一文读懂速度传感器

速度传感器用于测量轴承座、机壳、基础等非转动部件的振动。它是一种基于电磁感应原理的传感器。速度传感器输出与被测物的振动速度成正比的电压信号。对于那些以振动速度的大小为监测标准的机械，速度传感器的输出电压可直接提供数据进行分析和处理；而对于那些以位移幅值为监测标准的机械，则需要对电压信号进行积分处理，使经过积分后的输出电压正比于振动位移。

速度传感器的结构示意如图1（a）所示。一个圆筒形的线圈固定在外壳内壁，线圈中间有一个永磁铁支承在弹簧上。传感器的外壳固定在被测对象上，以承受振动。

永磁铁（参振质量）、弹簧和阻尼组成了一个单自由度系统[1（b）]。在设计时使该系统的固有频率远低于被测物振动的频率。这时在被测物振动时，永磁铁在空间处于静止状态，永磁铁相对于线圈的运动即为被测物的运动。

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图1 速度传感器示意

（a）结构示意；（b）原理示意

当永磁铁上下运动时，线圈中有感应电动势产生。若线圈处于开路状态，则输出电压与永磁铁在线圈中的相对速度（即被测物的速度）成正比，传感器输出与被测物速度成正比的电压量。

因此，速度传感器测量的是被测物振动的速度。如果以位移为监测量，还需要进行积分处理。

（1）灵敏度

速度传感器的灵敏度以毫伏/毫米/秒(mV/mm/s)表示。大多数传感器的灵敏度为200mV/mm/s，即1mm/s的速度在传感器输出的电压是200mV。

（2）线性范围

以47633型速度传感器为例，其线性范围为2.5~127mm/s。在此范围内，当振动频率为100Hz时测量误差约为3%。

（3）频率特性

图2是典型的速度传感器的频率特性。它的固有频率约为5Hz。当振动频率大于15Hz时，其灵敏度几乎保持不变；低于15Hz之后明显衰减（在10Hz时衰减约10%）。因此可测的最低转速约为900r/min。如果低于此转速，就要选择固有频率更低的传感器。

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图2 典型速度传感器的频率特性

需要指出的是，频率特性曲线显示速度传感器似乎对高频没有限制，但实际传感器由于内部结构和零件在高频时可能出现谐振，故不能测量很高的频率。一般频率上限约为500~1000Hz。

（4）温度范围

大多数速度传感器的最高工作温度在120℃左右。

（1）传感器的布置

测量轴承座振动（简称座振）时，需要测量垂直、水平、轴向三个方向的振动，因此传感器的位置，也即测点的布置如图3所示。

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图3 轴承座振动的测点布置

（2）传感器的固定

对于永久性测点，传感器采取刚性的机械连接，例如粘结、夹紧，或用螺栓固定。必须保证连接的牢固，否则连接部位松动会产生虚假的振动信号。

传感器用于临时监测时，最好配备永磁铁制成的磁座，用螺栓将传感器与磁座连为一体。测量时磁座吸附在被测物表面。磁座的吸附力可以达到200N左右。测点处的油漆或油腻会影响磁座的吸力，需要进行清理。

手握传感器测量时，要将传感器紧压在被测物上，手不能晃动，否则会产生测量误差。

（3）速度传感器的工作温度

一般在120℃以下，温度过高会使传感器绝缘损坏和退磁，使灵敏度降低。对于高、中压转子，应避免轴封漏气直接冲刷传感器。

（4）速度传感器的输出线

输出线有两根：一根信号线、一根地线。如果这两根线接反，对振幅的大小没有影响，但相位差180°，如果依据这样测得的数据做平衡，加重的角度也会相差180°。

（1）速度传感器由自身的电磁感应产生电压输出，不需要外部电源。输出信号的速度灵敏度高、输出阻抗较低，能输出较强的信号功率。不易受电磁场的干扰，即便在复杂的现场环境下，用普通电缆也可以传递到很远的距离。

（2）速度传感器的频率上限为1000Hz，可以满足汽轮发电机组和多数旋转机械测振的要求；不足之处是低频性能差一些，这个缺点对于汽轮发电机组来说影响并不大。对于转速在1000r/min以下运行的机械，应选择频率更低的传感器（低频传感器）。

（3）速度传感器质量较大，在300~500g左右。为了防止传感器影响被测物的振动特性，要求它的质量应小于被测物质量的1/50，对于汽轮发电机组和多数旋转机械的轴承座来说，这是可以满足的；对于某些质量特别小的部件，采用速度传感器则不一定合适。

（4）安装简单，维修方便。速度传感器适用于大多数旋转机械。有关国际标准规定，对于转速为10~200r/s（600~12000r/min）的旋转机械，轴承座振动的测量必须采用速度传感器。