機械工程師應懂的儀控知識
機械工程師應懂的儀控知識
若想成為一名優秀的故障診斷專家，無論做故障診斷還是日常檢修中，不僅要有足夠的機械方麵的知識，更要有電儀與工藝流程方麵知識，這樣乐鱼官网看問題才能更全麵，同時也能更好的和各專業的同事做相關的問題探討，形成一個強有力的團隊。
1．什麽是轉子零點？如何安裝位移探頭？
根據API標準，規定轉子推力軸承中間位置為機械零點，一般采用打表推到中間位置，或者推向其中一邊再加上推力軸承間隙的一半對應的電壓亦可。例如通過推拉得知某轉子的軸向間隙為0.34mm, 若采用直徑為8mm的渦流式位移（1mm=7.87v），若轉子不方便推向中心位置，如何設置零點？
乐鱼官网同樣可以考慮將轉子推向一側，例如遠離探頭側（係統中一般規定遠離探頭為正，靠近為負，也有相反規定的，需要注意查看），那麽此時對應的電應為-10+（-0.34/2*7.87）=-11.34V,此時DCS顯示的值為0.17mm。
根據電渦流傳感器特性曲線，取決於所選探頭直徑的不同，一般頻響適用範圍0-10KHz(不利於高頻信號的采集),用於測量的振動傳感器最大量程不能大於2.5mm，在0.3~2.8mm(間隙電壓2~16V)範圍內線性度最好，故安裝時一般靜態調整到10V左右；
渦流式探頭使用直流電源為24V，為了避免正電壓的幹擾，常常采用正極做地，進而顯示電壓為負值。故而渦流式傳感器使用電壓範圍-24V~0V；
間隙電壓絕對值越大，距離越大；
對於測量回路，會輸出4-20mA模擬量到BN3500數據卡轉換為數字量。
圖1 測量計算 圖2，測量回路簡圖
2．渦流式傳感器如何工作的？有何用途？測量軸向位移與軸振動，鍵相，速度的探頭一樣嗎？
圖3，4 渦流式傳感器及前置器
圖5 渦流式傳感器信號值 圖6 渦流式傳感器性能曲線
傳感器探頭裏有小型線圈，由控製器控製產生震蕩電磁場，當接近被測物體時（軸），被測體表麵會產生感應電流，而產生反向的電磁場，這時電渦流傳感器根據反向電磁場的強度來判斷與被測物體之間的距離，這種現象稱為電渦流效應。。
該感應信號包含靜態信號（直流部分DC）與動態信號（交流部分AC）,選用不同的轉換器，乐鱼官网就可以得到位移值（DC）,振動（AC）,轉速（間向電壓突變次數計算），鍵相等信息。
圖7 Tk3 探頭矯正儀 圖8 渦流式探頭適用場合
為了避免交叉感應，兩個傳感器安裝時不能靠的太近，一般建議至少大於40mm；
振動探頭可以每年進行一次校正，使用脈衝發生器TK3工具。既能確認靜態數據（電壓與間隙線性度），又能確認動態數據（振動測量精度）；
探頭的前置器一般提供探頭需要的電源，對信號進行放大、檢波和濾波等。前置器檢測電路檢測探頭線圈的感抗變化。再經放大電路將感抗變化量變換放大成相應電壓變化信號輸出。經數據采集儀進行轉換，根據測量的要求將其輸出電壓的直流部分用做位移量的檢測，交流部分用做振動值的檢測；
測振與測位移的探頭直徑不一樣，在乐鱼官网工廠中振動常常選用直徑為8mm的探頭（測量範圍2mm），位移常選用直徑為11mm的探頭(測量範圍4mm),二者延伸電纜長度也不一樣，前置器型號不一樣（適用範圍不一樣），一般測位移探頭不建議轉化為測振探頭使用；
振動信號真偽判斷：-根據間隙電壓判斷，振動與電壓是否一致；支架是否存在共振；殼振與軸振是否變化趨勢一致。
3. 振動測量的回路都包含什麽？
包含渦流式傳感器，延伸電纜，接線箱（前置器），轉換/過濾轉換數據采集卡，顯示屏以及數據分析軟件/平台。
圖9&10 振動安裝及測量回路
測量回路的電纜長度不可隨意改變，避免較小彎曲半徑。
4. 常用的振動探頭種類與適用場合？
實際生產運營中，乐鱼官网常采用位移探頭，速度探頭和加速度探頭來得到位移，速度及加速度三種振動信號，不同的探頭適用於不同的工作對象，比較如下：-
圖11&12 常見加速度探頭及內部構造
圖13 加速度，速度，位移探頭頻響適用範圍
注意：-加速度探頭有溫度使用範圍要去，一般用在-50~120C工作環境中，溫度太高會出現滑雪坡信號甚至損壞探頭。
5. 安裝軸承溫度探頭注意事項？
圖14&15 溫度探頭安裝圖示
a.為了監測到軸承運行中最容易損壞的點，也就是溫度最高的區域/油膜壓力最高的區域，必須將軸承溫度探頭插入到主受力區域，對於可傾瓦，要插入到主受力瓦的油出口側—75% 弧線位置處，探頭位置距離巴氏合金。
b.對於載荷作用於瓦塊上的軸承，應考慮安裝雙支三線溫度探頭或在主受力瓦塊兩端安裝兩個單支三線探頭；對於載荷作用於兩瓦塊之間的軸承，軸承溫度應在兩瓦塊上各裝一個，一用一備。
c.溫度探頭若不能很好的固定，將會鬆動或被磨損，導致測不出準確的溫度。常用的固定溫度探頭的方式有兩種：-
使用彈性卡子將探頭固定在軸承上，若沒有卡子使用電工膠布或木簽作為臨時措施；
使用密布的電線卡子將溫度線固定下來，一定的預緊力使探頭不易滑出來。
圖16 溫度探頭固定卡
6. 常用的溫度探頭種類？潛在的問題是什麽？
Thermocoupleand RTD(Resistance temperature detector) 有三根引線的是RTD, 有兩根引線的也可能是RTD（兩根藍色線合並在了一起），隻有兩極的是熱電偶。
圖17 熱電偶及其連接方式
圖18 熱電阻及其連接方式及鎧裝（常見的是單支三線）
常用的溫度探頭有兩種，一種是熱電阻，一種是熱電偶：-
熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器，利用熱電阻材料在不同溫度下阻值不同的原理，常用的是鉑熱電阻PT100(在0攝氏度的溫度下該熱電阻阻值為100歐，隨溫度升高，阻值增大，測量範圍-200~420度，分辨率小於1度)；一般有兩種通訊方式，一種是直接輸入電阻信號，另一種是在現場通過溫度轉換器，熱電阻輸出信號將為4-20mA輸出電流。
熱電偶測量溫度的基本原理是熱電效應，將兩種不同的導體焊接在一起，靠測量正負極的電勢差；常適用於溫度較高的工作環境中，K形常用於-40~1200degC；B形用於0~1800度。熱電偶取源部件的安裝位置，宜遠離強磁場，使用熱電偶、熱電阻測溫時，應防止幹擾信號的引入。表麵溫度計的感溫麵應與被測表麵緊密接觸，固定牢固。熱電偶都是4-20mA信號。
圖19&20 兩種常見溫度變送器
圖21 溫度傳感器常見輸出回路
常見的故障及排除方法如下：-
7. 什麽是調速閥的PID？
圖24&25 閥門調節控製回路
如何快速，精確，穩定的控製轉速是乐鱼官网設備穩定，工藝穩定運行至關重要，
PID是Proportion(比例), Integral（積分）, Derivative（導數）的英文字母縮寫，
P值：P值太大，可以使響應速度變快，但可能出現過衝，流量波動，控製不穩，閥門劇烈抖動等現象。P值太低則響應緩慢，控製不穩。
D值：D值太大，可以降低過衝的幅度，但可能使響應速度變慢，閥門劇烈抖動。D值太低則容易過衝，控製不穩。P和D同時很大，會使閥門劇烈抖動。
I值：在PD2I模式中，一般D值較小，I值較大，以P值和I值主導控製。I值太低則調節周期長，調節緩慢。I值太大則調節周期短，調節速度快，但可能使閥門劇烈抖動。
閥門PID如何調整？Tn為積分時間（複位時間），Kp是比例增益。一般D不參與控製，僅僅控製PI即可。
8. 振動出現毛刺會是什麽原因？
若振動出現小於1秒的振動毛刺，可能的原因有信號幹擾，靜電幹擾，軸表麵劃痕，軸剩磁影響等，也就是說隻要能影響測量回路感應電流變化的因素都會導致振動毛刺。
其中信號幹擾的來源很多，像來自外部（電力電纜，強磁裝置，電話，對講機，焊機等），靜電幹擾是由於內部產生的靜電得不到及時導出而產生的局部放電，危害性很大，往往會導致靜電腐蝕。
在安裝檢修的過程中，一定要注意保護振動測量部位，確保沒有被損傷，一般要求，對於振動測量的被測表麵粗糙度要求在0.4~0.8um之間，對於位移測量被測表麵粗糙度要求在0.4~1.6um (某壓縮機推力盤跳動偏差0.03mm，運行時沒發現大的偏差)。軸經過加工或大的檢修後，一定要測量軸電跳動，確保轉子剩磁小於5高斯。
轉子軸頸的晃度，或稱為軸的徑向偏差，是機械偏差（時域譜中振動出現周期性波動）和電氣偏差（頻域中出現2X,4X,6X）的總和。在API標準中規定晃度不能超過允許振動位移的25%或6.4um，二者取大，轉子晃度可以在低速平台上通過渦流式傳感器檢測振動測出。
信號幹擾：-振動小於1s波動，往往單通道偶然性發生，發生頻率較低，不會導致實體損傷；頻譜中會出現滑雪坡信號特征；
靜電腐蝕：-振動小於1s波動，往往多通道頻繁發生，會造成實體損傷，軸心軌跡會出現隨機，不定方向的毛刺。
靜電也會產生信號幹擾，因為靜電放電過程是電位、電流隨機瞬時變化的電磁輻射過程。無論是放電能量較小的電暈放電，還是放電能量較大的火花放電，都會產生電磁輻射。
9. 案例分享
案例1. 一個運行的離心式二氧化碳壓縮機，高壓缸推力軸承溫度與徑向軸承溫度在1.5個小時內溫度分別有95升到142度，93度升到145度。在此期間壓縮機振動，油溫油壓，工藝參數，軸向位移等均無變化，現場緊急檢查溫度測量回路並更換了溫度變換器，溫度恢複正常。
圖26 紅色與粉色線為軸承溫度
案例2. 某工廠整體離心式壓縮機，三級振動出現周期性振動波動，頻譜中出現滑雪坡信號特征。初步判斷為信號幹擾，並且發現振動波動發生頻率與油溫有一定關係，推測油溫改變了油膜厚度，油溫升高油粘度降低，油膜厚度變小，進而創造了靜電釋放的條件，靜電釋放產生電磁幹擾。（備注該案例還需進一步跟蹤查看）。
圖27 藍色與綠色線為壓縮機三級振動
備注：信號幹擾，靜電幹擾比較難於區分，很多時候乐鱼官网先確認是不是機械方麵原因導致的振動波動，進而采取必要的檢查，測量與避免手段。