是其测量原理图。是其测量原理图。是其测量原理图。(6-5)(6-5)图图6-11 6-11 离心式转速表原理图离心式转速表原理图 当当当当转转转转动动动动轴轴轴轴以以以以的的的的角角角角速速速速度度度度转转转转动动动动时时时时，重重重重锤锤锤锤产产产产生生生生离离离离心心心心力力力力Q Q Q Q，转转转转速速速速越越越越大大大大离离离离心心心心力力力力越越越越大大大大，压压压压迫迫迫迫弹弹弹弹簧簧簧簧使使使使它它它它缩缩缩缩短短短短，因因因因而而而而弹弹弹弹簧簧簧簧被被被被压压压压缩缩缩缩的的的的位位位位移移移移与与与与转转转转速速速速成成成成
40、正正正正比比比比。测测测测出出出出弹弹弹弹簧簧簧簧位位位位移移移移就就就就得得得得知知知知转转转转速速速速。离离离离心心心心式式式式转转转转速速速速表表表表是是是是机机机机械械械械式式式式的的的的，惯惯惯惯性性性性较较较较大大大大，测测测测量量量量精精精精度度度度受受受受到到到到一一一一定定定定限限限限制制制制，但但但但体体体体积积积积小小小小且且且且携携携携带带带带方方方方便便便便，不不不不需需需需要要要要能能能能源源源源，因因因因此此此此应应应应用用用用比比比比较较较较广广广广泛泛泛泛。（动动动动画）画）画）画）6.4.2 6.4.2 光电式转速传感器光电式转速传感器 光电式转速传感器工作
41、在脉冲状态下，它将光电式转速传感器工作在脉冲状态下，它将光电式转速传感器工作在脉冲状态下，它将光电式转速传感器工作在脉冲状态下，它将轴的转速变换成相应频率的脉冲，然后测出脉冲轴的转速变换成相应频率的脉冲，然后测出脉冲轴的转速变换成相应频率的脉冲，然后测出脉冲轴的转速变换成相应频率的脉冲，然后测出脉冲频率就测得转速。图频率就测得转速。图频率就测得转速。图频率就测得转速。图6-126-126-126-12所示的是一种直射式光所示的是一种直射式光所示的是一种直射式光所示的是一种直射式光电转速传感器的结构原理。电转速传感器的结构原理。电转速传感器的结构原理。电转速传感器的结构原理。图图6-12 6-1
42、2 直射式光电转速传感器的结构原理直射式光电转速传感器的结构原理 从光源发出的光通过开孔盘和缝隙照射到光从光源发出的光通过开孔盘和缝隙照射到光从光源发出的光通过开孔盘和缝隙照射到光从光源发出的光通过开孔盘和缝隙照射到光敏元件上，使光敏元件感光。开孔盘装在转动轴敏元件上，使光敏元件感光。开孔盘装在转动轴敏元件上，使光敏元件感光。开孔盘装在转动轴敏元件上，使光敏元件感光。开孔盘装在转动轴上随转轴一起转动，盘上有一定数量的小孔。当上随转轴一起转动，盘上有一定数量的小孔。当上随转轴一起转动，盘上有一定数量的小孔。当上随转轴一起转动，盘上有一定数量的小孔。当开孔盘转动一周，光敏元件感光的次数与盘的开开孔
43、盘转动一周，光敏元件感光的次数与盘的开开孔盘转动一周，光敏元件感光的次数与盘的开开孔盘转动一周，光敏元件感光的次数与盘的开孔数相等，因此产生相应数量的电脉冲信号。但孔数相等，因此产生相应数量的电脉冲信号。但孔数相等，因此产生相应数量的电脉冲信号。但孔数相等，因此产生相应数量的电脉冲信号。但是因受到开孔盘尺寸的限制，开孔数不能太大，是因受到开孔盘尺寸的限制，开孔数不能太大，是因受到开孔盘尺寸的限制，开孔数不能太大，是因受到开孔盘尺寸的限制，开孔数不能太大，所以对传感器的结构进行改进，如图所以对传感器的结构进行改进，如图所以对传感器的结构进行改进，如图所以对传感器的结构进行改进，如图6-136-1
44、36-136-13所示。所示。所示。所示。6-13 6-13 传感器传感器 指示盘与旋转盘具有相同间距的缝隙，当旋转指示盘与旋转盘具有相同间距的缝隙，当旋转指示盘与旋转盘具有相同间距的缝隙，当旋转指示盘与旋转盘具有相同间距的缝隙，当旋转盘转动时，转过一条缝隙，光线就产生一次明暗变盘转动时，转过一条缝隙，光线就产生一次明暗变盘转动时，转过一条缝隙，光线就产生一次明暗变盘转动时，转过一条缝隙，光线就产生一次明暗变 化化化化,使光敏元件感光一次。用这种结构可以大大增使光敏元件感光一次。用这种结构可以大大增使光敏元件感光一次。用这种结构可以大大增使光敏元件感光一次。用这种结构可以大大增加转盘上的缝隙数
45、，因此每转的脉冲数相应增加。加转盘上的缝隙数，因此每转的脉冲数相应增加。加转盘上的缝隙数，因此每转的脉冲数相应增加。加转盘上的缝隙数，因此每转的脉冲数相应增加。将脉冲数通过测量电路处理，最终输出与转速对将脉冲数通过测量电路处理，最终输出与转速对将脉冲数通过测量电路处理，最终输出与转速对将脉冲数通过测量电路处理，最终输出与转速对应的电信号。与离心式转速表相比，光电式转速应的电信号。与离心式转速表相比，光电式转速应的电信号。与离心式转速表相比，光电式转速应的电信号。与离心式转速表相比，光电式转速传感器测量精度高，其输出信号可供计算机使用。传感器测量精度高，其输出信号可供计算机使用。传感器测量精度高
46、，其输出信号可供计算机使用。传感器测量精度高，其输出信号可供计算机使用。返回返回返回返回 6.5 6.5 振动检测振动检测 旋旋旋旋转转转转机机机机械械械械运运运运行行行行时时时时，必必必必须须须须监监监监视视视视转转转转轴轴轴轴的的的的振振振振幅幅幅幅、轴轴轴轴的的的的不不不不平平平平衡衡衡衡引引引引起起起起的的的的径径径径向向向向移移移移动动动动，这这这这些些些些都都都都与与与与振振振振动动动动有有有有关关关关。检检检检测测测测位位位位移移移移、速速速速度度度度的的的的原原原原理理理理都都都都可可可可用用用用于于于于检检检检测测测测振振振振动动动动。目目目目前前前前振振振振动动动动检检检检
47、测测测测仪仪仪仪表表表表有有有有机机机机械械械械式式式式、电电电电阻阻阻阻应应应应变变变变片片片片式式式式、压压压压电电电电式式式式、磁磁磁磁电电电电式式式式、电电电电容容容容式式式式、涡涡涡涡流流流流式式式式等等等等。其其其其中中中中涡涡涡涡流流流流式式式式测测测测振振振振方方方方法应用最普遍。法应用最普遍。法应用最普遍。法应用最普遍。在在在在测测测测振振振振动动动动时时时时经经经经常常常常在在在在轴轴轴轴的的的的径径径径向向向向按按按按水水水水平平平平和和和和垂垂垂垂直直直直位位位位置装有多个涡流检测探头组成一个测振系统，其置装有多个涡流检测探头组成一个测振系统，其置装有多个涡流检测探头组
48、成一个测振系统，其置装有多个涡流检测探头组成一个测振系统，其 结构如图结构如图结构如图结构如图6-146-146-146-14所示。检所示。检所示。检所示。检测各自部位、方向的位测各自部位、方向的位测各自部位、方向的位测各自部位、方向的位移量。将各个探头测得移量。将各个探头测得移量。将各个探头测得移量。将各个探头测得的信息综合处理后，就的信息综合处理后，就的信息综合处理后，就的信息综合处理后，就可得到所需的振动信息，可得到所需的振动信息，可得到所需的振动信息，可得到所需的振动信息，如振幅、振动方向、振如振幅、振动方向、振如振幅、振动方向、振如振幅、振动方向、振动频率等，从而判断出动频率等，从而
49、判断出动频率等，从而判断出动频率等，从而判断出旋转机械运行是否正常。旋转机械运行是否正常。旋转机械运行是否正常。旋转机械运行是否正常。图图6-14 6-14 测振系统示意图测振系统示意图 返回返回返回返回 6.6 6.6 电感式传感器的典型应用电感式传感器的典型应用 电感式传感器主要用于测量微位移，凡是能电感式传感器主要用于测量微位移，凡是能电感式传感器主要用于测量微位移，凡是能电感式传感器主要用于测量微位移，凡是能转换成位移量变化的参数，如压力、力、压差、转换成位移量变化的参数，如压力、力、压差、转换成位移量变化的参数，如压力、力、压差、转换成位移量变化的参数，如压力、力、压差、加速度、振动
50、、应变、流量、厚度、液位等都可加速度、振动、应变、流量、厚度、液位等都可加速度、振动、应变、流量、厚度、液位等都可加速度、振动、应变、流量、厚度、液位等都可以用电感式传感器来进行测量。以用电感式传感器来进行测量。以用电感式传感器来进行测量。以用电感式传感器来进行测量。6.6.1 6.6.1 位移测量位移测量 （1 1 1 1）induNCDT induNCDT induNCDT induNCDT系列位移传感器系列位移传感器系列位移传感器系列位移传感器 图图图图6-156-156-156-15是是是是induNCDTinduNCDTinduNCDTinduNCDT系系系系列列列列位位位位移移移移