汽機(jī)脹差電渦流位移傳感器SYSE25-01-090-03-06-03-01 

廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、冶金等行業(yè)， 對(duì)汽輪機(jī)、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、齒輪箱等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸的徑向振動(dòng)、軸 向位移、鑒相器、軸轉(zhuǎn)速、脹差、偏心、油膜厚度等進(jìn)行在線測(cè)量和安全保護(hù)，以及轉(zhuǎn)子動(dòng) 力學(xué)研究和零件尺寸檢驗(yàn)等方面

為何采用電渦流位移傳感器 電渦流位移傳感器可以準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)體(必須是金屬導(dǎo)體)與探頭端面的相對(duì)位置。

● 電渦流位移傳感器長(zhǎng)期工作可靠性好、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、非接觸測(cè)量、響應(yīng) 速度快、不受油水等介質(zhì)的影響，常被用于對(duì)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸位移、軸振動(dòng)、軸轉(zhuǎn) 速等參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以分析出設(shè)備的工作狀況和故障原因，有效地對(duì)設(shè)備 進(jìn)行保護(hù)及進(jìn)行預(yù)測(cè)性維修。

● 從轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、軸承學(xué)的理論上分析，大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)主要取決于其——

轉(zhuǎn)軸，而電渦流位移傳感器能直接測(cè)量轉(zhuǎn)軸的各種運(yùn)行狀態(tài)，測(cè)量結(jié)果可靠、可信。 過去，對(duì)于機(jī)械的振動(dòng)測(cè)量采用加速度傳感器或速度傳感器，通過測(cè)量機(jī)殼振動(dòng)，間接地 測(cè)量轉(zhuǎn)軸振動(dòng)，測(cè)量結(jié)果的可信度不高。

傳感器系統(tǒng)的工作機(jī)理是電渦流效應(yīng)。當(dāng)接通傳感器系 統(tǒng)電源時(shí)，在前置器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高頻電流信號(hào)，該信號(hào)通 過電纜送到探頭的頭部，在頭部周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)H1。如果 在磁場(chǎng)H1的范圍內(nèi)沒有金屬導(dǎo)體材料接近，則發(fā)射到這一范 圍內(nèi)的能量都會(huì)全部釋放;反之，如果有金屬導(dǎo)體材料接近 探頭頭部，則交變磁場(chǎng)H1將在導(dǎo)體的表面產(chǎn)生電渦流場(chǎng)，該 電渦流場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方向與H1相反的交變磁場(chǎng)H2。由于H2

的反作用，就會(huì)改變探頭頭部線圈高頻電流的幅度和相位， 即改變了線圈的有效阻抗。這種變化既與電渦流效應(yīng)有關(guān)， 又與靜磁學(xué)效應(yīng)有關(guān)，即與金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、 幾何形狀、線圈幾何參數(shù)、激勵(lì)電流頻率以及線圈到金屬 導(dǎo)體的距離等參數(shù)有關(guān)。假定金屬導(dǎo)體是均質(zhì)的，其性能 是線性和各向同性的，則線圈——金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性 質(zhì)通?？捎山饘賹?dǎo)體的磁導(dǎo)率μ、電導(dǎo)率σ、尺寸因子r， 線圈與金屬導(dǎo)體距離δ，線圈激勵(lì)電流強(qiáng)度I和頻率ω等 參數(shù)來描述。因此線圈的阻抗可用函數(shù)Z=F(μ,σ,r,I,ω) 來表示。

檢波濾波 放大UO 線性修正被測(cè)金屬導(dǎo)體如果控制μ、σ、r、δ、I、ω恒定不變，那么阻 抗Z就成為距離δ的單值函數(shù)，由麥克斯韋爾公式，可以 求得此函數(shù)為一非線性函數(shù)，其曲線為“S”形曲線，在 一定范圍內(nèi)可以近似為一線性函數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，通常是將線圈密封在探頭中，線圈 阻抗的變化通過封裝在前置器中的電子線路的處理轉(zhuǎn)換 成電壓或電流輸出。這個(gè)電子線路并不是直接測(cè)量線圈 的阻抗，而是采用并聯(lián)諧振法，見圖1-3，即在前置器中

δ1 δ被測(cè)金屬導(dǎo)將一個(gè)固定電容C 0 ? C 1C 2 和探頭線圈Lx并聯(lián)與晶體管T一起構(gòu)成一個(gè)振蕩器，振蕩器的振 C1?C2蕩幅度Ux與線圈阻抗成比例，因此振蕩器的振蕩幅度Ux會(huì)隨探頭與被測(cè)間距δ改變。Ux經(jīng)檢 波濾波，放大，非線性修正后輸出電壓Uo，Uo與δ的關(guān)系曲線如圖1-4所示，可以看出該曲線 呈“S”形，即在線性區(qū)中點(diǎn)δ0處(對(duì)應(yīng)輸出電壓U0)線性好，其斜率(即靈敏度)較大，在 線性區(qū)兩端，斜率(靈敏度)逐漸下降，線性變差。(δ1，U1) ——線性起點(diǎn)，(δ2，U2) —— 線性末點(diǎn)。

前置器是一個(gè)電子信號(hào)處理器。一方面前置器為探頭線圈提供高頻交流電流;另一方面， 前置器感受探頭前面由于金屬導(dǎo)體靠近引起探頭參數(shù)的變化，經(jīng)過前置器的處理，產(chǎn)生隨探 頭端面與被測(cè)金屬導(dǎo)體間隙線性變化的輸出電壓或電流信號(hào)。

前置器是一個(gè)電子信號(hào)處理器。一方面前置器為探頭線圈提供高頻交流電流;另一方面， 前置器感受探頭前面由于金屬導(dǎo)體靠近引起探頭參數(shù)的變化，經(jīng)過前置器的處理，產(chǎn)生隨探 頭端面與被測(cè)金屬導(dǎo)體間隙線性變化的輸出電壓或電流信號(hào)。

萬瓏電氣系列前置器提供兩種安裝方式及兩種輸出方式:

前置器及安裝方式外形尺寸:78mm×61mm×65mm(底板式安裝,與我公司JX20,BN公司3300系列兼容);

90mm×35mm×70mm(導(dǎo)軌式安裝,與BN公司3300XL系列兼容)安裝尺寸:底板安裝，51mm×51mm，采用四個(gè)M4×12 GB29-76螺栓安裝(產(chǎn)品附件);導(dǎo)軌安裝，可以方便地安裝在標(biāo)準(zhǔn)35mm導(dǎo)軌上。電壓輸出:供電電源Ut:-20Vdc~-26Vdc，輸出電壓極限:-0.7V~(Ut+1)V，線性范

圍輸出起始電壓:-2V~-18V; 供電電源Ut:±12V~±15V，輸出0V~+5V、+1V~+5V 、-5V~+5V、0V~

+10V、+2V~+10V、-10V~+10V。電流輸出:供電電源Ut:+18Vdc~+30Vdc，輸出電流:4~20mA。

接線方式:采用SpringLoc 端子，有自動(dòng)緊固的功能，不需要安裝工具即可接線，由于不需要螺栓固定，不會(huì)發(fā)生松動(dòng)前置器外殼是用鋁鑄造而成，為了屏蔽外界干擾，在前置器內(nèi)部已將殼體與信號(hào)公共

端(信號(hào)地)聯(lián)接;安裝底板和導(dǎo)軌卡座均為工程絕緣塑料，這樣可以保證在安裝前置器時(shí)，使前置器殼體與大地隔離(即所謂“浮地”)。

前置器的實(shí)用設(shè)計(jì):前置器的結(jié)構(gòu)使高頻插座內(nèi)凹，不易損壞高頻插座。 三端SpringLoc 端子鑲嵌固定，直接與內(nèi)部電路連接，確保連接可靠性。前置器的容錯(cuò)性:電源端、公共端(信號(hào)地)、輸出端任意接線錯(cuò)誤不會(huì)損壞前置器，電源極性錯(cuò)誤保護(hù)，輸出短路保護(hù)。 前置器的是電子線路板，除個(gè)別校準(zhǔn)用的元件外，其它元件均用環(huán)氧樹脂膠灌封   這樣可以提高前置器的抗振、防潮性能。前置器在出廠校準(zhǔn)后，各校準(zhǔn)元件也用硅膠密封，用戶自行校準(zhǔn)后，也應(yīng)這樣做。

傳感器特性與被測(cè)體的導(dǎo)電率和導(dǎo)磁率有關(guān)， 當(dāng)被測(cè)體為導(dǎo)磁材料(如普通鋼、結(jié)構(gòu)鋼等)時(shí)，由 于磁效應(yīng)和渦流效應(yīng)同時(shí)存在，而且磁效應(yīng)與渦流 效應(yīng)相反，要抵消部分渦流效應(yīng)，使得傳感器感應(yīng) 靈敏度低;而當(dāng)被測(cè)體為非導(dǎo)磁或弱導(dǎo)磁材料(如 銅、鋁、合金鋼等)時(shí)，由于磁效應(yīng)弱，相對(duì)來說 渦流效應(yīng)要強(qiáng)，因此傳感器感應(yīng)靈敏度要高。圖1-9 列出了同一套傳感器測(cè)量幾種典型材料時(shí)的輸出 特性曲線，圖中各曲線所對(duì)應(yīng)的靈敏度為:

銅:14.9 V/mm
鋁:14.0 V/mm 不銹鋼(1Cr18Ni9Ti):10.4V/mm 45號(hào)鋼:8.2 V/mm 40CrMo鋼:8.0 V/mm(出廠校準(zhǔn) 材料)

銅鋁45號(hào)鋼 1Cr18Ni9Tiδ(mm) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8

圖1-9 典型材料傳感器輸出特性曲線除非在訂貨時(shí)進(jìn)行特別說明，通常，在出廠前傳感器系統(tǒng)用40CrMo材料試件進(jìn)行校準(zhǔn)， 只有和它同系列的被測(cè)體材料，產(chǎn)生的特性方程才能和40CrMo的相近;當(dāng)被測(cè)體的材料與 40CrMo成分相差很大時(shí)，則須按第三章節(jié)所述步驟進(jìn)行重新校準(zhǔn)，否則可能造成很大的 測(cè)量誤差。

因?yàn)榇蠖鄶?shù)的汽輪機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備的轉(zhuǎn)軸是用40CrMo材料或者與之相近的材料制造， 因此傳感器系統(tǒng)用40CrMo材料作出廠校準(zhǔn)，能適合大多數(shù)的測(cè)量對(duì)象。

鑒相器測(cè)量

鑒相器測(cè)量就是通過在被測(cè)軸上設(shè)置一個(gè)凹槽或凸鍵，稱為鑒相標(biāo)記。當(dāng)這個(gè)凹槽或凸 鍵轉(zhuǎn)到探頭安裝位置時(shí)，相當(dāng)于探頭與被測(cè)面間距突變，傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，軸每 轉(zhuǎn)一圈，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，產(chǎn)生的時(shí)刻表明了軸在每轉(zhuǎn)周期中的位置。同時(shí)通過對(duì)脈 沖計(jì)數(shù)，可以測(cè)量軸的轉(zhuǎn)速;通過將脈沖與軸的振動(dòng)信號(hào)比較，可以確定振動(dòng)的相位角，用 于軸的動(dòng)平衡分析以及設(shè)備的故障分析與診斷等方面。

凹槽或凸鍵要足夠大，以使得產(chǎn)生的脈沖峰峰值不小于5V(API670標(biāo)準(zhǔn)要求不小于7V)。 一般若采用φ8探頭，則這一凹槽或凸鍵寬度應(yīng)大于7.6mm、深度或高度應(yīng)大于1.5mm(推薦采 用2.5mm以上)、長(zhǎng)度應(yīng)大于10mm。凹槽或凸鍵應(yīng)平行于軸中心線，其長(zhǎng)度盡量長(zhǎng)，以防止當(dāng) 軸產(chǎn)生軸向竄動(dòng)時(shí)，探頭還能對(duì)著凹槽或凸鍵。

探頭的安裝

安裝探頭時(shí)，您應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:

各探頭間的距離
探頭與安裝面的距離 ? 安裝支架的選擇
探頭安裝間隙

探頭所帶電纜的安裝
電纜轉(zhuǎn)接頭的密封與絕緣 ? 探頭的抗腐蝕性
探頭的高壓環(huán)境

探頭頭部與安裝面的距離

DCF實(shí)際的測(cè)量值是被測(cè)體相對(duì)于探頭的相對(duì)值，而需要的測(cè)量結(jié)果是被測(cè)體相對(duì)于其基座 的，因此探頭必須牢固在基座上，通常需要用安裝支架來固定探頭。對(duì)于不同的測(cè)量要求和 不同的被測(cè)體結(jié)構(gòu)，安裝支架的形狀和尺寸各種各樣，常用的有機(jī)器內(nèi)部探頭安裝支架和機(jī) 器外部探頭安裝支架。

探頭安裝的一般步驟

1、根據(jù)測(cè)量部位的量程、安裝空間的環(huán)境和尺寸、被測(cè)體材料等特性選定傳感器，并檢 查傳感器各部分外觀是否完好、各部分是否配套(如探頭直徑與前置器型號(hào)中規(guī)定的配套探頭 直徑是否一致、探頭電纜長(zhǎng)度加延伸電纜長(zhǎng)度是否符合前置器對(duì)電纜長(zhǎng)度的要求等)。通常成 套訂購(gòu)的傳感器，在出廠時(shí)提供有校驗(yàn)卡，校驗(yàn)卡上注明了配套校準(zhǔn)的傳感器各部分的型號(hào)、 編號(hào)，可據(jù)此與產(chǎn)品上的標(biāo)記核對(duì)。然后在傳感器的探頭、延伸電纜(如果有的話)、前置器 上分別進(jìn)行特定標(biāo)記(如“1#瓦水平振動(dòng)”、“軸位移”等)來說明其作用以及區(qū)分多套傳感 器各部分間的聯(lián)接關(guān)系，電纜兩端應(yīng)都做標(biāo)記以便在多根電纜頭中進(jìn)行分辨，這種標(biāo)記應(yīng)該 能防油、防水。

2、將傳感器各部分聯(lián)接好，按第三章節(jié)校準(zhǔn)所述通電檢查傳感器，若超差，則需重 新校準(zhǔn)。檢查時(shí)特別要注意校準(zhǔn)試件材料是否與被測(cè)體材料一致或者具有相近的成分，關(guān)于材 料對(duì)測(cè)量的影響見被測(cè)體材料的影響。

3、如果未訂購(gòu)配套的安裝支架，則加工合適的安裝支架(參見探頭安裝支架選擇)。外部 安裝探頭支架較復(fù)雜，一般需訂購(gòu)。

4、在基座上加工支撐安裝支架的螺孔，內(nèi)部安裝探頭的支架一般都需要兩個(gè)螺孔進(jìn)行緊 固，外部安裝探頭一般都是在機(jī)殼上加工通孔螺紋孔。

5、緊固內(nèi)部安裝探頭支架。如果是外部安裝探頭，則應(yīng)先將探頭緊固在支架上，再將支 架擰進(jìn)安裝螺孔內(nèi)。

6、調(diào)整探頭安裝間隙。不同用途探頭的初始安裝間隙有不同的要求，參見章第二節(jié) 傳感器的典型應(yīng)用關(guān)于軸的徑向振動(dòng)測(cè)量、軸向位移測(cè)量、鑒相器測(cè)量中的說明。關(guān)于調(diào)整 的方法參見本章探頭安裝間隙的說明。

7、緊固內(nèi)部安裝探頭，采用角鋼支架則用兩個(gè)螺母背緊，采用壓塊支架則用緊固螺栓鎖 緊;外部安裝探頭，則緊固外部安裝支架。緊固螺釘、螺母都應(yīng)用彈簧墊圈以防松動(dòng)。(參見 探頭安裝支架選擇)

8、固定探頭電纜。內(nèi)部安裝探頭電纜，在機(jī)器內(nèi)部先用電纜固定架固定，然后穿過電纜 密封裝置(參見探頭所帶電纜的安裝)，再擰緊電纜密封組件(多個(gè)探頭共用一個(gè)電纜密封裝置 時(shí)，在各探頭電纜都穿過來后再擰緊);外部安裝探頭電纜，只需擰緊支架上的電纜密封組件。

! 注意

金屬屑可能破壞軸承，應(yīng)把機(jī)器內(nèi)部的金屬屑清除干凈。

!注意

緊固探頭時(shí)，擰緊的力矩不能超過探頭能承受的力 矩(參見探頭技術(shù)規(guī)范)，否則可能損壞探頭。