第9章 设备故障诊断技术ppt课件.ppt

第9章设备故障诊断技术,在设备评估中，掌握设备的劣化、故障状态及造成劣化的原因十分重要。要了解设备的状态，需以先进的设备故障诊断技术作为基本手段。 测取设备在运行中或相对静止条件下的状态信息，通过对信号的处理和分析，并结合设备的历史状况，定量识别设备及其零部件的技术状态，并预知有关异常、故障和预测未来技术状态，从而确定必要的对策的技术，即设备故障诊断技术。在机器设备的评估中，技术鉴定是确定机器设备成新率的重要手段。,第1节设备故障概述,一、故障及其分类 （一）故障的概念：故障就是设备因为某种原因丧失规定功能的现象。 1. 设备包括元件、零件、部件、产品或者系统； 2. 丧失规定功能，比破坏的含义要广泛得多。,（二）故障的分类,1. 按故障发生、发展的过程分类(1)突发性故障故障发生前没有明显的可察征兆，发生比较突然，有较大的破坏性。 (2)渐发性故障是由于设备中某些零件的技术指标不断恶化，最终超出允许的范围或允许的极限而引发的故障。其发生一般与磨损、腐蚀、疲劳等密切相关，特点是：故障一般发生在元器件有效寿命的后期；有规律，可以预防；发生概率与设备运转时间有关。,2.按故障的性质分类,分为自然故障和人为故障。 (1)自然故障：设备自身原因造成。又分正常自然故障和异常自然故障。正常自然故障 一般具有规律性，设备正常工作磨损、腐蚀引起的故障，会对设备的自然寿命产生影响。异常自然故障 因设计或制造不当造成设备中存在某些薄弱环节而引发的故障，带有偶然性，有时又具有突发性。,(2)人为故障：操作使用不当或意外原因造成。为避免这类故障发生，设计时应尽量采用避免人为故障的结构，将人、机作为一个系统加以考虑，以有效地诊断和控制故障。,第1节设备故障概述,可归结为三方面，环境因素、人为因素和时间因素。 （一）环境因素所谓环境因素，就是力、能量、温度、湿度、振动、污染物这些外界因素，使机件发生磨损、变形、裂纹、腐蚀等各种形式的损伤。表9-1表示了由于机械能、热能、化学能、其他能量等环境因素引起的故障。,二、引起故障的外因,第1节设备故障概述,表9-1 环境影响及引起的故障,注：其他能量包括核能、电磁能及生物因素等。,第1节设备故障概述,（二）人为因素,设备在设计、制造、使用和维修过程中，始终包含着人为因素的作用，特别是早期故障的发生大部分可以归因于人为因素。 1. 设计不良受条件的限制或存在考虑不周、设计差错等。 2. 质量偏差由于设备、仪器精度以及技术水平等条件的限制，铸造、锻造、热处理、焊接等工艺过程产生各种工艺缺陷，或其他加工过程中造成机件在结构和质量上的偏差。,第1节设备故障概述,3. 使用不当一台设备，在其整个生存周期内合理的运输和保管条件、使用条件和使用方法、维护保养和修理制度以及操作人员的技术水平等，对实际故障率将产生很大影响。这三项人为因素中，对故障率影响最大的人为因素是使用不当。,第1节设备故障概述,（三）时间因素环境因素、人为因素是促使设备发生故障的诱因，在考虑环境因素和人为因素时还需考虑时间因素。常见的磨损、腐蚀、疲劳、变形等故障都与时间有密切的关系。尽管机件中存在着故障隐患及形成故障的其他外因，如果没有时间的延续故障不一定发生。可见，时间也是形成故障的主要外因之一。 在设备的故障中，除了意外的突发性故障以外，大多数都属于渐发性故障，而且，也只有这类渐发性故障，才为故障诊断提供了可能。,第1节设备故障概述,三、描述故障的特征参量,分两大类，一是直接特征参量，二是间接特征参量。 (一) 直接特征参量1. 设备或部件的输出参数：设备输出与输入的关系以及输出变量之间的关系可反映设备的运行状态。2.设备零部件的损伤量：变形量、磨损量、裂纹以及腐蚀情况等都是判断设备技术状态的特征参量。,第1节设备故障概述,(二)间接特征参量(二次效应参数)主要是设备在运行过程中产生的振动、噪声、温度、电量等。设备或部件的输出参数和零部件的损伤量都是故障的直接特征参量，而二次效应参数是间接特征参量。 1. 使用间接特征参量进行故障诊断的优点：可以在设备运行的时候检测，而不需停止； 一般无需拆卸。2. 缺点：间接特征参量与故障之间的关系，不是简单的一一对应的关系。,第1节设备故障概述,一、设备故障诊断的实施过程测取设备在运行中或相对静止条件下的状态信息，通过对信号的处理和分析，并结合设备的历史状况，定量识别设备及其零部件的技术状态，并预知有关异常、故障和预测未来技术状态，从而确定必要的对策的技术，即设备故障诊断技术。诊断技术划分为三个阶段：状态监测，分析诊断，治理预防。,第2节 设备故障诊断技术 及其实施过程,第2节 设备故障诊断技术及其实施过程,（一） 状态监测通过传感器，采集设备在运行中的各种信息，把它转变为电信号或者其他信号，再把这个信号送到信号处理系统进行处理。信号处理系统主要就是把有用信号提取出来，而把无用信号、干扰信号排除。 （二） 分析诊断包括状态识别和诊断决策两个部分，状态识别就是把这些参数或者图谱和参考的参量或者参考的图谱进行比较，来识别设备是否存在故障，通过这样状态识别以后，就可以做出诊断结果，即分析诊断。,（三） 治理预防根据分析诊断得出的结论，确定治理修正预防的办法。包括调度、改变操作、更换停机检修等等。,第2节 设备故障诊断技术及其实施过程,二、状态监测与故障诊断的区别与联系状态监测是故障诊断的基础和前提，没有状态监测就谈不上故障诊断。而故障诊断是对监测结果的进一步分析和处理，诊断是目的。,第2节 设备故障诊断技术及其实施过程,三、设备故障诊断技术的分类,有三种分类方法： （一）按照诊断的目的、要求和条件分类分为功能诊断和运行诊断、定期诊断和连续监测、直接诊断和间接诊断、在线诊断和离线诊断、常规诊断和特殊诊断、简易诊断和精密诊断等等。 1. 功能诊断和运行诊断功能诊断主要是针对新安装的设备或刚刚维修过的设备，而运行诊断更多是起到状态监测的功能。,第2节 设备故障诊断技术及其实施过程,2. 定期诊断和连续监测3. 直接诊断和间接诊断直接诊断是直接根据关键零部件的状态信息来确定其所处的状态，例如轴承间隙、齿面磨损.直接诊断迅速可靠，但往往受到机械结构和工作条件的限制而无法实现。间接诊断是通过设备运行中的二次效应参数来间接判断关键零部件的状态变化。由于多数二次效应参数属于综合信息，因此在间接诊断中出现伪警或漏检的可能性会增加。,第2节 设备故障诊断技术及其实施过程,4. 在线诊断和离线诊断在线是指对现场正在运行设备的自动实时监测；而离线监测是利用磁带记录仪等将现场的状态信号记录后，带回实验室后再结合诊断对象的历史档案进行进一步的分析诊断或通过网络进行的诊断。,第2节 设备故障诊断技术及其实施过程,5. 常规诊断和特殊诊断常规诊断是在设备正常服役条件下进行的诊断，大多数诊断属于这一类型诊断。但在个别情况下，需要创造特殊的服役条件来采集信号，例如，动力机组的起动和停机过程要通过转子的扭振和弯曲振动的几个临界转速采集起动和停机过程中的振动信号，停车对诊断其故障是必须的，所要求的振动信号在常规诊断中是采集不到的，因而需要采用特殊诊断。,第2节 设备故障诊断技术及其实施过程,6. 简易诊断和精密诊断简易诊断一般由现场作业人员进行。凭着听、摸、看、闻来检查。也可通过便携式简单诊断仪器，如测振仪、声级计、工业内窥镜、红外测温仪等对设备进行人工监测，根据设定的标准或凭人的经验确定设备是否处于正常状态。精密诊断一般要由专业人员来实施。采用先进的传感器采集现场信号，然后采用精密诊断仪器和各种先进分析手段（包括计算机辅助方法、人工智能技术等）进行综合分析，确定故障类型、程度、部位和产生故障的原因，了解故障的发展趋势。,第2节 设备故障诊断技术及其实施过程,（二）按诊断的物理参数分类振动、声学、温度、污染、无损诊断、压力诊断等，都是按物理参数分类。,表9-2 按诊断的物理参数分类,第2节 设备故障诊断技术及其实施过程,（三）按照按诊断的直接对象分类各种不同的对象，诊断方法、诊断的技术、诊断的设备都有很大区别，按照机械零件、液压系统、旋转机械、往复机械、工程结构等来进行区分。,表9-3 按直接诊断对象分类,第2节 设备故障诊断技术及其实施过程,【多选题】,设备故障诊断通常分为状态监测、分析诊断和治理预防三个阶段，其中分析诊断包括状态识别和诊断决策。下列各项中，属于分析诊断阶段工作内容的包括 （ ）。A.获得诊断决策的可靠依据征兆B.将反映设备运行状态的征兆与故障状态参数进行比较，来识别设备是否存在故障C.找出故障产生的原因及发生的部位D.预测设备的性能和故障发展的趋势E.确定治理修正的办法,答案：BCD,第三节 设备故障诊断常用方法,一、振动测量法组成设备的零、部件以及用于安装设备的基础可认为是弹性系统。在一定条件下，弹性系统会在其平衡位置附近作往复直线、旋转运动。这种每隔一定时间的往复性微小运动称为机械振动。机械振动在不同程度上反映出设备所处的工作状态。利用振动测量及其对测量结果的分析来识别设备故障是一种常用且有效的故障诊断方法。,这节是本章的重点和核心。振动、噪声和温度的测量又是这节的重点。,（一）振动的分类按能否用确定的时间关系函数来描述，振动分为：确定性振动和随机振动。 1. 随机振动 不能用精确的数学关系式来描述，例如地震。 2. 确定性振动又分为周期振动和非周期振动，周期振动又进一步分为简谐周期振动和复杂周期振动。图9-2是振动分类的图。,第三节 设备故障诊断常用方法,确定性振动就是振动和时间的关系如果能用确定的函数来描述，如果振动和时间的关系如果不能用一个确定的数学函数来描述，那就是叫随机振动。如汽车在一条凹凸不平的道路上行驶，它的振动就是随机的。简谐周期振动，就是振动只含有一种频率。而复杂周期振动是这种振动中，含有多种频率的振动，其中任意两个振动频率之比都是有理数。有理数，就是说任意两个振动的周期，都有一个最小公倍数。比如第一个是3为周期，另一个是4为周期，那么最小公倍数就是12，因此每经过12，两个振动都又回到原来的起点。那就是有一个公共的周期，这就是复杂周期振动。,第三节 设备故障诊断常用方法,非周期振动，包括准周期振动和瞬态振动。准周期振动是包含多种频率的振动，其中至少两个的振动频率之比为无理数，除不尽，找不到公共周期。瞬态振动，是可用脉冲函数或衰减函数描述的振动。如爆炸产生的冲击振动就是瞬态振动。,第三节 设备故障诊断常用方法,（二）振动的基本参数振幅、频率和相位是振动的基本参数(振动三要素)。振动完全可以通过这三个参数加以描述。,第三节 设备故障诊断常用方法,式中： x(t)振动位移 t 时间 A 位移的最大值，即振幅 T 振动周期 f 振动频率 角频率 初始相位角,第三节 设备故障诊断常用方法,1.振幅：振动体(或质点)距离平衡位置的幅度。它是振动强度的标志，可用不同的方法表示，如峰值、有效值、平均值等。 2.频率f：每秒振动的次数，用HZ表示。 周期(T）：振动体每振动一次所需要的时间(s)。 振动频率与振动周期互为倒数。只要确定出振动所包含的主要频率成分及其幅值的大小，就可以找出振源。可见该量对查找产生振动的原因具有重要意义。 3.相位：表示振动部分相对与其他振动部分或固定部分所处的位置。也可理解为：振动波峰到达某一位置的时刻。,第三节 设备故障诊断常用方法,相同相位的振动可能引起合拍共振，产生严重后果。如果相位相反，则可能引起振动抵消，起到减振作用。因此，相位也是振动特征的重要信息，在查找发生异常的位置方面具有重要意义。振动位移对时间的一阶导数是速度、速度对时间的一阶导数是加速度。加速度对时间积分得速度、速度对时间积分得位移。,第三节 设备故障诊断常用方法,振动的运动规律除了可用位移的时间历程描述外，还可用速度和加速度的时间历程来描述。以简谐周期振动为例，如以v和a分别表示简谐周期振动的速度和加速度，那么：位移、速度、加速度三者，只要测得其中之一，即可通过微分、积分的关系求出另外的两个物理量。,第三节 设备故障诊断常用方法,（三）常用的测振传感器,振动测量有：机械方法、光学方法和电测方法。机械方法常用于振动频率低、振幅大、精度不高的场合。光学方法主要用于精密测量和测振传感器的标定。电测方法是应用范围最广的一种。 不管采用哪种测量方法都要采用相应的测振传感器。采用电测法测量振动，传感器的作用是感受被测振动参数，将其转换为电量。主要有三种测振传感器：压电式加速度计、磁电式速度传感器和电涡流位移传感器。,第三节 设备故障诊断常用方法,1. 压电式加速度计 （1）工作原理：有些晶体能够产生压电效应，压电效应就是说这种晶体在一定方向上受力，产生变形时候，内部就会产生极化现象，在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除以后，又恢复到不带电状态，这种现象称为“压电效应”。压电式加速度计是基于压电效应工作的。,第三节 设备故障诊断常用方法,（2）压电晶体输出的电荷与振动的加速度成正比。压电式加速度计常见的结构形式为中心压缩式，分为正置压缩型、倒置压缩型、环形剪切型、三角形剪切型等，不管是哪一种，都包括压紧弹簧、质量块、压电晶片和基座等基本部分。其中，压电晶片是加速度计的核心。,第三节 设备故障诊断常用方法,（3）压电式加速度计属于能量转换型传感器。电荷产生不需要外接电源，灵敏度高而且稳定，有比较理想的线性。突出的优点：因为没有移动元件，所以不会因为磨损而造成寿命降低的现象。此外，压电式加速度计使用的上限频率随其固定方式而变。最佳的固定方式是采用钢螺栓固定，只有这种固定方式能达到出厂标示的上限使用频率。,第三节 设备故障诊断常用方法,（4）小结： 第一，是利用压电效应工作的；第二，输出电荷和振动加速度成正比；第三，组成都包括了压紧弹簧、质量块、压电晶片和基座，其中压电晶片是加速度计的核心；第四，属于能量转换型，不需要外接电源；第五，内部没有移动元件，所以不容易发生磨损；第六，与上限频率和固定的方法有关。,第三节 设备故障诊断常用方法,2. 磁电式速度传感器属于能量转换型传感器。,惯性式磁电速度传感器也不需要外电源。,第三节 设备故障诊断常用方法,（1）原理：利用电磁感应原理，把振动速度转换为线圈中的感应电动势。测振时，将传感器固定或紧压在被测设备的指定位置，磁钢与壳体一起随被测系统的振动而振动，线圈和磁场之间产生相对运动，切割磁力线而产生感应电动势，从而输出与振动速度成正比的电压。它的工作也不需要外加电源，而是直接从被测对象吸取机械能量，并将其转换成电量输出。因此，它也是一种典型的能量转换型传感器。 （2）特点：输出功率大，性能比较稳定；不足就是传感器中存在着机械运动的部件，所以寿命比较短。,第三节 设备故障诊断常用方法,3. 电涡流位移传感器。属于能量控制型传感器。这种传感器不仅能测量一些旋转轴系的振动、轴向位移，还能测量转数。,涡流位移传感器属于非接触式测量，但需要外电源。,第三节 设备故障诊断常用方法,（1）原理：基于金属体在交变磁场中的电涡流效应工作，属于能量控制型传感器。测量时， 将传感器顶端与被测对象表面之间的距离变化转换成与之成正比的电信号。必须借助电源才能将振动位移转变为电信号，属于能量控制型传感器。（2）特点：涡流位移传感器属于非接触式测量。这种传感器具有线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、抗干扰能力强、不受油污等介质影响以及非接触测量等特点。电涡流位移传感器被广泛用来测量汽轮机、压缩机、电动机等旋转轴系的振动、轴向位移、转速等。,第三节 设备故障诊断常用方法,小结：三种传感器的主要特点对比： 1. 压电式加速度传感器和磁电式的速度传感器，都是能量转换型，而电涡流位移传感器，是能量控制型，需要外接电源，这是这三种振动传感器最大的不同。 2. 就是在磁电式速度传感器中有运动元件，所以寿命受到影响。 3. 电涡流位移传感器是非接触式测量，所以它可以适用于高温或者受污染的对象。,第三节 设备故障诊断常用方法,（四）异常振动分析方法,分析方法有三种：振动总值法，频谱分析法、振动脉冲测量法。 1. 振动总值法：通过传感器直接测量，以表格或图形表示趋向，并对照“异常振动判断基准”判别设备工作是否正常。振动值可用加速度、速度或位移来表示，通常都用振动速度这个参数。表9-4就是国际标准化组织ISO制定的一个异常振动判断基准。可以用振动总值法判别整机或者部件的异常振动，如果要进一步查出异常的原因和位置，就要对振动信号进行频谱分析。,第三节 设备故障诊断常用方法,2. 通过频谱分析诊断异常振动可以用振动总值法判别整机或者部件的异常振动，如果要进一步查出异常的原因和位置，就要对振动信号进行频谱分析。频谱分析就是将时域信号变换为频域信号(在时域信号中，横坐标是时间；而在频域信号中，横坐标是频率或圆频率。)，得到频谱图，从而获得信号的频率结构(组成信号的各个频率分量及振动能量在各频率分量上的分布)。,频谱分析通常由专用的频谱分析仪来完成，图9-7是一个数字式频谱分析仪方框图。具体过程：通常先采用测振仪，进行振动总值的检测，如果发现振动总值超出最大允许值，或者增长速度比较快，就要对它进行频谱分析。在频谱分析过程中，放大器的作用，是把输入信号放大到所需要的这种幅度。而滤波器，则是用于滤去高频成分，防止高频成分产生干扰。A/D转化就是把模拟量转换为数字量；因为后面的高速数据处理器只认数字量。高速数据处理器用来完成频谱分析，它可以是一台微型计算机，也可以是专用的硬件电子线路来完成。,频谱分析仪一般由前置放大器、抗混淆滤波器、A/D转换器、高速数据处理器及外围设备等组成。,具体的过程：通常先采用测振仪，进行振动总值的检测，如果发现振动总值超出最大允许值，或者增长速度比较快，就要对它进行频谱分析。在频谱分析过程中，放大器的作用，是把输入信号放大到所需幅度。而滤波器，则是用于滤去高频成分，防止高频成分产生干扰。A/D转化就是把模拟量转换为数字量；因为后面的高速数据处理器只认数字量。高速数据处理器用来完成频谱分析，它可以是一台微型计算机，也可以是专用的硬件电子线路来完成。,第三节 设备故障诊断常用方法,3. 振动脉冲测量法：专门用于进行滚动轴承的磨损和损伤的故障诊断。其原理是利用滚动轴承失效时由于滚道产生点蚀、剥落等缺陷使轴承内外环上出现凹痕，每当与滚珠接触时，都会发生一个冲击力，虽然这也增加了振动的有效值，但影响最大的是峰值。这种冲击脉冲波经设备本体传至压电式传感器，传感器输出的信号峰值，基本上只与脉冲波的幅值有关，对其他因素相对来说并不敏感，因此当测量系统对冲击效应进行放大时，不会受普通机器振动的影响。根据实际冲击水平与正常冲击水平之差(即冲击水平增加值)来判断轴承性能的好坏。,第三节 设备故障诊断常用方法,练 习,【单选题】压电加速度计在其使用中，可以采用不同的固定方式。只有（ ）方式的实际使用上限频率能达到出厂标示的上限使用频率。 A.钢螺栓固定B.永久磁铁固定C.粘结剂固定D.手持探针【多选题】下列测量装置中，能够用于振动测量的有（ ）。 A.涡流位移传感器 B.频谱分析仪C.压电传声器 D.声级计E.校准器,答案： A,答案： AB,二、噪声测量法,噪声：不规则的机械振动在空气中引起的振动波。设备噪声能不同程度的反映出用设备所处的工作状态。利用噪声测量及其分析来识别设备故障是故障诊断的一种常用方法。 （一）噪声测量的主要参数进行噪声测量时，常用声压级、声强级和声功率级来表示噪声的强弱；用频率或频谱表示噪声的成分。也可用主观的感觉，例如响度进行测量。,第三节 设备故障诊断常用方法,1. 声压、声强、声功率 (1)声压：声波传播时，空气质点随之振动所产生的压力波动而引起的压强增量。没有声波存在时，媒质的压力称静压力，用Po表示。压强增量，即声压P，单位是Pa。仪器检测的声压为有效声压，是声压的均方根值。,第三节 设备故障诊断常用方法,(2)声强：单位时间内，通过垂直于传播方向上单位面积的声波能量声强（W/）。 (3)声功率：声源在单位时间内辐射出来的总声能声功率（W）。,第三节 设备故障诊断常用方法,2. 分贝与声级引起听觉的可听声频率在2020000Hz之间，但在此范围内的某一声波可以有不同的声压或声强。当频率为1000Hz时，正常人耳开始能听到的声压为210-5 Pa，称为听阈声压；频率为1000Hz，声压为20Pa时，能使人耳开始产生痛感，称为痛阈声压。可见从听阈到痛阈，声压的绝对值数量级之比为110 6 ，即相差一百万倍。而从听阈到痛阈，声强的绝对值数量级绝对值之比为11012 ，即相差亿万倍。,第三节 设备故障诊断常用方法,所以，用声压的绝对值表示声音的强弱以及用声强的绝对值表示能量的大小很不方便。而且人耳听觉响应并不与强度成正比，而是更接近于与强度的对数成正比。所以在声学中采用 “级”来度量声压和声强，称为声压级、声强级，还有声功率级。就像用级表示风的大小，地震的强弱。,第三节 设备故障诊断常用方法,(1)声压级(dB)：声压与基准声压之比的以10为底的对数的20倍，级是最常用的噪声测量参数。式中：Lp 声压级； P 声压(Pa)； Po 基准声压， 基准声压Po的声压级：,第三节 设备故障诊断常用方法,听阈声压级： 频率为1000Hz时，对应人耳所能听到的起始声压，称为听阈声压；其声压级为0。 痛阈声压级： 频率为1000Hz，声压为20Pa时，能使人耳开始产生痛感，称为痛阈声压。其声压级为：,第三节 设备故障诊断常用方法,（2）声强级（dB）：声强与基准声强之比的以10为底的对数的10倍。 式中：LI 声强级； I 实测声强； Io 基准声强。基准声强：最低可听到的1000Hz纯音声强，,第三节 设备故障诊断常用方法,(3)声功率级（dB）：声功率与基准声功率之比的以10为底的对数的10倍。 式中：Wo 基准功率 基准功率：声功率不能直接测量，根据测量的声压级换算得到。,第三节 设备故障诊断常用方法,3.噪声的主观量度：响度、响度级、等响曲线人们在实践中发现，人耳感觉到的声音的强弱不仅与声压有关，而且还与声音的频率有关。例如，频率为1000Hz而声压级为40dB的声音，听起来与频率为30Hz而声压级为75dB的声音一样“响”！人耳朵对声音的感觉，不仅和声压级有关，还和频率有关。当频率发生变化的时候，听阈和痛阈的声压级也是不同的。要确定噪声的响度，选用频率为1000Hz的纯音作为基准音，纯音就是只有一种频率的声音，调节1000Hz纯音的声压级，使它和所要确定的噪声听起来有同样的响度，具有同样的响度，则该噪声的响度级就等于这个纯音的声压级（dB）值，单位为方（Phon）。,第三节 设备故障诊断常用方法,在各个频率下对人的听力进行试验，得出的曲线即为等响曲线，图9-8 。,对等响曲线需要掌握以下几点： (1)纵坐标是声压级，横坐标是频率。 (2)同一曲线上的各点，虽代表着不同频率和声压级，但其响度相同，所以每条曲线都叫做等响曲线。在同一条曲线上，各点尽管频率声压级不等，但响度相等。 (3)将各个频率下刚刚能够听到的相同响度的声压级相连而得到的曲线，即为听阈曲线，其响度规定为0方，所以听阈曲线也称为零方响度线。 (4)同样道理，将不同频率时，痛阈的声压级和频率关系曲线称为痛阈曲线，也叫做为120方响度。 (5)在听阈和痛阈之间，共有13个响度级，其响度分别为 0、10、20、30 110、120。 (6)每条等响曲线所代表的响度级的大小，由该曲线在1000Hz时的声压级确定。,第三节 设备故障诊断常用方法,（二）噪声测量仪器,1. 传声器(1)噪声测量中，最常使用的仪器是传声器和声级计。(2)传声器：作用是将声能转换成电能，所有传感器都是把测量的参数转变成为电的参量或者其他适于分析处理的物理量，把声能转化为电能。(3)传声器的分类方法有两种：根据膜片感受声压情况的不同，根据膜片振动转换成电能方式的不同。,第三节 设备故障诊断常用方法,根据膜片感受声压情况的不同，传声器可以分为压强式、压差式以及压强压差组合式，在噪声测量中通常运用的是压强式传声器。根据膜片振动转换成电能方式的不同，传声器分为三类，电容式，压电式和动圈式。其中电容式优点比较多，所以在精密分析仪器和标准声级计中，一般采用电容式，压电式性能差一些，用在普通声压计中，动圈式现在已经不用了。,第三节 设备故障诊断常用方法,(4)电容式和压电式传声器的简单的结构电容传声器基本结构就是一个电容器。图9-9是一个电容传声器结构原理图。电容传声器属于能量控制型，需要外接电源。最突出的优点：灵敏度高，性能强，在很大的温度范围和很大的湿度范围下，性能变化小，而且性能稳定，不受温度湿度影响，外形尺寸比较小，所以用在精密的声级计里。,第三节 设备故障诊断常用方法,第三节 设备故障诊断常用方法,压电传声器,原理： 由具有压电效应的晶体来完成声电转换，属于能量转换型传感器。 特点： 结构简单成本低，输出阻抗低，电容量大，灵敏度较高等优点。 最大缺点：受温度、湿度影响较大。主要用在普通声级计里。,2. 声级计,声级计是噪声测量中使用最为广泛、最简便的仪器。它不仅用来测量声级，还能与各种辅助仪器配合进行频谱分析、记录噪声的时间特性和测量振动等。（1）分类：声级计按用途分为：一般声级计、脉冲声级计、积分声级计和噪声暴露计(噪声剂量计)等。声级计按精度分为：0型声级计，精度最高。1型声级计，是一般用途的精密声级计。2型声级计，一般用途声级计。3型声级计，普及型声级计。声级计按其体积分为台式声级计、便携式声级计和袖珍式声级计。,第三节 设备故障诊断常用方法,（2）声级计工作的原理：被测的声压信号通过传声器转换成电压信号，该电压信号经衰减器、放大器以及相应的计权网络(或外接滤波器)，或输入外接的记录仪器，或者经过均方根值检波器直接推动以及分贝标定的指示表头。,第三节 设备故障诊断常用方法,计权网络是基于等响曲线设计出的滤波线路，分 A、B、C、D四种。对应四种计权网络测得的声压级分别称A声级(LA)、B声级(LB)、C声级(LC)和D声级(LD)，分别记为dB(A)、dB(B）、dB(C)和dB(D)。A、B、C三个计权网络的区别是对低频噪声衰减程度不同，A衰减得最为突出，C对低频噪声衰减程度最弱。这样对同一个噪声，通过ABC三个计权网络，如果输出以后，A的噪声强度很小,而C很大，这就说明在噪声中低频的部分比较大，所以在A那里就给过滤掉，这样一来，就可以区别，到底噪声主要分布在低频部分还是高频部分。,第三节 设备故障诊断常用方法,A计权网络相当于一个低频滤波，就是把低频部分去掉，留下了高频噪声；除此以外，A计权网络对低频噪声衰减最强，对高频噪声反应也很敏感，这正和人耳朵的感觉是一致的，人耳也是对高频噪声反应比较敏感，所以在对于人耳朵有害的这种噪声的测量都采用A声级，B,C计权网络近年已逐渐少用，D计权网络是专门为测量飞机噪声而设计的。声级计测量的已不再是客观物理量上的声压级。,第三节 设备故障诊断常用方法,3. 声级计的校准按照规定，每次测量开始和结束的时候都要进行校准，两次差值不应大于一分贝。校准方法有很多种，其中最常用的、最简便的，是活塞发生器校准法。,（三）故障的噪声识别方法,噪声超过一定的范围，超过了正常的范围，才能判断可能是故障。所以根据噪声信号的特征量，制定一定限值作为有无故障的标准，对于噪声信号的变异和程度进行判断有三种标准，即绝对标准、相对标准和类比标准。在绝对标准中，利用测量的噪声信号的特征量值与标准特征量值进行比较；标准特征量值可能是行业规定的，也可能是国家规定的。在相对标准中，利用测取的噪声信号的特征量值与正常运行时的特征量值进行比较；在类比标准中，利用同类设备在相同工况条件下的噪声信号的特征量值进行比较。,第三节 设备故障诊断常用方法,小结：噪声的测量，包括噪声的主观量度和客观量度参数，常用的噪声测量仪器，包括传声器和声级计，传声器主要有电容式的和压电式的，声级计主要是它的计权网络。,第三节 设备故障诊断常用方法,2. 声级计：声级计可用来测量声级，进行频谱分析，记录噪声的时间特性和测量振动。,第三节 设备故障诊断常用方法,声级计由传声器、衰减(放大)器、计权网络、均方根值检波器、指示表头等组成。它的工作原理是：被测量的声压信号通过传声器转换成电压信号，经过衰减器和放大器以及计权网络等，最后由分贝表显示。计权声级声级计利用不同线路对不同频率声音实行不同程度的衰减，从而能够近似地表达人们对声音的感受和反映。声级计中常常采用A、B、C三个计权网络。其中，C计权网络仿效100方等响度曲线，让所有频率的可听声音程度相同地通过，所以它代表总声级。B计权网络仿效70方等响度曲线，它使低频段的声音在通过时有一定程度的衰减。A计权网络仿效40方等响度曲线，它使声音的低频段有更大的衰减。,噪声测量中，若计权网络A、B、C分别测得的声级值为：LC=LB=LA时：表明该噪声的声能主要集中在高频段；LC=LBLA时：表明该噪声的声能主要集中在中频段；LCLBLA时：表明该噪声的声能主要集中在低频段。声级计有普通声级计、精密声级计和脉冲声级计 3. 声级计的校准使用声级计时，每次测量开始和结束都应该校准，两次差值不应大于1dB。常用的校准方法有活塞发生器校准法、扬声器校准法、互易校准法、静电激励校准法、置换法等。,（三）故障的噪声识别方法,可根据噪声信号的特征量制定一个限值作为有无故障的标准。要识别故障的性质、发生的部位以及严重程度，还需要提取噪声信号作频谱分析。对噪声判断有绝对标准、相对标准和类比标准。三种方法分别对应于将测量所得到的噪声信号的特征量值和标准特征量值、正常运行的特征量值或同类设备相同工况时的特征量值进行比较。,三、温度测量法,设备中零部件工作位置的不正确或过载运行，轴承在磨损状态下运转或润滑不良等都会产生异常热，电气系统中工作机件的摩擦、磨损，绝缘层破坏，负载过大，电阻值变化，电缆接头老化、松动、接触不良等都会使系统内各薄弱环节产生异常温度。当机件的温度超过温升限值时，将会引起热变形、热膨胀、烧蚀、烧伤、裂纹、渗漏、结胶等热故障。许多受损伤的机件，其温度升高总是先于故障的出现。通常，当机件温度超过其额定工作温度且发生急剧变化时，将预示着故障的存在和恶化。 因此，监测机件的工作温度，根据测定值是否超过温升限值就可判断其所处的技术状态。,第三节 设备故障诊断常用方法,通过温度测量可以找出机件的缺陷并能诊断出各种由热应力引起的故障。不仅如此，温度测量法还可以弥补射线、超声、涡流等无损探测法的不足，用来探测机件内部的各种故障隐患。研究和应用实例表明，温度测量法是目前故障诊断中的一项十分实用而有效的诊断方法。,第三节 设备故障诊断常用方法,图9-13 温度计的分类图,（一）测温仪表,分为接触式和非接触式两类。采用接触式测温仪测温时，需使测温元件接触被测对象，两者进行充分的热交换而达到同一温度。采用非接触式温度计测温时，无须使测温元件直接接触被测对象，热量通过被测对象的热辐射或对流传到测温元件上，达到测温的目的。,第三节 设备故障诊断常用方法,1.热电偶(1)特点：热电偶与后续仪表配套可直接测量出01800范围内液体、气体内部及固体表面的温度。测量范围非常宽，对象可以是气体、液体温度，也可以是固体表面的温度。(2) 原理：热电偶是基于热电效应进行工作的。热电偶由两根不同材料的导体 A，B焊接而成。焊合的一端T为工作端(热端)、用以插入被测介质中测温，连接导线的另一端T0为自由端(冷端)若两端所处温度不同，则所产生的热电动势由仪表指示。热电偶的热电动势与热电偶的材料、两端温度T、T0 有关，与热电极长度、直径无关。在冷端温度T0不变，热电偶材料已定的情况下，其热电动势只是被测温度的函数。,第三节 设备故障诊断常用方法,热电偶由两根不同材料的导体焊接组成。若两端温度不同，则产生感应电动势，热电偶的热电动势与热电偶材料、两端温度T、T0有关，与热电极长度、直径无关。在冷端温度T0不变，热电偶材料已定的情况下，其热电动势只是被测温度的函数。,第三节 设备故障诊断常用方法,(3)分类：常用热电偶分为标准化和非标准化两类。标准化热电偶 制造工艺比较成熟、性能优良且稳定，具有互换性。非标准化热电偶 多用在一些特殊场合，它们的一些特别良好的性能是标准化热电偶所不及的。比如，钨铼系热电偶长期使用的最高温度达2800，短时间使用可达3000；镍铬金铁热电偶在4K温度下也能保持大于10V/的热电势率，是一种理想的低温热电偶。热电势率与灵敏度有关，热电势率大，灵敏度就高。,第三节 设备故障诊断常用方法,实际使用的热电偶通常分为普通热电偶、铠装热电偶和薄膜热电偶等。普通热电偶的结构外形有多种形式，但其基本结构均由保护套管、热电极、绝缘套管和接线盒等主要部分组成。热电偶的结构图，其中1是一个保护套管。,第三节 设备故障诊断常用方法,铠装热电偶是由热电极、绝缘材料和金属保护套管等组合成一体，外表好像覆盖了一层铠装的特殊结构热电电偶，可以做得很细，很长，能够弯曲。薄膜热电偶是由两种金属薄膜，真空蒸镀、化学涂层或电泳等方法连接在一起的一种特殊结构的热电偶。,第三节 设备故障诊断常用方法,2.热电阻温度计,（1）原理：热电阻温度计利用材料的电阻率随温度变化而变化的特性，与电桥相配合，将温度按一定函数关系转换为电量。 （2）分类：按敏感材料的不同，有金属热电阻温度计和半导体热电阻温度计两种。常用的金属热电阻有铂热电阻、铜热电阻、镍热电阻等。其结构有普通型热电阻和铠装热电阻。工业用普通型热电阻的外型结构与普通型热电偶的外形结构基本相同。热电阻体由引出线、热电阻丝、骨架、保护云母片和绑带组成。铠装热电阻的主要特点是体积小（直径仅为18mm），响应速度快，耐振抗冲击，感温元件、连接导线及保护套管全封闭并连成一体，使用寿命长。,第三节 设备故障诊断常用方法,半导体热电阻材料是将各种氧化物(如锰、镍、铜和铁的氧化物)按一定比例混合压制而成。半导体热电阻的温度测量范围在100300之间。主要特点是电阻温度系数大(比金属热电阻高10100倍)，电阻率高，感温元件可做得很小，可根据需要做成片状、棒状和珠状(珠状外型尺寸可小到3mm)，可测空隙、腔体、内孔等处的温度。但其性能不够稳定，互换性差，使其应用受到一定限制。,第三节 设备故障诊断常用方法,3. 红外测温仪器(1)原理：核心是红外探测器，它能把红外辐射能转变为电能。红外测温仪器是利用红外辐射原理，采用非接触方式，对被测物体表面进行观测，并能记录其温度变化的设备。(2)分类：按对辐射响应方式的不同，将红外探测器分为光电探测器和热敏探测器两大类。,光电、热敏探测器性能比较,第三节 设备故障诊断常用方法,(3)常用的红外测温仪器：红外测温仪、红外热像仪红外测温仪：是红外测温仪器中最简单的一种。品种多、用途广泛、价格低廉，用于测量物体 “点”的温度。红外热像仪。能把被测物体发出的红外辐射转换成可见图像，称为热像图或温度图。这种测温方法简便、直观、精确、有效，且不受测温对象的限制，在温度测量中得到较广泛的应用，并有着宽广的应用前景。,第三节 设备故障诊断常用方法,表9-6 常用红外测温仪,现有的热成像系统主要分两类：一类是光机扫描成像系统，称为红外热像仪；另一类是热释电红外摄像管成像系统，称为红外热电视。被测对象的红外辐射经光学系统汇聚、滤波、聚焦到红外探测器上，再由光学机械扫描系统将对象观测面上各点的红外辐射通量按时间顺序排列，经过红外探测器转变为电脉冲，通过视频信号处理送到显示器显示出热像。,第三节 设备故障诊断常用方法,实际使用的热电偶分普通热电偶、铠装热电偶和薄膜热电偶等。普通热电偶的结构外形有多种形式，基本结构均由保护套管、热电极、绝缘套管和接线盒等主要部分组成。,2. 非接触式测温装置（1）辐射高温计（2）光学高温计（3）比色高温计（4）红外测温仪器红外测温仪器由红外探测器、红外光学系统、信号处理系统以及显示系统等组成。红外测温仪器的核心是红外探测器，它能将入射的红外辐射转变为电能或其它能量。按照辐射响应方式的