本特利傳感器在軸系上的應(yīng)用

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摘要：文章介紹了電渦流傳感器的作用與原理，并對(duì)本特利傳感器進(jìn)行詳細(xì)介紹。闡述了本特利內(nèi)華達(dá)電渦流傳感器在大型機(jī)組軸振動(dòng)、軸位移檢測(cè)保護(hù)中的應(yīng)用，著重介紹了傳感器的安裝和常見(jiàn)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：作用與原理；本特利傳感器；安裝要求；影響因素

一、渦流傳感器的作用與原理

渦流傳感器就是能靜態(tài)和動(dòng)態(tài)地非接觸、高線性度、高分辨力的測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)體距探頭表面的距離。它能準(zhǔn)確的測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)體與探頭端面之間靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的相對(duì)位移的變化。在對(duì)高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械和往復(fù)式運(yùn)動(dòng)機(jī)械狀態(tài)分析，即振動(dòng)研究、分析測(cè)量中，非接觸的高精度振動(dòng)、位移信號(hào)測(cè)量，能連續(xù)準(zhǔn)確的采集到轉(zhuǎn)子振動(dòng)狀態(tài)的多種參數(shù)，如軸的徑向振動(dòng)、振幅以及軸向位置。

（圖為渦流傳感器的原理圖）

當(dāng)探頭頂部的線圈加上高頻電流并與一導(dǎo)電表面靠近時(shí)，由于線圈磁力線的作用，使導(dǎo)電物體表面產(chǎn)生渦流，該電渦流場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相反的交變磁場(chǎng)，由于反作用，就會(huì)改變探頭頭部線圈高頻電流的幅度和相位，從而使線圈的電感量減小。線圈特性的這個(gè)變化被轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)輸出。渦流傳感器系統(tǒng)采用比例因數(shù)來(lái)將系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)換成位移值。在一個(gè)很寬的位移范圍內(nèi)保證比例因數(shù)不變。在系統(tǒng)線性范圍內(nèi)，才能用比例因數(shù)計(jì)算位移值。

計(jì)算公式：位移mm=電壓變化△V/比例因數(shù)S

二、本特利3300XL系列簡(jiǎn)介

本特利3300XL系列由探頭、延伸電纜、前置放大器組成。

探頭是系統(tǒng)的一個(gè)必要組成部分，它是采集、感受被測(cè)信號(hào)的重要部位，它能精確的探測(cè)出被測(cè)體表面相對(duì)于探頭端面間隙的變化。通常探頭由線圈、頭部保護(hù)罩、不銹鋼殼體、高頻電纜、高頻接頭組成。其中線圈是探頭的核心部分，它是整個(gè)傳感器系統(tǒng)的敏感元件，線圈的電氣參數(shù)和物理幾何尺寸決定傳感器系統(tǒng)的線性量程及傳感器的穩(wěn)定性。本特利3300XL系列的探頭有8mm系列和11mm系列。

所謂的8mm指的是探頭的外徑是8mm；11mm指的是探頭的外徑是11mm；8mm探頭的線性量程是2mm；11mm探頭的線性量程是4mm。探頭長(zhǎng)度有0.5米和1.0米兩種。探頭有特性阻抗，如0.5m長(zhǎng)探頭，從中心導(dǎo)體到外部導(dǎo)體的阻抗為7.45±0.5Ω（8mm）；對(duì)于1.0m長(zhǎng)探頭，從中心導(dǎo)體到外部導(dǎo)體的阻抗為7.59±0.5Ω（8mm）。

延伸電纜作為系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，延伸電纜用來(lái)聯(lián)接和延長(zhǎng)探頭與前置器之間的距離，選擇延伸電纜的長(zhǎng)度應(yīng)該使延伸電纜長(zhǎng)度加探頭長(zhǎng)度與配置前置放大器所要求的長(zhǎng)度一致。采用延伸電纜的目的是為了減短探頭所帶電纜的長(zhǎng)度。延伸電纜的兩端接頭不同，帶陽(yáng)螺紋的接頭（轉(zhuǎn)接頭）與探頭聯(lián)接，帶陰螺紋的接頭與前置放大器聯(lián)接。延伸電纜也有阻抗的要求，如4.0米電纜，從中心導(dǎo)體到中心導(dǎo)體的阻抗為0.88±0.13Ω，從同軸導(dǎo)體到同軸導(dǎo)體的阻抗為0.26±0.05Ω（適用于8mm探頭）。

前置放大器是一個(gè)電子信號(hào)處理器。一方面前置放大器為探頭線圈提供高頻交流電流；另一方面，前置放大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)前置放大器的處理，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。前置器檢測(cè)電路檢測(cè)探頭線圈的感抗變化。再經(jīng)放大電路將感抗變化量變換放大成相應(yīng)電壓變化信號(hào)輸出。經(jīng)監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行轉(zhuǎn)換，根據(jù)測(cè)量的要求將其輸出電壓的直流部分用做位移量的檢測(cè)，交流部分用做振動(dòng)值的檢測(cè)。前置放大器的供電電壓為-24vDC。

本特利3300XL8mm系列傳感器的靈敏度（SF）為7.87V/mm（200mV/mil），有1米、5米、9米系統(tǒng)；3300XL11mm系列傳感器的靈敏度（SF）為3.94V/mm（100mV/mil），有5M/9M系統(tǒng)。探頭和延伸電纜的長(zhǎng)度加起來(lái)要等于前置放大器定義的系統(tǒng)長(zhǎng)度。系統(tǒng)不匹配（長(zhǎng)或者短）都會(huì)導(dǎo)致間隙與電壓的線性關(guān)系發(fā)生改變。

三、本特利傳感器的在軸系中的安裝

重要的軸系儀表分為位移儀表和振動(dòng)儀表，現(xiàn)論述位移儀表和振動(dòng)儀表的安裝方法。

（一）位移儀表的安裝

軸位移是直接反映軸承動(dòng)靜間隙的最重要的技術(shù)參數(shù)。汽輪機(jī)、壓縮機(jī)的軸都有一個(gè)適當(dāng)?shù)妮S向竄量，在機(jī)組運(yùn)行中，當(dāng)工藝條件或機(jī)組原因造成軸被推向一端時(shí)，就會(huì)造成“燒瓦”，損壞推力瓦。

位移探頭安裝前，設(shè)備轉(zhuǎn)軸必須先打串量，核實(shí)轉(zhuǎn)軸偏移的方向。如果轉(zhuǎn)軸是可以往驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端活動(dòng)的，位移探頭在安裝前，轉(zhuǎn)軸的位置必須在轉(zhuǎn)軸總串量的中間位置（對(duì)中），此時(shí)安裝位移探頭，為零位，對(duì)應(yīng)安裝電壓為探頭線性曲線的中間電壓，約為-10V。具體零點(diǎn)電壓，需要查看校驗(yàn)曲線和校對(duì)3500系統(tǒng)中的設(shè)定值。如8mm探頭，線性范圍為2mm，有效距離為0.25-2.3mm，輸出電壓為-2--18V。一般零點(diǎn)設(shè)定值為1.27mm，靈敏度為7.87那么對(duì)應(yīng)的電壓為-10V。探頭安裝是否要在中間電壓，可以看控制系統(tǒng)的組態(tài)量程來(lái)確定，如果是-0.75mm-0.75mm，那么0肯定就是中間位置，探頭必須在對(duì)中后才能安裝。探頭安裝完成后，設(shè)備人員對(duì)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行打串量，軸實(shí)際走動(dòng)的串量如果與控制系統(tǒng)中指示的值一致時(shí)，說(shuō)明探頭已安裝完畢且線性良好，測(cè)量準(zhǔn)確。

（二）振動(dòng)儀表的安裝

在測(cè)量軸振動(dòng)時(shí)，要把探頭安裝固定在軸殼上，使探頭與軸殼成為一體，所測(cè)得的結(jié)果實(shí)際上是軸相對(duì)與軸殼的振動(dòng)。測(cè)量軸的振動(dòng)時(shí)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)安裝兩個(gè)傳感器探頭，兩個(gè)探頭分別安裝在軸承兩邊的同一平面上相隔90°（±5°）。由于軸承蓋一般是水平剖分的，因此通常將兩個(gè)探頭分別安裝在垂直中心線每側(cè)45°，定義為X探頭（水平方向）和Y探頭（垂直方向）。通常從原動(dòng)機(jī)端（驅(qū)動(dòng)端）看，X探頭應(yīng)該在垂直中心線的右側(cè)，Y探頭應(yīng)該在垂直中心線的左側(cè)。

振動(dòng)探頭的安裝距離與軸位移探頭的安裝距離一樣，都需要將探頭安裝在中間電壓的地方。

探頭在安裝固定完成后，需要檢查高頻插頭和探頭頭部是否干凈，如有臟物，需用無(wú)水酒精、四氯化碳、儀表清洗劑等擦洗干凈后再進(jìn)行與延伸電纜和前置放大器的連接。

四、影響本特利傳感器測(cè)量的幾個(gè)因素

1、導(dǎo)電材質(zhì)的影響。從本特利渦流傳感器的測(cè)量原理知道，探頭線圈與導(dǎo)電體表面靠近時(shí)會(huì)產(chǎn)生反作用，那么導(dǎo)電體（擋靶或者轉(zhuǎn)軸）的材質(zhì)就決定了其反作用的大小，因?yàn)椴煌馁|(zhì)的金屬，其導(dǎo)電性能不一樣的。

2、供電電壓的影響。供電電壓偏低，會(huì)導(dǎo)致前置放大器無(wú)法輸出最大的信號(hào)。所以確保供電電壓為-24VDC很重要。

3、傳感器系統(tǒng)不匹配的影響。前置放大器是靠其檢測(cè)電路檢測(cè)探頭線圈的感抗變化，再經(jīng)放大電路將感抗變化量變換放大成相應(yīng)電壓變化信號(hào)輸出的。如果前置放大器系統(tǒng)長(zhǎng)度與探頭和延伸電纜的總長(zhǎng)不匹配，那么前置放大器檢測(cè)到的感抗值就偏離了檢測(cè)電路的測(cè)量要求，導(dǎo)致輸出偏差。從前面的章節(jié)我們知道，不同長(zhǎng)度的探頭和電纜，其電阻值是不一樣的。

五、結(jié)語(yǔ)

在石油化工行業(yè)，壓縮機(jī)是必不可少的關(guān)鍵設(shè)備之一。壓縮機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行是提高企業(yè)生產(chǎn)效益的重要保障。壓縮機(jī)的軸位移和軸振動(dòng)以及超速保護(hù)是壓縮機(jī)重要的聯(lián)鎖保護(hù)措施。電渦流式傳感器被廣泛運(yùn)用在壓縮機(jī)軸系儀表上。因此掌握電渦流傳感器的原理和維護(hù)對(duì)設(shè)備的安穩(wěn)長(zhǎng)運(yùn)行起到非常關(guān)鍵的作用。

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