电容式管/杆状物体振动在线测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于振动测量领域，特别涉及一种新型电容式管(杆)状物体振动在线 测量装置。
【背景技术】
[0002] 电容法测量振动是近年来振动分析领域研究的热点，其原理是利用振动引起的被 测物体金属表层与测量电极层之间间距变化，转化为电容电压变化，通过测量电压值得到 振动位移值，具有动态响应快、温度稳定性好、测量范围大、精度高等优点。但在管(杆)状物 体振动测量中，由于管(杆)金属表面存在弯曲，圆柱面上传统的电容传感器难以固定，平面 电极与待测金属弧面不匹配，在某一个或几个振动方向传感器读数不准，导致测量精度不 高，抗扰动能力差。
[0003] 空调外机工作状况对分立式空调整机运行具有极其重要的影响，振动和噪声是评 价分立式空调外机质量的重要性能指标。研究和实验表明，空调外机振动的主要来源是压 缩机，由于压缩机直接通过进气管和排气管与蒸发器和冷凝器相连，因此压缩机引起的振 动影响最为显著。如果机械结构设计不当，压缩机产生的振动引起交变应力，对管路系统产 生极大损伤，缩短管路使用寿命，若空调外机固有频率与压缩机振动频率相近，管路系统可 能产生强烈共振，严重时会造成管路断裂(见文献[1]杨元涛.空调压缩机管路系统振动分 析及其软件开发[D].华中科技大学，2011)，该情况在定频和变频空调中均有体现。因此，空 调压缩机管路振动检测对于改善空调外机工作状况、降低空调返修率、提高空调质量品质 具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 为克服现有技术的不足，（1)本实用新型的目的是提供一种新型电容式管(杆)状 物体振动在线测量装置，可用于实现对具有金属表层的管(杆)状物体截面振动的精确在线 测量。测量装置采用表贴式弧形测量电极，实现电容传感器三同轴测量结构，同时电极与待 测金属柱面相匹配，配合专用的三电极或四电极式测量结构，改进传统电容式测量装置在 管(杆)状物体振动测量方面的不足，测量精度和可靠性明显提高，装卡便捷，操作简单。
[0005] (2)本实用新型的另一目的是提供一种利用（1)中所述测量装置测量空调压缩机 管路振动位移的方法，可推广运用到各种场合下具有金属表层的管(杆)状物体振动在线检 测 。
[0006] 为达到上述目的，本实用新型采取的技术方案是，电容式管/杆状物体振动在线测 量装置，由以下部分构成:表贴式弧形电容传感器，包括内圈电容测量电极、中圈金属屏蔽 层、外圈接地保护层;与待测管或杆外径适配的专用测量结构，其中三电极式专用测量结构 为半环形固定座，三个表贴式弧形电容传感器分别于两侧和中间相隔90度贴于固定座内 侦I四电极式专用测量结构为配套对接的半环形固定座和半环形活动座，四个表贴式弧形 电容传感器间隔90度呈对称角度贴于固定座内侧;表贴式弧形电容传感器经同轴线缆信号 传输线进行输出。
[0007 ]表贴式弧形电容传感器表面与被测金属曲面面电容量表不为：
[0008]
[0009] 其中，ε〇为极板间介质的介电常数，d为弧面电极与被测金属曲面的距离，D为被测 金属表面曲率半径，β为弧面电极对应扇形角度，b为弧面电极的宽度。被测物体静态时，通 过专用电容测微仪测得传感器电容值为Co,此时弧面电极与被测金属曲面之间的距离为do; 被测物体振动某一时刻，测得电容值为C'，弧面电极与被测金属曲面之间的距离为d'，振动 位移为A d，则有
[0010]
[0011] 利用上述公式对振动位移进行检测。
[0012] 本实用新型的特点及有益效果是：
[0013] 本实用新型公开一种新型电容式管(杆)状物体振动在线测量装置，可用于实现对 具有金属表层的管(杆)状物体截面振动的精确在线测量。测量装置采用表贴式弧形电容传 感器，实现电容传感器三同轴测量结构，同时电极与待测金属柱面相匹配，配合专用的三电 极或四电极式测量结构，改进传统电容式测量装置在管(杆)状物体振动测量方面的不足， 测量精度和可靠性明显提高，装卡便捷、操作简单。可利用本实用新型公开的测量装置在线 测量空调压缩机管路振动位移，精度高、流程少，可推广运用到各种场合下具有金属表层的 管(杆)状物体振动在线检测。
【附图说明】：
[0014] 图1是本实用新型表贴式弧形电容传感器。
[0015]图2是本实用新型三电极式测量结构立体图。
[0016] 图3是本实用新型三电极式测量结构测量时截面图。
[0017] 图4是本实用新型四电极式测量结构立体图。
[0018] 图5是本实用新型四电极式测量结构测量时截面图。
[0019] 图6是传统平面电容传感器测量原理图。
[0020]图7是本实用新型弧形电容传感器测量原理图。
[0021 ]图8是本实用新型利用新型测量装置在线测量空调压缩机管路振动的示意图。
[0022] 图中：1为弧形测量电极;2为金属屏蔽层;3为接地保护层。4为表贴式弧形电容传 感器;5为半环形固定座;6为支架臂;7为同轴信号传输线缆。8为表贴式弧形电容传感器;9 为半环形活动座；10为半环形固定座；11为锁紧螺丝；12为同轴信号传输线缆；13为支架臂。 14为待测管(杆)状物体;15为电容传感器平面电极;16为电容传感器弧面电极。17为新型电 容式测量装置；18为支架；19为水平管路;20为垂直管路;21为下位机;22为上位机;23为空 调压缩机。
【具体实施方式】
[0023] 本实用新型采用的技术方案是，一种新型电容式管(杆）状物体振动在线测量装 置，主要由以下部分构成：
[0024] 表贴式弧形电容传感器，包括内圈电容测量电极、中圈金属屏蔽层、外圈接地保护 层;与待测管(杆)外径适配的专用测量结构，其中三电极式测量结构为半环形固定座，三个 表贴式弧形电容传感器分别于两侧和中间相隔90度贴于固定座内侧，四电极式测量结构为 配套对接的半环形固定座和半环形活动座，四个表贴式弧形电容传感器间隔90度呈对称角 度贴于固定座内侧;同轴线缆信号传输线。
[0025] 对于常规的平面电极式电容传感器，当被测金属表面曲率半径相对于传感器电极 很大(无穷大即为平面)时，振动过程中，平面式测量电极与被测金属表面之间的距离d可看 作处处相等，其电容量C可近似表示为
[0026]
[0027]其中，为极板间介质的介电常数，d为平面电极与被测金属曲面的最小距离，D为 被测金属表面曲率半径，a为平面电极的长度，b为平面电极的宽度。然而，当被测金属表面 曲率半径相对于传感器电极较小时，例如空调压缩机管路(直径约6~12mm)，平面式测量电 极与被测金属表面之间的距离d受曲率半径影响的变化就无法忽略，对测量结果会产生较 大影响。而本实用新型公开的新型电容式传感器采用了表贴式弧面测量电极，其弧面曲率 与被测金属表面曲率相适配，即振动时测量间距可看作处处相等，测量结果更加准确、更加 可靠，其电容量可表示为
[0028]
[0029] 其中，ε〇为极板间介质的介电常数