淺談電渦流傳感器測量系統(tǒng)中信號干擾的消除

穆衛(wèi)京

(陜西咸陽化學工業(yè)有限公司，陜西 西咸新區(qū) 712000)

電渦流傳感器測量系統(tǒng)易受外界磁場的干擾，引起測量值的瞬間跳變，導致機組保護系統(tǒng)誤動作，電渦流傳感器測量系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

1) 前置器。前置器內(nèi)置的電子線路可以產(chǎn)生1個無線電頻率信號，通過該頻率信號可以探測到能量的損耗；同時產(chǎn)生1個輸出電壓，該電壓與所測間隙成正比。前置器有兩種： 一種配置5 m電特性的電纜，另一種配置9 m電特性的電纜。在低無線電頻率下的1 m物理長度的理想同軸電纜的電特性再加上某安全系數(shù)，即為1 m電特性。對于一個完整的傳感器測量系統(tǒng)，探頭所帶電纜和延伸電纜均應有正確的電特性，以保證測量系統(tǒng)的正確運行。

2) 探頭。探頭是測量系統(tǒng)的傳感器部分，靠近旋轉(zhuǎn)機械軸的表面，能探測出探頭頂部與旋轉(zhuǎn)機械軸表面之間的間隙。探頭實際上是由1個直徑約5 mm的線圈與厚度約3 mm的聚苯撐硫保護層組成，從而使探頭直徑增加到約8 mm。聚苯撐硫保護層可以增加探頭的強度，在危險環(huán)境中對探頭起保護作用。

3) 延伸電纜。延伸電纜兩端連接探頭和前置器，并使整個測量系統(tǒng)配置的電纜滿足5 m或9 m電特性的要求。延伸電纜和探頭所配置的電纜，均帶有編織鎧裝屏蔽層，電纜外部還有一層絕緣的特氟隆外皮。該編織鎧裝與不銹鋼鎧裝屏蔽層不同，編織鎧裝屏蔽層可防止內(nèi)部電纜被切壞。

1 電渦流傳感器測量系統(tǒng)工作原理

電渦流傳感器測量系統(tǒng)的前置器會產(chǎn)生1個低功率無線電頻率信號，該信號由延伸電纜送至探頭端部的線圈上。在信號傳輸過程中，如果周邊不存在導體，則釋放的能量都會傳送到探頭；如果有導體接近探頭頂端，則該信號會在導體表面形成小的電渦流，該電渦流使無線電頻率信號產(chǎn)生能量損耗。導體表面距離探頭頂部越近，能量損耗越大，電渦流傳感器測量系統(tǒng)通過測量該能量損耗，并將其轉(zhuǎn)換為前置器的輸出電壓，用于測量旋轉(zhuǎn)機械軸位移或軸振動。

前置器輸出電壓與探頭頂部和旋轉(zhuǎn)機械軸表面之間的間隙在一定的寬度范圍內(nèi)成線性比例關(guān)系。Bently3300系列8 mm電渦流傳感器測量系統(tǒng)線性測量范圍為2 mm，在該范圍內(nèi)，該系統(tǒng)前置器輸出電壓與間隙間的曲線斜率為7.78 V/mm，在較大的溫度范圍內(nèi)，測量間隙時，系統(tǒng)具有靈敏度高的性能，滿足了測量精度的需求。

2 傳感器測量系統(tǒng)存在的問題

某公司現(xiàn)有2套空分裝置，單套設計生產(chǎn)能力為4.3×104m3/h，每套空分裝置帶有2臺膨脹機，一開一備。膨脹機軸系上2個振動測點呈90°安裝，2個振動測點的測量值參與膨脹機的聯(lián)鎖保護，任意1個測點的測量值達到聯(lián)鎖值時，振動探頭經(jīng)過前置器，將電壓信號轉(zhuǎn)換為4～20 mA信號送至控制室，實現(xiàn)膨脹機停機。

2012-02-09T22： 40，該公司空分工段工藝操作人員反映，第2套空分A膨脹機膨脹端軸向軸承溫度指示出現(xiàn)波動。儀表人員先在中心控制室檢查溫度測點，未發(fā)現(xiàn)溫度測量信號異常；現(xiàn)場檢查過程中，中心控制室監(jiān)測到A膨脹機膨脹端軸振動B波動較大，儀表人員測量完熱電阻阻值后，返回中心控制室后得知A膨脹機已跳車。在工程師站服務器上打開SOE事件記錄，查找跳車原因，事件記錄顯示2012-02-09T22： 50 A膨脹機膨脹端軸振動B振動值高高，膨脹機跳車，歷史趨勢如圖1所示。

圖1 膨脹機振動和溫度測點DCS歷史趨勢

從圖1可以看出，故障時的振動值波動幅度較為明顯，而且是尖脈沖。停車后經(jīng)過反復實驗，模擬事故發(fā)生時的操作，發(fā)現(xiàn)當膨脹機就地控制柜柜門打開測量溫度測點時，振動測點的測量值波動幅度就很大，最高達到滿量程100 um。放大曲線觀看，達到跳車值49.8 um時的持續(xù)時間已經(jīng)超過了3 s的延時時間，造成膨脹機停車，其歷史趨勢如圖2所示。

圖2 測量溫度測點時振動測點波動曲線

3 膨脹機振動測量回路

3.1 工作原理

膨脹機上有2個振動測點，監(jiān)測信號從電渦流傳感器探頭經(jīng)延伸電纜進入膨脹機就地電控柜，再接入安裝在就地電控柜中的前置器；前置器將轉(zhuǎn)換信號引至分散控制系統(tǒng)(DCS)，操作人員可以在中心控制室DCS電腦屏幕上監(jiān)視到膨脹機軸系振動的測量值。

3.2 干擾原因分析

檢查振動測量回路中的所有環(huán)節(jié)，首先檢查現(xiàn)場控制柜至機柜間的控制電纜，發(fā)現(xiàn)電纜的絕緣性能等良好。對于膨脹端軸向軸承溫度指示出現(xiàn)波動的原因，現(xiàn)場經(jīng)過多次試驗，波動呈無規(guī)律且有峰值現(xiàn)象。膨脹機的振動測量回路和膨脹機就地控制柜安裝在同一只機柜內(nèi)，當柜門關(guān)閉時，由于機柜的屏蔽作用，能起到一定的抗干擾作用；當柜門打開后，振動測量回路易受環(huán)境中的電磁干擾，測量值產(chǎn)生波動。最初分析主要原因是電磁干擾引起的：

1) 膨脹機振動測量回路中，從電渦流傳感器出來的延伸電纜與電氣控制電纜敷設在同一層電纜橋架內(nèi)，控制電纜與電氣電纜沒有分開，從而導致出現(xiàn)信號干擾。

2) 前置器是無線電頻率信號的發(fā)生和接收裝置，將其安裝在膨脹機的就地電控柜內(nèi)，是整個電渦流傳感器測量系統(tǒng)中易受干擾的環(huán)節(jié)，因此柜門打開時，就會出現(xiàn)振動測量值跳變的現(xiàn)象。

3.3 測量系統(tǒng)中信號干擾的消除

膨脹機振動測量回路中，探頭至前置器是回路中易受電磁干擾的部分；同時延伸電纜的敷設及前置器的安裝位置存在缺陷。因此，從上述兩方面入手，可消除膨脹機軸振動測點信號的干擾問題：

1) 電渦流傳感器至前置器的延伸電纜敷設時，應遠離電氣電纜并單獨穿管敷設，以增加延伸電纜的抗干擾能力。

2) 將前置器放置在儀表接線箱內(nèi)，該儀表接線箱應密閉且接地良好。

2012年7月檢修過程中，筆者對膨脹機測量回路進行了改造，改造后電渦流傳感器測量系統(tǒng)的測量值非常穩(wěn)定，徹底解決了該公司膨脹機安全穩(wěn)定運行存在的隱患。

4 結(jié)束語

利用電渦流傳感器測量大型旋轉(zhuǎn)機械的軸系振動時，傳感器探頭至前置器的測量回路易受電磁信號的干擾，設計、施工和安裝時，應采取抗干擾措施，將影響降至最低。此外，儀表電纜的規(guī)范敷設、前置器單端接地等在抗干擾過程中也是非常必要的。