电力设备故障诊断电力设备.ppt

1、电力设备电力设备状态监测状态监测与与与与故障诊断故障诊断第四章第四章 传感器传感器（电力设备故障诊断使用的主要传感器）（电力设备故障诊断使用的主要传感器）2024/4/172河海大学河海大学河海大学河海大学第四章第四章 传感器传感器 第一节第一节 传感器基础传感器基础2024/4/173河海大学河海大学河海大学河海大学第一节第一节 传感器基础传感器基础1.定义定义：传感器（transducer/sensor）：能感受规定的被测量，按照一定的规律，转换成可输出信号的器件或装置。2.分类分类：按输入信息可分为：位移、速度、加速度、力、压力、流速、温度、湿度等。2024/4/174河海大学河海大学河

2、海大学河海大学第一节第一节 传感器基础传感器基础3.组成：组成：敏感元件；转换元件；转换电路。2024/4/175河海大学河海大学河海大学河海大学第一节第一节 传感器基础传感器基础4.静态特性线性度灵敏度迟滞与重复性稳定性和零漂5.动态特性频率响应特性阶跃响应特性2024/4/176河海大学河海大学河海大学河海大学第四章第四章 传感器传感器第二节第二节 传统的机电传感器传统的机电传感器2024/4/177河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器一、电阻式传感器一、电阻式传感器1.电位器式传感器多为绕组式输入输出关系应用：输入电流电压输入电压电压输入温度电压2024/4/178河

3、海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器2.应变式电阻传感器应变式电阻传感器(1)金属丝的电阻应变效应金属丝的电阻应变效应电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这一现象就是电阻丝的应变效应。故电阻的相对变化为2024/4/179河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器(2)结构类型结构类型2024/4/1710河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器（3）转换电路2024/4/1711河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器（4）应用应用2024/4/1712河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器二、

4、电感式传感二、电感式传感器器1.原理利用线圈连续变化的线位移（或角位移）转换为线圈的自感或互感实现非电量的测量。2024/4/1713河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器2024/4/1714河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器2应用1：测压力2024/4/1715河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器2应用2：测厚2024/4/1716河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器三、电容传感器三、电容传感器原理：将被测量的参数变化转变为电容器的容量变化。两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为当被测量的变化使

5、式中的C、S或任一参数发生变化时，电容量C也就随之变化。2024/4/1717河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器类型：变面积、变介质、变极距应用：测液位2024/4/1718河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器四、磁电感应式传感器四、磁电感应式传感器工作原理工作原理当导体在磁场中运动切割磁力线时，闭合导体回路中的磁通量发生变化，导体中就会出现感应电势，引起感应电流，闭合导体回路中感应电动势的大小与回路所包围的磁通量的变化率成正比，那么当N匝线圈在变化磁场中感应电动势2024/4/1719河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器（3）应用

6、2024/4/1720河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器（3）应用（开磁路变磁通转速传感器）2024/4/1721河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器五、霍尔传感器五、霍尔传感器工作原理工作原理若在如图示的金属或半导体薄片两端通以控制电流，在与薄片方向上施加磁场，那么在垂直于电流和磁场方向的薄片的另两侧会产生电动势e，e的大小正比于控制电流I和磁感应强度B，这一现象称为霍尔效应，利用霍尔效应制成的传感元件称霍尔传感器。2024/4/1722河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器霍尔电势2024/4/1723河海大学河海大学河海大学河海

7、大学第二节 传统的机电传感器（3）应用位移测量（如压力计）磁场测量电流测量转速测量2024/4/1724河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器（3）应用之2-电流传感器2024/4/1725河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器六、压电传感器六、压电传感器压电效应压电效应某些晶体，当沿着一定方向受到外力作用时，内部会产生极化现象，同时在某两个表面上产生大小相等符号相反的电荷；当外力去掉后，又恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象叫压电效应。反之，如对晶体施加电场，晶体将在一定方向上产生机

8、械变形；当外加电场撤去后，该变形也随之消失。这种现象称为逆压电效应，也称作电致伸缩效应。2024/4/1726河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器七、光栅式传感器七、光栅式传感器1.光删 在玻璃尺或玻璃盘上类似于刻线标尺或度盘那样，进行长刻线（一般为10-12mm）的密集刻划，得到如图所示的黑白相间、间隔相同黑白相间、间隔相同的细小条纹的细小条纹，没有刻划的白的地方透光，刻划的发黑，不透光。这就是光栅。按形状和用途光栅可分为长光栅和圆光栅两种。2024/4/1727河海大学河海大学河海大学河海大学第二节 传统的机电传感器2 光栅光栅2024/4/1728河海大学河海大学河海

9、大学河海大学第二节 传统的机电传感器3.光栅式传感器光栅式传感器在光栅测量系统中的指示光栅一般固定不动，标尺光栅随测量工作台（或主轴）一起移动（或转动）(有例外,如数控机床)2024/4/1729河海大学河海大学河海大学河海大学第四章 传感器第三节第三节 现代新型传感器现代新型传感器2024/4/1730河海大学河海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器一、光电传感器一、光电传感器1.光电效应：光电效应：光电效应可以分为以下三种类型。（1）外光电效应在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象叫外光电效应。利用外光电效应制成的光电器件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管。2024

10、/4/1731河海大学河海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器（2）光电导效应在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为光电导效应。利用光电导效应可制成半导体光敏电阻。（3）光生伏特效应在光的作用下，能够使物体内部产生一定方向的电动势的现象叫光生伏特效应。利用光生伏特效应制成的光电器件有光敏二极管、光敏三极管和光电池等。2024/4/1732河海大学河海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器2.光敏电阻光照特性2024/4/1733河海大学河海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器3.光敏电阻光谱特性2024/4/1734河海大学河

11、海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器4.光电转速传感器2024/4/1735河海大学河海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器二、红外探测器（二、红外探测器（热探测器）原理：以热释电效应为基础热释电效应：某些晶体（电三石、水晶等）受热产生温度变化时，晶体自然极化，在其两表面产生电荷的现象。产生电荷与温度关系为：2024/4/1736河海大学河海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器三、光纤传感器三、光纤传感器光纤传感器是近年来异军突起的一项新技术。光纤传感器具有一系列传统传感器无可比拟的优点，如灵敏度高、响应速度快、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好，适于远距离传输等。目前已研制出

12、测量位移、速度、压力、液位、流量、温度等各种物理量的传感器。2024/4/1737河海大学河海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器常用的光纤传感器常用的光纤传感器：光纤传感器可以分为传感型(功能型)和传光型(非功能型)光纤传感器两大类。1.传感型光纤传感器光纤不仅起传光传光作用，而且还有测量测量作用。它是利用光纤本身的传输特性受被测物理量作用发生变化，使光纤中传播的光的属性（如光强、相位、偏振态等）发生变化这一特点制成的。这类传感器性能好，但结构复杂，调整也较难。2024/4/1738河海大学河海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器2.传光型光纤传感器这类传感器中光纤只具有传输光的

13、作用，需加上其它敏感元件才能构成完整的传感器。结构比较简单，并能充分利用光电元件和光纤本身的特点，应用较广，它的缺点是灵敏度比传感型光纤传感器低，测量精度也差些。2024/4/1739河海大学河海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器光纤传感器应用2024/4/1740河海大学河海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器光纤传感器应用2024/4/1741河海大学河海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器四、超声波传感器四、超声波传感器1 什么是超声波什么是超声波超声波波长、频率f与速度c的关系为：超声波的特征：频率高（可达2104Hz109Hz），因而波长短，绕射现象小，方向性好，

14、能够成为射线而定向传播；超声波在液体、固体中衰减很小，穿透本领大，碰到杂质或分界面就会有显著的反射。2024/4/1742河海大学河海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器超声波换能器超声波换能器（探头）（探头）作用：超声波电信号；电信号超声波类型：多种，但测量系统主要用压电型。2024/4/1743河海大学河海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器超声波传感器的应用超声波传感器的应用（1）超声波探伤法超声波探伤法是利用超声波在物体中传播的一些物理特性来发现物体内部的不连续性，即缺陷或伤的一种方法，是无损检验一种重要手段。常用的超声波探伤法有共振法共振法、穿透法穿透法、脉冲反射法脉冲反

15、射法等。2024/4/1744河海大学河海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器共振法共振法超声波探伤法根据声波在工件中呈共振状态来测量工件厚度或判断有无缺陷的方法。主要用于表面较光滑的工件的厚度检测，也可用于探测复合材料的粘合质量和钢板内的夹层缺陷检测。声波在工件内传播时，如入射波与反射波同相位，则引起共振。共振法测厚的公式为：f:共振频率;n:共振次数特点:1可精确的测厚，特别适宜测量薄板及薄壁管；2工件表面光洁度要求高，否则不能进行测量。2024/4/1745河海大学河海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器脉冲反射法脉冲反射法超声波探伤将脉冲超声波入射至被测工作后，传播到有声阻抗声阻抗差异的界面上（如缺陷与工件的界面）时，产生反射声波，波在工件的反射状况就会显示在荧光屏上，根据反射的时间及形状来判断工件内部缺陷及材料性质的方法。2024/4/1746河海大学河海大学河海大学河海大学第三节 现代新型传感器其它传感器：气敏传感器：如CO，瓦斯湿敏传感器：湿度2024/4/1747河海大学河海大学河海大学河海大学