渦流傳感器安裝調(diào)試應(yīng)注意的問題分析

鄒勝福

摘? 要：電渦流傳感器具有靈敏度高，線性度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，線性測(cè)量范圍寬，非接觸測(cè)量，可在油氣水等惡劣環(huán)境下連續(xù)工作特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)信息遠(yuǎn)距離傳輸控制優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域位移、偏心、轉(zhuǎn)速等物理量在線檢測(cè)，為精密診斷技術(shù)提供全息動(dòng)態(tài)特性，對(duì)電渦流傳感器研究具有重要意義。目前對(duì)渦流傳感器研究集中于電磁學(xué)模型機(jī)理，測(cè)量精度提高等方面。本文簡(jiǎn)述渦流傳感器工作原理，進(jìn)口渦流傳感器技術(shù)性能指標(biāo)，論述渦流傳感器在汽輪發(fā)電機(jī)組上測(cè)量參數(shù)，確定方法，針對(duì)傳感器安裝出現(xiàn)問題提出預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：渦流傳感器? 安裝調(diào)試? 注意問題? 工作原理

中圖分類號(hào)：TP212 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2021）01（b）-0046-03

Analysis of Problems in Installation and Debugging of Eddy Current Sensor

ZOU Shengfu

（Nanyang Vocational College， Nanyang， Henan Province， 474500 China）

Abstract： Eddy current sensor has high sensitivity， high linearity， simple structure， wide range of linear measurement， non-contact measurement， and can work continuously in harsh environment such as oil， gas and water. It is widely used in on-line detection of displacement， eccentricity and rotational speed in industrial production. At present， the research on eddy current sensor focuses on the mechanism of electromagnetism model and the improvement of measurement accuracy. This paper briefly describes the working principle of eddy current sensor， the technical performance index of imported eddy current sensor， discusses the measurement parameters of eddy current sensor on turbine generator set， determines the method， and puts forward preventive measures for the problems of sensor installation.

Key Words： Eddy current sensor; Installation and commissioning; Attention; Working principle

當(dāng)今高科技信息時(shí)代，通信計(jì)算機(jī)被譽(yù)為現(xiàn)代信息領(lǐng)域支柱。傳感器技術(shù)是信息技術(shù)的敲門磚，隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)自動(dòng)化技術(shù)等日益重視。傳感器受到多方關(guān)注，近幾年國(guó)家不斷推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和諧發(fā)展，傳感器因其自身特點(diǎn)在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。通過傳感器才能進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制自動(dòng)化，傳感器技術(shù)水平對(duì)測(cè)控系統(tǒng)質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。傳感器技術(shù)發(fā)展水平?jīng)Q定國(guó)家工業(yè)化水平，在國(guó)防工業(yè)中需要大量傳感器，用于不同環(huán)境下現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)測(cè)量，隨著人們對(duì)測(cè)控要求提高，傳感器向智能化等方向發(fā)展。TSI汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)保護(hù)儀表在汽輪機(jī)組安全運(yùn)行中發(fā)揮重要作用，TSI汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)保護(hù)儀表中渦流傳感器是其中核心元件，由于國(guó)產(chǎn)渦流傳感器制造技術(shù)較為落后，國(guó)產(chǎn)TSI汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)保護(hù)儀表用于監(jiān)測(cè)中小型汽輪機(jī)組部分參數(shù)，大型汽輪機(jī)組由于進(jìn)口傳感器備件緊缺采用國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品代替，美國(guó)本特利等公司成套TSI汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)保護(hù)儀表使用在大型汽輪機(jī)組。渦流傳感器安裝非常重要，渦流傳感器未嚴(yán)格按技術(shù)要求安裝，影響TSI汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)保護(hù)儀表作用發(fā)揮。本文針對(duì)本特利公司7200系列和愛普公司RMS-700系列渦流傳感器安裝調(diào)試問題提出解決方法。

1? 渦流傳感器工作原理

渦流傳感器由高頻電纜及前置放大器組成，傳感器通過高頻電纜與放大器連接。工作原理基于麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，前置器向傳感器線圈提供2MHz高頻電流信號(hào)，高頻磁場(chǎng)穿過被測(cè)金屬物體表面感應(yīng)產(chǎn)生環(huán)形電渦流，高頻磁場(chǎng)影響改變傳感器線圈阻抗及互感等參數(shù)。參數(shù)變化與被測(cè)金屬材料，傳感器線圈平面距離有關(guān)[1]。被測(cè)金屬物體材料確定，金屬物體被測(cè)面位移量為傳感器線圈阻抗單值函數(shù)。

通過前置器檢測(cè)波電路將金屬物體被測(cè)面位移量變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。渦流傳感器工作中被測(cè)金屬物體平面產(chǎn)生電渦流為同心圓環(huán)，被測(cè)金屬物體為平面，渦流作用圓環(huán)直徑大于傳感器線圈直徑3倍。渦流傳感器輸出電壓信號(hào)U與傳感器端面至被測(cè)面距離關(guān)系為系統(tǒng)響應(yīng)特性，表示關(guān)系曲線為系統(tǒng)響應(yīng)特性曲線。D0，d1，d2為渦流傳感器線性量程中點(diǎn)，上下限，U0，U1，U2為線性量程中點(diǎn)上下限對(duì)應(yīng)輸出電壓信號(hào)。影響傳感器測(cè)量精度因素包括被測(cè)材料厚度，幾何尺寸，電磁徑跳等。渦流傳感器工作產(chǎn)生磁效應(yīng)，被測(cè)材料只能是金屬，被測(cè)金屬材料為導(dǎo)電材料，渦流傳感器靈敏度高。材料導(dǎo)電導(dǎo)磁時(shí)，由于渦流效應(yīng)存在相互抵消，作用結(jié)果使傳感器領(lǐng)密度下降，渦流傳感器檢測(cè)導(dǎo)電材料靈敏度高。

2? 渦流傳感器安裝要求

傳感器安裝需要按規(guī)定要求操作，安裝一般要求包括支架剛度滿足測(cè)量要求，支架自振頻率大于汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)速10倍;被測(cè)金屬物體表面光潔，防止機(jī)械徑跳產(chǎn)生測(cè)量誤差;支架端面距離傳感器測(cè)量端面大于直徑1倍;傳感器安裝距離較近，軸心線距離大于傳感器直徑3倍;傳感器通過穿孔安裝，在沿傳感器軸線45°椎體內(nèi)被測(cè)金屬物體外，不應(yīng)有其他金屬物體。

傳感器中選與金屬物體被測(cè)平面垂直度控制在艾普公司規(guī)定范圍內(nèi)。測(cè)量軸振動(dòng)傳感器安裝，傳感器軸線距被測(cè)軸距徑端面距離L滿足規(guī)定限制條件。直徑大于傳感器直徑4倍。測(cè)量軸向位移，以軸推理盤為被測(cè)平面。為防止引起測(cè)量誤差，軸被測(cè)圓盤平面距軸推理盤距離不大于300mm;徑向測(cè)量傳感器安裝考慮機(jī)械徑向跳動(dòng)量，傳感器水平安裝考慮軸旋轉(zhuǎn)偏移量;傳感器通過延長(zhǎng)套管安裝，必須固定延長(zhǎng)套管[3]。軸被測(cè)圓盤尺寸應(yīng)滿足愛普公司規(guī)定條件。安裝傳感器應(yīng)考慮線性量程滿足被測(cè)對(duì)象工作位移范圍。

儀表顯示量程與被測(cè)對(duì)象工作位移范圍一致，本特利公司允許傳感器在同系列轉(zhuǎn)換，如3300系列ψ8mm傳感器測(cè)量系統(tǒng)傳感器，規(guī)格確定后可以互換。不能與ψ11mm傳感器測(cè)量系統(tǒng)前置器互換。PR6423傳感器在測(cè)量精度低參數(shù)時(shí)，延長(zhǎng)電纜可以互換。PR6424傳感器測(cè)量脹差時(shí)，延長(zhǎng)電纜必須與供貨型號(hào)成套使用。應(yīng)保證傳感器測(cè)量系統(tǒng)單點(diǎn)接地，屏蔽層集中在監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)機(jī)柜處。

傳感器安裝前對(duì)測(cè)量系統(tǒng)校驗(yàn)，檢查傳感器線路電阻，在維護(hù)時(shí)作為判斷傳感器是否損壞依據(jù)。防止傳感器碰撞，安裝前檢查延長(zhǎng)線纜是否有損壞現(xiàn)象。安裝調(diào)整間隙時(shí)使傳感器電纜旋轉(zhuǎn);安裝后前置器電纜套裝在金屬保護(hù)管內(nèi)安裝牢固。將傳感器及前置器加上標(biāo)簽。前置器安裝在防塵處，電纜接頭干燥，防止接觸不良現(xiàn)象發(fā)生。電纜接頭采用耐油膠帶密封，采用本特利公司專用密封材料，不能用電工膠帶密封。電纜與延長(zhǎng)電纜接頭置于機(jī)器缸體外。使用環(huán)境溫度下不應(yīng)超過傳感器規(guī)定工作溫度。

3? 渦流傳感器測(cè)量安裝

安裝傳感器測(cè)量系統(tǒng)前要了解渦流傳感器技術(shù)性能指標(biāo)，PR6423，PR6426傳感器與不同型號(hào)前置器組合有多種量程段可選[4]。渦流傳感器為非接觸測(cè)量，適用于測(cè)量機(jī)械位移量變化，電力系統(tǒng)傳感器用于測(cè)量汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，偏心，軸向位移等參數(shù)。傳感器安裝是安裝間隙調(diào)整，滿足安裝一般要求條件外，必須在常溫下安裝。保證安裝零位與被測(cè)對(duì)象一致，安裝間隙在線性量程中點(diǎn)。

3.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量及傳感器安裝

轉(zhuǎn)速是汽輪機(jī)組重要運(yùn)行參數(shù)，通過檢測(cè)測(cè)速齒輪發(fā)出脈沖信號(hào)測(cè)量汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)速。渦流傳感器可以估算理想狀態(tài)下測(cè)量轉(zhuǎn)子頻率，設(shè)測(cè)速齒輪數(shù)為Z，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)頻率為f，檢測(cè)齒輪齒頂齒底輸出電壓信號(hào)峰值為Vp-p，理想狀態(tài)下f=Z/60·n，最差狀態(tài)下V=Vp-p·F/√F2+f2，f=Z/60·n·A+B/2A，A為齒輪齒較小者，B為齒輪斥候較大者。理想狀態(tài)是測(cè)速齒輪為小齒輪;最差狀態(tài)是不對(duì)稱齒輪。理想狀態(tài)下轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)頻率f為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的Z/60倍，測(cè)速齒輪采用齒輪Z為60小齒輪，公式變?yōu)閚=f，有利于數(shù)據(jù)處理。

測(cè)速齒輪數(shù)Z=60，渦流傳感器輸出電壓信號(hào)與齒輪材質(zhì)有關(guān)。傳感器安裝間隙影響頻率響應(yīng)值，安裝間隙減小頻率響應(yīng)值增大。振動(dòng)調(diào)動(dòng)較大測(cè)速齒輪，本特利公司認(rèn)為測(cè)得速度信號(hào)幅值是振動(dòng)信號(hào)2倍。采用3300系列￠ 8mm傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速，測(cè)速齒輪頂圓安裝間隙控制在1.1～1.3mm。艾普公司規(guī)定測(cè)速齒輪采用模數(shù)≥1，采用齒間≥1.5mm，齒寬≥4mm齒輪，采用PR6423傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速，與測(cè)速齒輪頂圓安裝間隙控制在1.3～1.5，不測(cè)量間隙電壓。

3.2 鍵相測(cè)量及傳感器安裝

采用PR9376傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速，距測(cè)齒輪頂圓安裝間隙小于1.5mm，安裝間隙用塞尺測(cè)量。注意PR9376傳感器安裝標(biāo)記，保證通過安裝標(biāo)記垂直于軸線直線平行于測(cè)速齒輪軸線。安裝傳感器考慮測(cè)速齒輪徑向跳動(dòng)。鍵相測(cè)量目的是確定轉(zhuǎn)子相位，為測(cè)量參數(shù)提供基準(zhǔn)信號(hào)。傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)子上鍵槽檢測(cè)負(fù)脈沖信號(hào)，推薦鍵槽加工尺寸為寬7.6mm，鍵槽長(zhǎng)度根據(jù)轉(zhuǎn)子膨脹長(zhǎng)度確定。

傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)子上鍵塊，檢測(cè)正脈沖信號(hào)。鍵塊尺寸采用寬7.6mm，長(zhǎng)度根據(jù)轉(zhuǎn)子膨脹長(zhǎng)度確定。采用本特利公司3300系列￠8mm渦流傳感器測(cè)量鍵相，傳感器安裝間隙控制在1.1～1.3mm。采用艾普公司PR6423渦流傳感器測(cè)量鍵相，輸出電壓調(diào)至-12VDc，采用PR9376磁敏半導(dǎo)體傳感器測(cè)量鍵相，安裝間隙控制在1.1～1.3mm。安裝調(diào)整需測(cè)量輸出間隙電壓，用塞尺復(fù)查安裝間隙是否符合要求。應(yīng)注意調(diào)整傳感器安裝間隙，必須對(duì)準(zhǔn)鍵槽塊確定安裝間隙。傳感器安裝在軸的端頭，考慮徑向跳動(dòng)量。

3.3 偏心、軸振動(dòng)測(cè)量及傳感器安裝

軸偏心表示轉(zhuǎn)子彎曲程度，是汽輪機(jī)組啟停重要檢測(cè)參數(shù)，機(jī)組盤車下檢測(cè)轉(zhuǎn)子偏心量峰值，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升至一定值，不檢測(cè)轉(zhuǎn)子偏心。軸振動(dòng)測(cè)量對(duì)防止轉(zhuǎn)子動(dòng)靜分徑向碰磨非常重要。采用兩個(gè)傳感器相互90°±5°家教安裝在軸承座，測(cè)量軸與軸承座振動(dòng)量峰值。傳感器安裝分為與垂直方向呈45°夾角，傳感器呈垂直水平方向安裝。通常以前者為宜。艾普公司采用傳感器與垂直方向呈45°夾角方式安裝。

相互垂直安裝測(cè)量系統(tǒng)輸出電壓信號(hào)分直交流分量，汽輪機(jī)組運(yùn)行中檢測(cè)軸振動(dòng)峰值對(duì)機(jī)組安全非常重要，采用本特利3300系列￠傳感器測(cè)量軸偏心，推薦零位輸出電壓為-8VDc～-9VDc，傳感器安裝零位輸出電壓調(diào)至-9VDc～-10VDc，采用艾普公司PR6423傳感器測(cè)量偏心振動(dòng)，零位輸出電壓調(diào)至-12VDc。安裝測(cè)量電壓后用塞尺復(fù)查安裝間隙是否符合要求，或采用其他方法確定安裝間隙。如通過延長(zhǎng)套管安裝在軸承座，使傳感器與轉(zhuǎn)子軸線不能垂直相交于虛假零位輸出電壓，退出至合適位置，以間隙電壓為零位輸出電壓。

3.4 軸向位移測(cè)量及傳感器安裝

汽輪機(jī)組軸向位移測(cè)量目的是防止轉(zhuǎn)子軸向碰磨，傳感器采用軸向安裝，間隙調(diào)整需在常溫下進(jìn)行。零位需與汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)子一致。采用計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)，可以任意數(shù)據(jù)設(shè)定為測(cè)量系統(tǒng)零位，安裝零位輸出電壓可略有變動(dòng)，以本特利公司軸向位移傳感器零位輸出電壓為準(zhǔn)。汽輪機(jī)組軸向位移量程為-2～2mm，無法測(cè)量轉(zhuǎn)子推理盤位移，軸向位移被測(cè)圓盤距推理盤距離在300mm內(nèi)。

本特利公司3300系列￠11mm渦流傳感器用于軸向位移測(cè)量。3300系列￠11mm渦流傳感器安裝間隙為2.5mm，720系列￠11mm渦流傳感器零位輸出電壓調(diào)至-11.6±0.2VDc;傳感器安裝間隙控制在2.55mm，安裝零位與轉(zhuǎn)子軸向位移零位誤差，通過調(diào)整軸向位移監(jiān)視器3300/20內(nèi)部短接塊在±0.0635mm～±0.381mm內(nèi)調(diào)整。PR6425渦流傳感器用于測(cè)量軸向位移，傳感器輸出電壓調(diào)至-12VDc，安裝間隙控制在3.0mm，傳感器安裝間隙與軸向位移零位誤差，可通過監(jiān)視器SDM010/S1ZERO電位器在量程±2.5%內(nèi)調(diào)整。

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