智能动平衡仪自动量程的意义及实现

　　一、引言

　　目前,风机生产厂家在生产时,一般只对叶轮进行单体平衡。但由于装配不当,组装后风机的整机不平衡振动依然很大。另外,由于绝大多数风机叶轮是 焊接结构,长期运转后,焊接应力的释放也会引起风机叶轮发生形变,导致新的不平衡量。为了克服上述原因所引起的振动,最简单,也是最有效的方法就是对风机 进行整机动平衡。所谓现场整机动平衡是指在不拆卸转子的情况下,在工作转速下直接对转子进行平衡的方法[1]。根据生产实际需要,成功开发了可应用于风机 平衡的智能化现场整机动平衡仪。动平衡仪的开发设计涉及许多方面,本文以开发成功的智能化现场整机动平衡仪为例,从如何准确地测得不平衡振动响应的振幅与 相位的角度出发,在分析动平衡仪采用自动量程意义的基础上,详细讨论了自动量程软、硬件的具体实现。

　　二、设计自动量程切换的意义

　　1.拓宽仪器测量范围的需要[2]

　　动平衡往往采用影响系数法,用该法对转子进行动平衡时,需要对转子系统进行试加重,同时测量试加重前后的不平衡振动响应。由于影响系数法是通过 试重前后的振动变化来确定出影响系数,然后再求出原始不平衡量大小,因此准确地测量试重前后的不平衡振动显得尤为重要。但动平衡过程中试加重的大小或位置 具有任意性(根据加重方便和动平衡具体操作者的意愿而定),不同的加重大小和加重位置会导致试重前后振动变化很大,如仪器采用固定的放大或衰减环节,就可 能会出现因仪器测量范围有限而不能同时精确地测量试重前后振动响应,从而导致整个动平衡过程的失败。另外不同机器对动平衡精度的要求也不相同,相应的其需 要测量的振动大小也不相同。为了使动平衡仪能够适应较宽范围的振动测量及分析,以保障电路工作在线性状态,就必须对振动信号进行必要的放大或衰减,为此需 在硬件电路上设置多挡量程切换开关。

　　2.提高动平衡测相精度的需要[2]

　　由整机动平衡的机理可知,转子的不平衡相位为不平衡振幅同基准信号上升沿的夹角,如图1所示,因此能否准确地捕捉峰值位置对相位的测量影响很 大。由于振动信号在拍峰附近的变化最为缓慢,受量化误差的影响,A/D采到的拍峰同实际拍峰之间会存在一定的误差,由此将造成相位测量误差。动平衡仪采用 8位A/D,型号为ADC0809,其能分辨的最小电压为:ΔV=5V/28=5V/256≈20mV。图2示出了振动信号满量程和欠量程两种情况下因A /D量化误差引起的相位误差。当被测量振动信号为满量程时,即峰值A1=5V,设此时因A/D量化误差引起的最大相位误差为1,由A1-A1cos1=20mV得1=5.1°;当被测量振动信号为欠量程时,如峰值A2=0.5V,化误差引起的相位测量误差设此时因A/D量化误差引起的最大相位误差为2,由A2-A2cos2=20mV得2=16.2°; 从上面的分析可知,受A/D变换器精度的限制,量化误差将导致至少5°的相位测量误差,且振动信号越小引起的相位误差越大。为了提高动平衡仪捕捉拍峰的能 力,希望A/D在振动信号变化最缓慢时,仍有较高的分辨率,则应尽量将振动信号放大到A/D满量程附近,为此需在硬件电路上设置多挡量程切换开关。