劉陸燕 袁雪松
摘 要:振動(dòng)變送器測(cè)試需求隨著其應(yīng)用的增加而不斷增多,為了解決振動(dòng)變送器針對(duì)性測(cè)試方法缺乏的問題,開展對(duì)其測(cè)試方法的研究。給出常用振動(dòng)變送器的安裝方式,重點(diǎn)介紹其測(cè)試方法及數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果。按照文中給出的方法,通過測(cè)試多個(gè)廠家不同型號(hào)的振動(dòng)變送器得到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),并分析給出振動(dòng)變送器的誤差判別方法,該方法能較好地滿足振動(dòng)變送器測(cè)試需求。
關(guān)鍵詞:振動(dòng)變送器;測(cè)試方法;數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì);安裝方式;誤差分析;信號(hào)調(diào)理
中圖分類號(hào):TP212文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):2095-1302(2020)02-00-02
0 引 言
在生產(chǎn)過程的自動(dòng)檢測(cè)和控制中,隨著計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)(DCS)的普及和工藝自動(dòng)化程度的提高,振動(dòng)變送器的應(yīng)用越來越廣泛。智能振動(dòng)變送器在動(dòng)力機(jī)械運(yùn)行狀況的在線檢測(cè)、振動(dòng)對(duì)象的振動(dòng)特性研究或振動(dòng)模式判定等方面都有著非常廣泛的應(yīng)用前景[1]。
在工業(yè)生產(chǎn)過程中,測(cè)量和控制始終貫穿于試驗(yàn)、開發(fā)和生產(chǎn)的全過程。各種參數(shù)的測(cè)量結(jié)果是判斷生產(chǎn)是否正常、質(zhì)量是否可靠的科學(xué)依據(jù)[2]。但振動(dòng)變送器目前還沒有專門的測(cè)量依據(jù),因此開展對(duì)振動(dòng)變送器測(cè)量方法的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。
1 振動(dòng)變送器
GB/T7665—2005傳感器通用術(shù)語中對(duì)傳感器、變送器、振動(dòng)傳感器都做了相應(yīng)的定義。其中傳感器[3]是能感受被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置,通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換單元組成。當(dāng)輸出為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí),則稱為變送器。振動(dòng)傳感器是能感受機(jī)械運(yùn)動(dòng)振動(dòng)參量(機(jī)械振動(dòng)速度、頻率、加速度等)并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。因此,振動(dòng)變送器是一種將機(jī)械運(yùn)動(dòng)振動(dòng)參量(機(jī)械振動(dòng)速度、頻率、加速度等)轉(zhuǎn)換成規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)的器件或裝置。
振動(dòng)變送器通常由兩部分組成:振動(dòng)傳感器和信號(hào)調(diào)理單元。振動(dòng)傳感器主要是由振動(dòng)敏感單元組成;信號(hào)調(diào)理單元主要由測(cè)量單元、信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換單元組成,有些振動(dòng)變送器具備顯示單元。振動(dòng)變送器原理框圖如圖1所示。
2 測(cè)試方法
對(duì)振動(dòng)變送器的測(cè)試項(xiàng)目主要包括頻率響應(yīng)、幅值非線性度、安全性能(絕緣電阻、絕緣強(qiáng)度),并且應(yīng)該約定測(cè)試環(huán)境條件、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)裝置精度、安裝方式等。由于在工業(yè)過程控制應(yīng)用中,最常見的振動(dòng)變送器為壓電式、磁電式和電渦流式,本節(jié)重點(diǎn)介紹這三種振動(dòng)變送器的安裝方式及關(guān)鍵參數(shù)測(cè)量誤差判定。
2.1 安裝
安裝方式的好壞直接影響測(cè)量結(jié)果的精度,壓電式、磁電式的振動(dòng)變送器因?yàn)閭鞲衅骱妥兯推鞣庋b在一起,可以采用螺釘加油脂[4]的方式與標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)背靠背地安裝在振動(dòng)臺(tái)面中心。電渦流式的振動(dòng)變送器動(dòng)態(tài)測(cè)量安裝相對(duì)復(fù)雜,主要步驟為:
(1)選擇與被測(cè)工況相同的金屬感應(yīng)盤,并確保兩者材料(45鋼、鈦合金等)相同,確保感應(yīng)盤的直徑大于
3.5倍變送器探頭直徑,厚度大于0.2 mm,并安裝到振動(dòng)臺(tái)面中心[5];
(2)選擇合適的夾具固定變送器探頭,使之保持與感應(yīng)盤相垂直,通過監(jiān)測(cè)前置器輸出電壓,調(diào)節(jié)變送器探頭與感應(yīng)盤之間的間隙,找到線段中點(diǎn);
(3)安裝應(yīng)確保傳感器線圈周圍,除被測(cè)感應(yīng)盤外應(yīng)盡可能避開其他導(dǎo)體,否則將降低靈敏度和縮小線性范圍。
變送器安裝完成后,線纜應(yīng)盡可能固定,以減小振動(dòng)、彎曲等原因所造成的分布電容的變化。
2.2 關(guān)鍵參數(shù)測(cè)量誤差判定
2.2.1 誤差測(cè)量方法
安裝完成后,采用符合JJG 298—2015[6]技術(shù)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái),參考JJG 676—2000、JJG 134—2003、JJG 233—2008[7-9]采用比較法對(duì)振動(dòng)變送器進(jìn)行測(cè)量。
(1)頻率響應(yīng)誤差
在振動(dòng)變送器工作頻率范圍內(nèi),均勻地或按倍頻程選取至少7個(gè)頻率值(其中包含參考點(diǎn),推薦80 Hz或40 Hz),由振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置給出適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)幅值,分別測(cè)量各頻率點(diǎn)的輸出值。振動(dòng)變送器頻率按式(1)計(jì)算其測(cè)量誤差。
式中:Ai為振動(dòng)變送器各測(cè)量點(diǎn)實(shí)際輸出值,單位為mA或V;Ar為振動(dòng)變送器在參考點(diǎn)實(shí)際輸出值,單位為mA或V。
(2)幅值非線性度
以振動(dòng)變送器工作頻率范圍內(nèi)的某一頻率點(diǎn)(推薦80 Hz或40 Hz),在其測(cè)量范圍內(nèi)均勻選取包括上限值、下限值在內(nèi)不少于6個(gè)測(cè)量點(diǎn)。選取某一頻率點(diǎn),在該頻率不變的情況下,由振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置給出適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)幅值,分別測(cè)量振動(dòng)變送器在不同幅值下的輸出值,振動(dòng)變送器幅值非線性度按式(2)計(jì)算其測(cè)量誤差。
式中:Ai為振動(dòng)變送器各測(cè)量點(diǎn)實(shí)際輸出值,單位為mA或V;Aj為振動(dòng)變送器各測(cè)量點(diǎn)理論輸出值,單位為mA或V。
2.2.2 結(jié)果驗(yàn)證
取一只揚(yáng)州巨豐科技生產(chǎn)的型號(hào)為JF-SD-20振動(dòng)變送器,測(cè)量范圍為0~20 mm/s,對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)4~20 mA。采用無錫市計(jì)量測(cè)試院振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置按上述方法進(jìn)行測(cè)量計(jì)算,得到結(jié)果見表1、表2。
通過上述測(cè)試數(shù)據(jù),結(jié)合振動(dòng)速度變送器靈敏度測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定[10]中給出的擴(kuò)展不確定度Urel=2.3% (k=2)以及振動(dòng)測(cè)量的特殊性,可以得到此振動(dòng)變送器符合±5%測(cè)量誤差要求。參考JJG 676—2000《工作測(cè)振儀檢定規(guī)程》中對(duì)計(jì)量性能的要求,認(rèn)為振動(dòng)變送器的最大允許誤差按傳感器工作原理劃分,應(yīng)符合表3規(guī)定。
3 結(jié) 語
本文提出一種振動(dòng)變送器的測(cè)量方法,給出常用振動(dòng)變送器的安裝方式,重點(diǎn)介紹其測(cè)試方法及數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果。按照文中給出的方法,通過測(cè)試多個(gè)廠家不同型號(hào)的振動(dòng)變送器得到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),并分析給出振動(dòng)變送器的誤差判別方法。通過測(cè)試數(shù)據(jù)驗(yàn)證該方法可行,對(duì)振動(dòng)變送器的測(cè)量具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。
參 考 文 獻(xiàn)
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