振动变送器的研究与实现

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1、第一章绪论1.1变送器技术的概述在自动控制原理理论中，变送器定义为能够把传感器输出的信号转变为可被控制器识别的信号的转换器。应用在工业现场中，变送器定义为能输出标准信号的传感器。变送器的术语有时与传感器通用，这是因为现代多数传感器的输出信号已经是通用控制器可以接收的信号，此信号可以不经过变送器的转换直接为控制器所识别。所以传统意义上的变送器应定义为：把传感器的输出信号转换为可以被控制器或者测量仪表所接受的标准信号的仪器。在系统中信号的处理过程如图1所示。图1信号处理过程变送器种类很多，总体来说变送器就是根据传感器输

2、入的信号发出一种标准信号来给控制器或者二次仪表，使控制器运作或者二次仪表显示测量数据。根据变送器的用途不同，一般可分为：温度/湿度变送器，压力变送器，差压变送器，液位变送器，电流变送器，电量变送器，流量变送器以及振动变送器等等。1.2振动变送器技术的论述振动变送器主要用于检测旋转机械的绝对振动，如机壳振动、轴瓦振动、机械振动等等。监测由于转子的不平衡、不对中、机件松动、滚动轴承损坏等引起的振动变化。适用于汽轮机、水轮机、风机、压缩机、电机、齿轮箱等大型旋转机械，适用于不同类型的振动传感器。第23页共23页振动变送器

3、可输出加速度的峰值、速度的有效值、位移峰峰值，三线制输出4-20mA的电流信号，同时可输出振动的动态波形，特别合适恶劣环境的长期状态监测。1.3课题背景本论文所研究内容基于东安某型号燃气轮机发电机组（机组）。东安燃气轮机发电机组在服役期间，振动变送器的故障一直是较常出现的瑕疵之一，由于振动变送器的故障，往往会影响测振系统的可靠性，甚至导致整个机组的故障停机，无法正常起动。振动变送器这样小器件的故障，可能会威胁整个东安燃机的可靠性和信誉度，影响未来国内外市场的开拓。所以研究实现可靠的振动变送器对提升机组整体质量尤为重

4、要。其二，现阶段振动变送器成品价格相对较高，所以研究实现成熟、廉价的振动变送器也是本论文的初衷之一。机组中振动变送器如图2所示，该振动变送器从属于燃气轮机发电机组的控制系统，同燃机水平、垂直振子（即水平、垂直振动传感器）共同组成测振部件，为PLC提供标准的电压信号。从而完成对燃气轮机发电机组运行的振动情况进行实时监测。图2振动变送器燃机水平、垂直振动传感器属于飞机附件，分别水平和垂直的安装在燃机的燃烧室机匣上，如图3所示。第23页共23页图3水平振动传感器他们分别负责测量燃机水平和垂直的振动值[1]。振动传感器的内

5、部结构类似弹簧振子，是用一根轻弹簧一端固定，另一端连结一个质点。而振动传感器内部分布有磁感线，当质点感受到振动的时候就会往返的做简谐振动，振动的同时切割磁感线，根据麦克斯韦原理，在质点的两端就产生了感应电压。这样振动传感器就把输入的振动信号转换成电压信号输出。振动传感器感受到的振动越大，感应产生的交流电压幅值也就越大。振动传感器能准确测量振动的范围为0g-5g，对应输出的电压信号为252Hz，0-0.386V的交流电压信号，如图4所示。图4振动传感器的输出信号燃气轮机发电机组的主控器件为PLC。在采集振动值时，PL

6、C的第23页共23页模拟量输入模块对交流的电压信号是无法识别的。模拟量输入模块能够识别的模拟量信号为4-20mA的电流信号或者1-10V的电压信号。所以在振动传感器和模拟量输入模块之间就需要振动变送器把交流的电压信号转换成PLC能够识别的标准的直流电压信号。针对东安该型号燃气轮机发电机组测振部件的实际情况，要求振动变送器的输入为252Hz，0-0.386V的交流电压信号，输出为0-1.555V的直流电压信号。这也正是本论文的论题，研究并实现完成此功能的振动变送器。、第23页共23页第二章振动变送器总体设计概述2.1

7、电源方案由于燃气轮机发电机组能够提供的直流电压是24V，而模拟电路尤其是在信号处理时采用的运算放大器，需要使用12V的直流电。所以设计稳定、可靠的电源模块是完成振动变送器设计的前提条件。本论文采用迪龙公司的DLM10-24S12，它拥有抗震性设计，满足国军标的要求可做车载电源使用，并且它加强了电磁兼容设计，可在强电磁环境中工作。2.2信号处理方案根据振动变送器对信号处理的要求，本论文主要采用集成运算放大器，完成滤波、整流、放大等功能的电路设计。集成运算放大器是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。它的增益

8、高（可达60~180dB），输入电阻大（几十千欧至百万兆欧），输出电阻低（几十欧），共模抑制比高（60~170dB），失调与飘移小，而且还具有输入电压为零时输出电压亦为零的特点，适用于正，负两种极性信号的输入和输出[2]。为完成输入252Hz，0-0.386V交流电压信号，输出0-1.555V直流电压信号的功能。本论文基于集成运算放大器设计，通过低通滤波模块