振动.位移.转速

振动位移转速在旋转机械中的测量

一、 振动位移的测量原理

1、传感器原理

机器的振动、位移总是伴随着机器的运转，即使是机器在最佳的运动状态，由于很微小的缺陷，也将产生某些振动。在工作中我们常用的振动位移监测仪是由电涡流传感器、前置器、延伸电缆、监测仪转换器组成，其构成原理如图所示。

探头线圈接受前置器振荡电路来的高频电流，在其周围产生高频磁场，该磁场穿过靠近它的转轴金属表面，在其中产生一个电涡流，该电涡流产生的磁场方向和线圈磁场方向相反，改变了原线圈的感抗，该感抗的变化随探头顶部金属表面的间隙变化而变化。 前置器检测电路检测探头线圈的感抗变化。再经放大电路将感抗变化量变换放大成相应电压变化信号输出。经监测仪进行信号转换并显示, 转换成4~20mA,1~5V的标准信号送入

DCS 或PLC 中，在测量中，前置器放大输出的直流电压信号用做机械位移的测量，交流电压信号用做振动的测量。

2、机械量测量原理

由于机械物体振动量的大小可以用振动的基本参量——位移、速度、加速度来表述。对于简谐振动来说，用如下数学表达式来确定各参量之间的关系：

X=XmSin(ωt+φ)

式中 X ——位移，即物体振动时相对于基准位置的位置变化（其最大的位置变化称为振

幅，即式中的Xm ，单位为μm ）；

t ——时间；

ω——圆频率；

φ——初始相角，

根据上图的机械实际变化量，电涡流传感器能够真实地把它反映到输出电压变化上，并根据量值对振动进行指示。

如传感器特性为7.87V/mm, V 峰-峰=78.7mv则此时振动值应为10μm ，但在实际工作时我们用万用表测量的交流电压是有效值，必须进行换算，就有如下公式：

振动值=交流毫伏值*2.828/7.87（此式在处理故障时非常实用）对实际测量产生的振动量，转换前进行计算，确定量值，比对转换器输出。

机械位移主要是指轴的轴向移动量，根据电涡流传感器的工作原理，感抗的变化随探头与顶部金属表面的间隙变化而变化，正是利用这点，我们对轴位移量进行测量。前置器的直流信号电压输出随传感器的顶部与金属的间隙变化而变化，并成线性变化。

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 mm

传感器特性曲线

在出厂时，厂家要绘制一张传感器特性曲线，来说明传感器特性。如传感器特性为

7.87V/mm,也就是在一定区域内，间隙每变化1mm ，电压信号输出就有7.87V 的变化，在机械大修、年修时，要对所有传感器进行特性曲线比对。

机械转速主要是测转子的齿轮或孔眼，经过传感器产生脉冲或方波，并通过频率信号输出。在现场实际应用的传感器原理不同。一般有电涡流传感器、磁电式传感器、光电式传感器等，测速方式如图（讲解）

RPM X PPR 注：RPM 转速 转/分 PPR 每转几个脉冲

转速频率的计算 f= ——————

60 每分60秒

60 X f

转速的计算 RPM=——————

PPR

二 、振动位移转速的安装与调试

在工作中，同一个电涡流传感器即可以测量振动也可以测量位移只是机械中安装位置不同及所需处理的信号不同，振动测量主要是对前置器输出中交流电压信号进行转换。而振动测量主要是对前置器输出中直流电压信号进行转换。

1、位移传感器的安装：

位移探头安装前，连接好前置器、监视仪，并用螺旋千分尺对需安装的整个系统做特性曲线，看测量范围内是否符合线性特性，确认后，与机械人员共同确认轴的位置，一为将轴推向一侧，另一为将此自由状态定为基准点，安装传感器。调整传感器与轴的间隙，监视前置器输出，位移的基准位即零位，前置器输出应为-10V ，定准基准位后，紧固好传感器。连接延伸电缆，梳理线路，安装完毕。

2、振动传感器的安装：

转子（轴）

振动探头安装前，连接好前置器、监视仪，并用千分尺对需安装的整个系统做特性曲线，做好记录，确认后，安装传感器。调整传感器与轴的间隙，监视前置器输出，前置器输出应为-9V ～11V 左右，紧固好传感器。连接延伸电缆，梳理线路，安装完毕。

3、转速传感器的安装：

转子（轴）

振动探头安装前，连接好前置器、监视仪，并用千分尺对需安装的整个系统做特性曲线，做好记录，确认后，安装传感器。调整传感器与轴的间隙，监视前置器输出，前置器输出应为-9V ～-10V ，（也可用塞尺确定传感器位置1mm ）紧固好传感器。连接延伸电缆，梳理线路，安装完毕。

3、传感器的更换

振动传感器的安装故障处理更换部件时，应注意系统匹配，传感器、延伸电缆、前置器三者的匹配，就是说5米的前置器要配延伸电缆加传感器电缆长度等于5米的系统，前后一定要一致，比如说，5米的前置器，带1米引线的传感器就要配4米的延伸电缆，并一定要用千分尺做传感器的特性曲线实验并一一记录，观察是否符合传感器特性曲线要求。

4、振动、位移投运前的准备工作

A 、检查探头是否安装得牢固可靠，接头连接是否牢固可靠。

B 、检查延伸电缆及前置器对地绝缘是否良好。

C 、检查所有电源线、信号线是否接触良好。

D 、检查各前置器供电电压及间隙电电压符合要求。

附：传感器的校验

万用表

1）静态探头、前置器特性曲线校准

按图接线，旋转TK-3千分尺钢靶，改变探头和钢靶间的间隙，每给出一个间隙值就

在万用表上读出一个相应的直流电压值，以10V 为基准，根据探头特性，如7.87V/mm

则千分尺钢靶，每前进或后退1mm, 直流电压都应有7.87V 绝对值的变化，并一一做好

记录，最后在座标纸上作出“间隙-电压”特性曲线。与技术指标相对应。

前置器特性校准：

用电阻箱与前置内电阻串联，调整电阻箱阻值和TK-3千分尺钢靶，使特性曲线满定要

求，然后用相应阻值固定电阻代替。

2）动态探头、前置器测试

在TK-3振动测试仪安装好探头，调整间隙电压到-9V 左右，开动振动模拟装置，调到

所需测试的振动值，用万用表读出相应的交流毫伏值，根据探头测量原理，振动值=交流毫伏/7.87X2.828，给定值应与测试值相一致。

校准质量、标准技术性能指标

三、监测器的功能

1、 报警——(警告报警) 和(危险报警) 具有各自的第一报警电路。当框架中的监测器

具有第一报警功能选择时，若某通道的警告或危险报警为在框架中最先发生，则其相应的报警LED 会以(闪亮的方式) 显示。在操作人员确认后可按下系统监测器上的(RESET)使LED 复位。

2、报警继电器——监测器的报警可以用闭锁或不闭锁的方式工作。在不闭锁模式下，报警的

复位可在报警值不存在后自动地进行。在闭锁模式下，报警的复位必须由操作人员通过按下系统监测器前面板上的RESET 键或外部复位接点来手动完成。在报警发生的条件未消除前报警将不复位。

3、危险旁路——在操作人员对机器进行维修时，可以通过在监测器前面板后的线路板上的危

险旁路开关的设置而防止危险继电器的动作。这一功能使BYPASSLED 灯亮，而前面板上的其它功能不受影响。可以通过在线路板上插入相应的编程短接块实现这一功能。

4、通道旁路——若某通道一直处在非OK 状态，操作人员可通过设置在监测器线路板上的通

道(旁路开关) 使该通道从系统中(切除) 。

5、零位——当间隙的满量程范围用工程单位（mils 或plm ）表达时，零位是一个设置的参考

间隙值，它是表头上间隙刻度的中点，这样，操作人员可以相对于这个零位，读取间隙值。满量程范围用工程单位可增加间隙值显示的分辨率，因为在传感器OK 范围内只有一段选择的区域被显示。

6、缓冲输出——监测器前面板上同轴电缆接头和信号输入模块接线端子均为各通道提供相应

的(缓冲信号) 输出。这些接头可将外部设备与监测器相连接。

7、倍增报警——倍增报警功能可把所设置的报警点水平提高到原来的两部或三位，可增加2

倍频或3倍频的报警点设置，这一功能可由(电源输入) 模块端子上一个外部接点的闭合来实现。

8、记录仪输出——根据选择的监测器选项，可提供正比于振动信号测量值的记录仪输出，其

输出可以选择0到10Vdc,+1到+5 Vdc，或+4到+20mA