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第三節 設備故障診斷常用方法(上)

這節是本章的重點和核心。振動、噪聲和溫度的測量又是這節的重點。

一、振動測量法

(一)振動的分類

根據能否用確定的時間關系函數來描述，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學關系式來描述，例如地震。

2、確定性振動又分為周期振動和非周期振動，周期振動又進一步分為簡諧周期振動和復雜周期振動。

(二)振動的基本參數

振幅、頻率和相位是振動的基本參數。振動可以通過這三個參數加以描述。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，就可以通過微分、積分電路得到其他兩個參數。

(三)常用的測振傳感器

振動測量有機械方法、光學方法和電測方法，其中，電測方法應用最廣泛。采用電測法測量振動，傳感器的作用是感受被測振動參數，將其轉換為電量。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：有些晶體能夠產生壓電效應，壓電效應就是說這種晶體在一定方向上受力，產生變形時候，內部就會產生極化現象，在它的兩個表面上產生符號相反的電荷;當外力去除以后，又恢復到不帶電狀態，這種現象稱為“壓電效應”。壓電式加速度計是基于壓電效應工作的。

(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換型傳感器。電荷產生不需要外接電源，靈敏度高而且穩定，有比較理想的線性。

突出的優點：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到出廠標示的上限使用頻率。

2.磁電式速度傳感器(重點)

(1)原理：利用電磁感應原理，把振動速度轉換為線圈中的感應電動勢。

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，并將其轉換成電量輸出。因此，它也是一種典型的能量轉換型傳感器。

(2)特點：輸出功率大，性能比較穩定;

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變為電信號，屬于能量控制型傳感器。

(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、電動機等旋轉軸系的振動、軸向位移、轉速等。

二、噪聲測量法

(一)噪聲測量的主要參數

進行噪聲測量時，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換成電能。

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

①根據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根據膜片振動轉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。其中電容式優點比較多，所以在精密分析儀器和標準聲級計中，一般采用電容式;壓電式性能差一些，用在普通聲壓計中;動圈式現在已經不用了。

(4)電容式和壓電式傳聲器的簡單的結構。

①電容傳聲器基本結構就是一個電容器。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，這是它最突出的優點，性能穩定，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：

由具有壓電效應的晶體來完成聲電轉換，屬于能量轉換型傳感器。

ⅱ特點：

壓電傳聲器具有結構簡單、成本低、輸出阻抗低、電容量大(可達1 000pF)、靈敏度較高等優點。

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換成電壓信號，該電壓信號經衰減器、放大器以及相應的計權網絡(或外接濾波器)，或輸入外接的記錄儀器，或者經過均方根值檢波器直接推動以分貝標定的指示表頭。

②計權網絡是基于等響曲線設計出的濾波線路，分為A、B、C、D四種。A計權網絡相當于一個低頻濾波，就是把低頻部分去掉，留下了高頻噪聲，除此以外，A計權網絡對低頻噪聲衰減最強，對高頻噪聲反應也很敏感，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計權網絡近年已逐漸少用，D計權網絡是專門為測量飛機噪聲而設計的。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。

按照規定，每次測量開始和結束的時候都要進行校準，兩次差值不應大于一分貝。

校準方法有很多種，其中最常用的、最簡便的，是活塞發生器校準法。

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（責任編輯：中大編輯）

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