第十章位置及振動檢測儀表第一頁，共39頁。章節(jié)內(nèi)容10.1位置檢測概述10.2LVDT接觸式位移傳感器10.3LVDT接觸式角位移傳感器10.4磁阻式傳感器10.5渦流式傳感器10.6控制棒棒位測量10.7振動檢測概述10.8汽機(jī)振動檢測10.9主泵振動檢測第二頁，共39頁。10.1位置檢測概述相關(guān)概念位置檢測，實(shí)際上是指位移檢測，它可看作是線位移和角位移檢測的統(tǒng)稱。位移是向量，表示測量物體上某一點(diǎn)在一定方向上的位置變動。通常應(yīng)使測量方向應(yīng)與位移方向重合，否則測量結(jié)果僅是該位移量在測量方向上的分量。位移檢測時，應(yīng)根據(jù)不同的被檢測對象，選擇恰當(dāng)?shù)臋z測點(diǎn)、檢測方向和檢測系統(tǒng)。位置檢測儀表的組成：位移傳感器測試電路終端顯示裝置第三頁，共39頁。位置檢測儀表的種類電位器式位移檢測儀表電容式位移檢測儀表電感式位移檢測儀表變磁阻式位移檢測儀表差動變壓器移檢測儀表應(yīng)變式位移檢測儀表光導(dǎo)式位移檢測儀表振弦式位移檢測儀表數(shù)字式位移檢測儀表電位式位移檢測儀表渦流式位移檢測儀表第四頁，共39頁。10.2LVDT接觸式位移傳感器LVDT——LinearVariableDifferentialTransformer（線性可變差分變壓器）orLinearVoltageDisplacementTransducer（線性電壓位移傳感器）第五頁，共39頁。10.2.1LVDT接觸式位移傳感器工作原理第六頁，共39頁。10.2.2主要特性I—線性線性較好。磁芯最佳位移由給定的線性度確定，進(jìn)而獲得最佳直線，進(jìn)行測量。

非線性百分?jǐn)?shù)：直線與響應(yīng)曲線之間的偏差與最大磁芯位移（滿量程）間的比率。位移較小時，最佳直線難以保證精確度，一般利用數(shù)學(xué)的方法。數(shù)學(xué)處理軟件（采用最小二乘法）第七頁，共39頁。10.2.2主要特性II—帶寬、分辨率、傳遞函數(shù)調(diào)制解調(diào)后，需加入濾波器，以獲得與位移成比例的直流電。小的剩余交流分量較寬的帶寬傳遞函數(shù)由于帶寬不能反映相位的變化傳遞函數(shù)（輸出的直流信號與磁芯的位置的關(guān)系）利用傳遞函數(shù)的曲線族就可以確定濾波器的特性。分辨率理論上無限大。實(shí)際上受到電子支持設(shè)備的響應(yīng)的限制。最小可探測位移受到剩余振蕩幅度的限制。當(dāng)初級線圈的頻率一定時，帶寬越小分辨率越高。第八頁，共39頁。10.3LVDT接觸式角位移傳感器LA90系列角位移傳感器LA270系列角位移傳感器第九頁，共39頁。10.4磁阻式傳感器一般由永久磁鐵及纏繞其上的線圈組成。線圈和磁鐵不動。運(yùn)動物體（導(dǎo)磁材料）改變磁路的磁阻，通過測量與磁阻相關(guān)的物理量，進(jìn)而測量物體的運(yùn)動。使用簡便，結(jié)構(gòu)簡單。位移、轉(zhuǎn)速、偏心量、振動等。三種形式：電感式傳感器變壓器型傳感器電渦流式傳感器第十頁，共39頁。10.4.1電感式傳感器傳感器有一個帶鐵芯的線圈組成，當(dāng)機(jī)械量變化引起線圈回路磁阻的變化，從而導(dǎo)致線圈電感發(fā)生變化。線圈的電感：線圈的磁通量：線圈匝數(shù)一定，介質(zhì)導(dǎo)磁系數(shù)一定，磁路的幾何尺寸變化也會引起電感變化。變間隙型，變面積型，螺管插鐵型。第十一頁，共39頁。氣隙式電感傳感器的工作原理磁路的總磁阻線圈的電感第十二頁，共39頁。差動氣隙式電感傳感器銜鐵處于兩磁鐵中間：z1=z2,z3=z4,Usc=0銜鐵偏離中間位置：z1,z2其中一個變大，一個變小，Usc≠0第十三頁，共39頁。10.4.2變壓器型傳感器基于變壓器工作原理：有兩個或多個帶鐵芯的電感線圈組成，初次級線圈之間的耦合隨銜鐵或線圈之間的相對位移而改變，將位移轉(zhuǎn)變?yōu)閭鞲衅鞯幕ジ凶兓?。?dāng)具有一定頻率的電壓激勵初級線圈時，次級線圈的輸出電壓隨互感的變化而變化，從而將被測位移轉(zhuǎn)換為電壓輸出。第十四頁，共39頁。銜鐵在中間位置，S1，S2互感相等，銜鐵向S1移動，S1互感大于S2的互感，銜鐵向S2移動，S2互感大于S1的互感，第十五頁，共39頁。10.5渦流式傳感器電渦流式傳感器：利用電渦流效應(yīng)的傳感器。特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量物體表面為金屬導(dǎo)體的，多種物理量，如位移、振動、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度等，也可以進(jìn)行無損探傷。結(jié)構(gòu)簡單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測量線性范圍大、抗干擾能力強(qiáng)、體積較小等。第十六頁，共39頁。10.5.1電渦流式傳感器的原理原理：利用電渦流效應(yīng)，將非電量轉(zhuǎn)換為阻抗的變化（或者電感的變化，品質(zhì)因素的變化），進(jìn)而進(jìn)行非電量的測量。傳感器的線圈的阻抗、電感和品質(zhì)因素與以下因素有關(guān)：導(dǎo)體的幾何形狀、導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率線圈的幾何參數(shù)、電流頻率、線圈到被測導(dǎo)體間的距離。使用時需考慮被測看導(dǎo)體的物理性能、幾何形狀和尺寸。種類變間隙電渦流式位移傳感器變面積型電渦流式位移傳感器螺管型電渦流式位移傳感器第十七頁，共39頁。變間隙電渦流式位移傳感器的原理原理：傳感器線圈與導(dǎo)體平面之間的間隙的變化而引起渦流效應(yīng)的變化，從而導(dǎo)致線圈電感、阻抗和品質(zhì)因素的變化。為使傳感器小型化，可在線圈內(nèi)加入磁芯：可在相同電感條件下，減少線圈匝數(shù)，提高品質(zhì)因素?？筛惺茌^弱的磁場的變化，提高μ值的變化，增大測量范圍。第十八頁，共39頁。10.5.2電渦流式傳感器的應(yīng)用金屬部件的動態(tài)位移量程0-15μm（分辨率為0.05μm）量程0-500mm（分辨率為0.1mm）在滿足量程的要求的前提下，從以下幾方面可以提高傳感器的靈敏度：線圈在滿足量程要求的前提下，應(yīng)盡可能小。線圈越薄靈敏度越高。盡可能選用電阻系數(shù)小得導(dǎo)線，以減少線圈電阻，進(jìn)而提高線圈的品質(zhì)因素。注意被測導(dǎo)體材料的性質(zhì)對靈敏度的影響。線圈框架要求損耗小，介電性能好，膨脹系數(shù)小。被測導(dǎo)體的被測平面比線圈平面面積約大，靈敏度越高，測量結(jié)果越穩(wěn)定。傳感器線圈應(yīng)避開其他導(dǎo)體。第十九頁，共39頁。10.6控制棒棒位測量目的：探測停堆棒、調(diào)節(jié)棒和短棒在堆芯中的位置，給出控制棒的“棒到底”和“棒到頂”信號，控制棒之間的失步信號以及為控制和保護(hù)系統(tǒng)提供必要的連鎖信號。組成及功能探測器：發(fā)出控制棒位置的訊息。操作與信號變換裝置：用來選擇組、子組或單束棒的位置指示，并交換和處理由探測器送來的信號。報警與指示器：在控制棒到頂、到底或失步越限時發(fā)出報警信號，并指示正常情況下的控制棒位置。第二十頁，共39頁。10.6.1探測器差動變壓器傳感器（數(shù)字棒位測量指示系統(tǒng)）初級線圈加以交流電壓，當(dāng)控制棒在壓力殼內(nèi)移動時，次級線圈感應(yīng)出反映控制棒位置的脈沖信號，再將脈沖信號送給信號變換裝置進(jìn)行處理。信號傳遞與處理均為數(shù)字化，精度高、受溫度影響小。非線性變壓器傳感器（模擬棒位測量指示系統(tǒng)）輸出為交流信號第二十一頁，共39頁。10.6.2操作與信號變換裝置數(shù)字棒位測量指示系統(tǒng)的信號變換裝置將探測器產(chǎn)生的差動信號送到變換裝置中的變碼器，將差動信號轉(zhuǎn)換為與棒位對應(yīng)的循環(huán)碼，再將該循環(huán)碼送至數(shù)字顯示裝置。模擬棒位測量指示系統(tǒng)的信號變換裝置模擬量通道：由探測器得到的交流信號，被送至交流/模擬轉(zhuǎn)換裝置，得到大小正比于棒位的直流信號，并將其送給記錄儀、“棒到底”、“棒到頂”裝置和失步報警器。數(shù)字通道：利用控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)提升線圈的動作電流，通過輔助繼電器控制數(shù)字量通道中的可逆計(jì)數(shù)器，該可逆計(jì)數(shù)器記憶的二進(jìn)制數(shù)碼就反映了控制棒的位置。第二十二頁，共39頁。10.6.3大亞灣核電站反應(yīng)堆控制棒棒位測量系統(tǒng)傳動桿上部在測量線圈內(nèi)移動。一次線圈通過交流電，在整個測量高度均勻繞制。二次線圈31只，每8步一只，每步15.875毫米。傳動桿由導(dǎo)磁材料制成，端部以下的二次線圈產(chǎn)生電壓信號。二次線圈“隔一正反”，結(jié)果產(chǎn)生5位格蘭碼（GRAY碼）。棒位測量電路將其轉(zhuǎn)換，以驅(qū)動30只指示燈。大亞灣核電站的53束控制棒的53行棒位指示燈位于控制盤T16-T17上方的傾斜板上。第二十三頁，共39頁。第二十四頁，共39頁。第二十五頁，共39頁。10.7.1振動測量的內(nèi)容振動基本參數(shù)的測量測量振動物體上某點(diǎn)的位移、速度、加速度、頻率和相位。結(jié)構(gòu)或部件的動態(tài)特性的測量以某種激振力作用在被測件上，使它產(chǎn)生受迫振動，測量輸入（激振力）和輸出（被測件振動響應(yīng)），從而確定被測件的固有頻率、阻尼、剛度和振型等動態(tài)參數(shù)。第二十六頁，共39頁。10.7.2振動測量的分類根據(jù)振動信號的轉(zhuǎn)換方式可分為電測法、機(jī)械法和光學(xué)法。第二十七頁，共39頁。拾振環(huán)節(jié)：將被測的振動參量（如位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，供后接儀器計(jì)量、分析和記錄。放大環(huán)節(jié)：將轉(zhuǎn)換后的電信號放大，供計(jì)量或者觀察。前置放大器（加速度）將加速度傳感器的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗，以便和后接儀器的輸入阻抗相匹配。將拾得的弱信號加以放大。將測量振動量中的位移、速度和加速度中的兩個參量進(jìn)行微分和積分。測量分析環(huán)節(jié)：利用線性放大器或者頻率分析儀進(jìn)行測量結(jié)果的分析。10.7.3振動測量的基本環(huán)節(jié)第二十八頁，共39頁。顯示記錄環(huán)節(jié)：將測量信號加以顯示和記錄下來。數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)：將測量所得的復(fù)雜信號，作進(jìn)一步的分析、處理和變換。第二十九頁，共39頁。10.7.4測振傳感器測振傳感器（拾振器）：把被測物體的振動參量變換成電信號的一種敏感元件。根據(jù)工作原理分類：無源式（參量式）：將振動參量轉(zhuǎn)變成電學(xué)參量（如電阻、電容、電感等）的變化。有源式：振動的參量直接變成電信號。按照安裝方式：接觸式、非接觸式第三十頁，共39頁。（1）電磁式測振傳感器原理：利用電磁感應(yīng)原理測振。分類：變氣隙式（銜鐵式）、動圈式（線圈在磁隙中運(yùn)動）、動鐵式（磁鐵在線圈中運(yùn)動）鋁架；5-芯杠第三十一頁，共39頁。（2）壓電式測振傳感器壓電式測振傳感器：利用壓電晶體的壓電效應(yīng)將振動參數(shù)（加速度）轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴５谌?，?9頁。（3）渦流式測振傳感器原理：利用電渦流感應(yīng)原理將被測物體的振動位移轉(zhuǎn)換為電信號。線圈中磁通量電感輸出電壓E0第三十三頁，共39頁。10.8汽機(jī)振動測量電磁式傳感器積分電路放大、整流、過濾記錄儀與位移速度成正比的交流電與位移成線性關(guān)系的交流電直流電電磁式相對位移傳感器電磁式絕對位移傳感器磁鐵第三十四頁，共39頁。10.9主泵振動測量（大亞灣）反應(yīng)堆冷卻劑泵振動和軸位移測量通道2個振動測量通道，其設(shè)備包括：2個軸承絕對振動傳感器2個振動放大器2個報警器2個軸位測量通道，其設(shè)備包括：