《机械量检测及仪表》PPT课件

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1、第八章机械量检测及仪表机械量检测仪表是用来对尺寸、位移、力、重量、转矩、速度和振动等参数进行测量的仪表。检测机械量的传感器大多数是把这些参数变换成电量，再用电测仪表进行测量。火电厂的汽轮机组是一种高速旋转的大型设备，为了保障机组运行的经济性，其转动部分（如转子、叶片、主轴）与静止部分（如汽缸、喷嘴和隔板、汽封）之间的间隙都设计的很小。在机组启动、运行和停止过程中，动、静部分相对膨胀、收缩量较大。如果发生动静部分摩擦、碰击，就有可能产生汽轮机的轴封磨损、叶片断裂，甚至整机损坏的事故。此外，当汽轮机调速系统发生故障，以及主轴发生弯曲时，机

2、组将产生超速及过大的振动。为了保证机组的安全运行，汽轮机上应装设转速、轴向位移、热膨胀、振动及大轴弯曲等机械参数的测量仪表和装置。这些仪表通常可称为汽轮机保护仪表或机械参数测量仪表。第一节位移测量测量位移的传感器种类很多，工作原理各不相同。目前火电厂中测量位移常使用的传感器有电涡流式传感器和线性变化差动变压器式传感器。一、电涡流式传感器电涡流式传感器可分为高频反射式和低频透射式两类。下面主要介绍应用广泛的高频反射式电涡流传感器。1.组成电涡流传感器由探头、延伸电缆、前置器三部分组成，如上图所示。探头的外形如图所示。它的外形与普通螺栓十

3、分相似，头部有扁平的感应线圈，把它固定在不锈钢螺栓一端，感应线圈的引线从螺栓的另一端与高频电缆相连。(a)外形(b)结构示意1-头部线圈；2-固定螺帽；3-高频电缆电涡流传感器2、工作原理电涡流式传感器是在涡流效应的基础上建立起来的。根据基尔霍夫定律，由图可列出下列方程式对上述方程联立求解，可得进一步分析可知，线圈电感的改变程度与线圈的几何形状、尺寸、激磁电流强度i和频率f、金属导体材料的电阻率ρ和磁导率μ以及线圈与金属之间的距离d等多个因素有关。对于具体的传感器，线圈的形状与尺寸，i和f均是确定的，对确定的被测金属，ρ和μ也是定值，

4、因此线圈的电感L将只随线圈与金属导体间的距离d改变，两者间具有单值对应关系。3.测量电路调幅式测量方法调幅式测量原理示意谐振曲线波形图我国大型汽轮机上使用的公司的系列和美国公司的7200系列汽轮机监视保护装置中，都采用了电涡流传感器。对于系列的高频涡流位移传感器，当线性测量范围为时，灵敏度为,测量范围为时，灵敏度为；测量范围为时，灵敏度为。涡流传感器的特性曲线二、电感式位移测量装置电感式传感器种类很多，根据转换原理不同，可分为自感式和互感式两种；根据结构型式不同，可分为气隙型和螺管型两种。下图所示的位移测量装置采用了变气隙互感式原理，

5、从结构上可看成由电感式位移传感器和位移指示仪表组成。位移传感器结构示意1—被测物体的凸缘；2—电感位移发信器；3—调整装置；4—显示仪表；5—磁饱和稳压器线性变化差动变压器也采用了螺管型互感式原理，是美国7200系列中线性位移传感器，可用于测量汽轮机的热膨胀、相对热膨胀和轴向位移，也可用于汽阀调节的行程机构中。线性差动变压器线性差动变压器的输出由此可见，线性变化差动变压器的输出电动势之差正比于被位移量。其比例常数取决于原绕组端电压、电感、耦合系数、绕组匝数、气隙导磁率、磁通面积及绕组尺寸等。公式中负号表示感应电动势方向与原电压方向相反

6、。三、位移测量应用举例1.汽轮机轴向位移的测量为了监视汽轮机推力轴承的工作状况，一般在推力瓦上装有温度测点（回油温度计），再有，在转子凸缘处装上型铁芯或高频涡流位移检测装置，以测取运行中的实际轴向位移量。汽轮发电机正常运行时，轴向位移量为0.381～2.159mm；超过以上范围，且在0.254～2.268mm范围之内，则必须减负荷运行；最后若超出0.254～2.268mm范围，则应停机跳闸保护。2.机组热膨胀的测量测量缸胀或差胀的传感器可以用型铁芯传感器、高频涡流传感器或线性变化差动变压器。机组高、中、低压缸缸（差）胀示意1-推力轴承

7、-转子死点；2—差胀装置；3—内汽缸死点；4—外汽缸死点；5—支持轴承；6—缸胀装置；HP—高压汽缸；IP—中压汽缸；LP-1、2—低压汽缸1和低压汽缸2第二节振动测量振动是经常发生的一种物理现象。机械振动在很多情况下总是有害的，它使机器的零部件加快失效，破坏机器的正常工作，降低设备的使用寿命，甚至导致机器部件损坏而产生事故。在火电厂中，汽轮机由于转轴失稳、转子动平衡欠佳及转系中心不准，在运行中会产生不同程度的振动。振动过大，会加速轴封的磨损，转动部件的疲劳强度下降，调速系统不稳定，甚至引起重大事故。因此，在汽轮机启停和运行中，对轴承

8、和大轴的振动必须严格进行监视。用来表述振动状态的参数有：振动的位移、振动的速度、振动的加速度、振动的频率、振动的烈度和振动的频谱。若振动复合波形中最简谐振动为正弦波，则它们的关系如下：式中——振动角频率；——振动相位角；