電容式管/桿狀物體振動(dòng)在線測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域，特別設(shè)及一種新型電容式管(桿)狀物體振動(dòng)在線測(cè)量 裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電容法測(cè)量振動(dòng)是近年來振動(dòng)分析領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，其原理是利用振動(dòng)引起的被 測(cè)物體金屬表層與測(cè)量電極層之間間距變化，轉(zhuǎn)化為電容電壓變化，通過測(cè)量電壓值得到 振動(dòng)位移值，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、溫度穩(wěn)定性好、測(cè)量范圍大、精度高等優(yōu)點(diǎn)。但在管(桿)狀物 體振動(dòng)測(cè)量中，由于管(桿)金屬表面存在彎曲，圓柱面上傳統(tǒng)的電容傳感器難W固定，平面 電極與待測(cè)金屬弧面不匹配，在某一個(gè)或幾個(gè)振動(dòng)方向傳感器讀數(shù)不準(zhǔn)，導(dǎo)致測(cè)量精度不 局，抗擾動(dòng)能力差。
[0003] 空調(diào)外機(jī)工作狀況對(duì)分立式空調(diào)整機(jī)運(yùn)行具有極其重要的影響，振動(dòng)和噪聲是評(píng) 價(jià)分立式空調(diào)外機(jī)質(zhì)量的重要性能指標(biāo)。研究和實(shí)驗(yàn)表明，空調(diào)外機(jī)振動(dòng)的主要來源是壓 縮機(jī)，由于壓縮機(jī)直接通過進(jìn)氣管和排氣管與蒸發(fā)器和冷凝器相連，因此壓縮機(jī)引起的振 動(dòng)影響最為顯著。如果機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，壓縮機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)引起交變應(yīng)力，對(duì)管路系統(tǒng)產(chǎn) 生極大損傷，縮短管路使用壽命，若空調(diào)外機(jī)固有頻率與壓縮機(jī)振動(dòng)頻率相近，管路系統(tǒng)可 能產(chǎn)生強(qiáng)烈共振，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成管路斷裂(見文獻(xiàn)[1]楊元濤.空調(diào)壓縮機(jī)管路系統(tǒng)振動(dòng)分 析及其軟件開發(fā)[D].華中科技大學(xué)，2011)，該情況在定頻和變頻空調(diào)中均有體現(xiàn)。因此，空 調(diào)壓縮機(jī)管路振動(dòng)檢測(cè)對(duì)于改善空調(diào)外機(jī)工作狀況、降低空調(diào)返修率、提高空調(diào)質(zhì)量品質(zhì) 具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，（1)本發(fā)明的目的是提供一種新型電容式管(桿)狀物體 振動(dòng)在線測(cè)量裝置，可用于實(shí)現(xiàn)對(duì)具有金屬表層的管（桿)狀物體截面振動(dòng)的精確在線測(cè) 量。測(cè)量裝置采用表貼式弧形測(cè)量電極，實(shí)現(xiàn)電容傳感器Ξ同軸測(cè)量結(jié)構(gòu)，同時(shí)電極與待測(cè) 金屬柱面相匹配，配合專用的Ξ電極或四電極式測(cè)量結(jié)構(gòu)，改進(jìn)傳統(tǒng)電容式測(cè)量裝置在管 (桿)狀物體振動(dòng)測(cè)量方面的不足，測(cè)量精度和可靠性明顯提高，裝卡便捷，操作簡(jiǎn)單。
[0005] (2)本發(fā)明的另一目的是提供一種利用（1)中所述測(cè)量裝置測(cè)量空調(diào)壓縮機(jī)管路 振動(dòng)位移的方法，可推廣運(yùn)用到各種場(chǎng)合下具有金屬表層的管(桿)狀物體振動(dòng)在線檢測(cè)。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，電容式管/桿狀物體振動(dòng)在線測(cè)量裝 置，由W下部分構(gòu)成:表貼式弧形電容傳感器，包括內(nèi)圈電容測(cè)量電極、中圈金屬屏蔽層、外 圈接地保護(hù)層;與待測(cè)管或桿外徑適配的專用測(cè)量結(jié)構(gòu)，其中Ξ電極式專用測(cè)量結(jié)構(gòu)為半 環(huán)形固定座，Ξ個(gè)表貼式弧形電容傳感器分別于兩側(cè)和中間相隔90度貼于固定座內(nèi)偵U，四 電極式專用測(cè)量結(jié)構(gòu)為配套對(duì)接的半環(huán)形固定座和半環(huán)形活動(dòng)座，四個(gè)表貼式弧形電容傳 感器間隔90度呈對(duì)稱角度貼于固定座內(nèi)側(cè);表貼式弧形電容傳感器經(jīng)同軸線纜信號(hào)傳輸線 進(jìn)行輸出。
[0007]電容式管/桿狀物體振動(dòng)在線測(cè)量方法，第一步是將Ξ電極或四電極式測(cè)量裝置 的半環(huán)形固定座安裝在多自由度夾持支架上，連接傳感線路，并把支架與穩(wěn)定可靠的外部 平臺(tái)固定在一起，支架距離待測(cè)物20-30cm;^電極或四電極式測(cè)量裝置是在其電極上設(shè)置 有表貼式弧形電容傳感器；
[0008]第二步是調(diào)整多自由度夾持支架，使Ξ電極或四電極式測(cè)量裝置的半環(huán)形內(nèi)側(cè)朝 向待測(cè)管路，呈包圍狀套住管路，裝置與待測(cè)管路之間保持一定的測(cè)量間隙，對(duì)于四電極結(jié) 構(gòu)，還須將半環(huán)形活動(dòng)座通過兩側(cè)的卡槽對(duì)接到半環(huán)形固定座，用鎖緊螺絲固定，預(yù)鎖緊夾 持支架；
[0009]第Ξ步是通過收集測(cè)量傳感器測(cè)得位移數(shù)據(jù)，根據(jù)靜態(tài)讀數(shù)判斷測(cè)量裝置安裝初 始間隙大小是否合適，微調(diào)裝置姿態(tài)和夾持支架，使Ξ路測(cè)量傳感器輸出信號(hào)歸零，鎖緊支 架，開始管路振動(dòng)測(cè)量。
[0010] 表貼式弧形電容傳感器表面與被測(cè)金屬曲面面電容量表示為：
[0011]
[001引其中，ε0為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，d為弧面電極與被測(cè)金屬曲面的距離，D為被測(cè) 金屬表面曲率半徑，β為弧面電極對(duì)應(yīng)扇形角度，b為弧面電極的寬度。被測(cè)物體靜態(tài)時(shí)，通 過專用電容測(cè)微儀測(cè)得傳感器電容值為Co,此時(shí)弧面電極與被測(cè)金屬曲面之間的距離為do; 被測(cè)物體振動(dòng)某一時(shí)刻，測(cè)得電容值為C'，弧面電極與被測(cè)金屬曲面之間的距離為d'，振動(dòng) 位移為Ad，則有
[0013]
[0014]利用上述公式對(duì)振動(dòng)位移進(jìn)行檢測(cè)。
[001引本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果是：
[0016]本發(fā)明公開一種新型電容式管(桿)狀物體振動(dòng)在線測(cè)量裝置，可用于實(shí)現(xiàn)對(duì)具有 金屬表層的管(桿)狀物體截面振動(dòng)的精確在線測(cè)量。測(cè)量裝置采用表貼式弧形電容傳感 器，實(shí)現(xiàn)電容傳感器Ξ同軸測(cè)量結(jié)構(gòu)，同時(shí)電極與待測(cè)金屬柱面相匹配，配合專用的Ξ電極 或四電極式測(cè)量結(jié)構(gòu)，改進(jìn)傳統(tǒng)電容式測(cè)量裝置在管(桿)狀物體振動(dòng)測(cè)量方面的不足，測(cè) 量精度和可靠性明顯提高，裝卡便捷、操作簡(jiǎn)單?？衫帽景l(fā)明公開的測(cè)量裝置在線測(cè)量空 調(diào)壓縮機(jī)管路振動(dòng)位移，精度高、流程少，可推廣運(yùn)用到各種場(chǎng)合下具有金屬表層的管(桿） 狀物體振動(dòng)在線檢測(cè)。
【附圖說明】：
[0017]圖1是本發(fā)明表貼式弧形電容傳感器。
[0018]圖2是本發(fā)明Ξ電極式測(cè)量結(jié)構(gòu)立體圖和測(cè)量時(shí)截面圖。
[0019]圖3是本發(fā)明四電極式測(cè)量結(jié)構(gòu)立體圖和測(cè)量時(shí)截面圖。
[0020] 圖4是傳統(tǒng)平面電容傳感器與本發(fā)明弧形電容傳感器測(cè)量原理圖。
[0021] 圖5是本發(fā)明利用新型測(cè)量裝置在線測(cè)量空調(diào)壓縮機(jī)管路振動(dòng)的示意圖。
[0022] 圖1中：1為弧形測(cè)量電極;2為金屬屏蔽層;3為接地保護(hù)層。
[0023]圖2中：4為表貼式弧形電容傳感器;5為半環(huán)形固定座;6為支架臂;7為同軸信號(hào)傳 輸線纜。
[0024]圖3中：8為表貼式弧形電容傳感器;9為半環(huán)形活動(dòng)座；10為半環(huán)形固定座；11為鎖 緊螺絲;12為同軸信號(hào)傳輸線纜;13為支架臂。
[0025]圖4中：14為待測(cè)管(桿)狀物體；15為電容傳感器平面電極；16為電容傳感器弧面 電極。
[0026]圖5中：17為新型電容式測(cè)量裝置；18為支架；19為水平管路;20為垂直管路;21為 下位機(jī);22為上位機(jī);23為空調(diào)壓縮機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種新型電容式管(桿)狀物體振動(dòng)在線測(cè)量裝置，主 要由W下部分構(gòu)成：
[0028]表貼式弧形電容傳感器，包括內(nèi)圈電容測(cè)量電極、中圈金屬屏蔽層、外圈接地保護(hù) 層;與待測(cè)管(桿)外徑適配的專用測(cè)量結(jié)構(gòu)，其中Ξ電極式測(cè)量結(jié)構(gòu)為半環(huán)形固定座，Ξ個(gè) 表貼式弧形電容傳感器分別于兩側(cè)和中間相隔90度貼于固定座內(nèi)側(cè)，四電極式測(cè)量結(jié)構(gòu)為 配套對(duì)接的半環(huán)形固定座和半環(huán)形活動(dòng)座，四個(gè)表貼式弧形電容傳感器間隔90度呈對(duì)稱角 度貼于固定座內(nèi)側(cè);同軸線纜信號(hào)傳輸線。
[0029]對(duì)于常規(guī)的平面電極式電容傳感器，當(dāng)被測(cè)金屬表面曲率半徑相對(duì)于傳感器電極 很大(無窮大即為平面)時(shí)，振動(dòng)過程中，平面式測(cè)量電極與被測(cè)金屬表面之間的距離d可看 作處處相等，其電容量C可近似表示為
[0030]
[0031] 其中，ε〇為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，d為平面電極與被測(cè)金屬曲面的最小距離，D為 被測(cè)金屬表面曲率半徑，a為平面電極的長(zhǎng)度，b為平面電極的寬度。然而，當(dāng)被測(cè)金屬表面 曲率半徑相對(duì)于傳感器電極較小時(shí)，例如空調(diào)壓縮機(jī)管路(直徑約6~12mm)，平面式測(cè)量電 極與被測(cè)金屬表面之間的距離d受曲率半徑影響的變化就無法忽略，對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較 大影響。而本發(fā)明公開的新型電容式傳感器采用了表貼式弧面測(cè)量電極，其弧面曲率與被 測(cè)金屬表面曲率相適配，即振動(dòng)時(shí)測(cè)量間距可看作處處相等，測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確、更加可 靠，其電容量可表示為
[0032]
[0033]其中，ε〇為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)