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

廣泛應用于電力、石油、化工、冶金等行業(yè)， 對汽輪機、水輪機、發(fā)電機、鼓風機、壓縮機、齒輪箱等大型旋轉機械的軸的徑向振動、軸 向位移、鑒相器、軸轉速、脹差、偏心、油膜厚度等進行在線測量和安全保護，以及轉子動 力學研究和零件尺寸檢驗等方面

為何采用電渦流位移傳感器 電渦流位移傳感器可以準確測量被測體(必須是金屬導體)與探頭端面的相對位置。

● 電渦流位移傳感器長期工作可靠性好、靈敏度高、抗干擾能力強、非接觸測量、響應 速度快、不受油水等介質的影響，常被用于對大型旋轉機械的軸位移、軸振動、軸轉 速等參數(shù)進行長期實時監(jiān)測，可以分析出設備的工作狀況和故障原因，有效地對設備 進行保護及進行預測性維修。

● 從轉子動力學、軸承學的理論上分析，大型旋轉機械的運行狀態(tài)主要取決于其——

轉軸，而電渦流位移傳感器能直接測量轉軸的各種運行狀態(tài)，測量結果可靠、可信。 過去，對于機械的振動測量采用加速度傳感器或速度傳感器，通過測量機殼振動，間接地 測量轉軸振動，測量結果的可信度不高。

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

的反作用，就會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有關， 又與靜磁學效應有關，即與金屬導體的電導率、磁導率、 幾何形狀、線圈幾何參數(shù)、激勵電流頻率以及線圈到金屬 導體的距離等參數(shù)有關。假定金屬導體是均質的，其性能 是線性和各向同性的，則線圈——金屬導體系統(tǒng)的物理性 質通常可由金屬導體的磁導率μ、電導率σ、尺寸因子r， 線圈與金屬導體距離δ，線圈激勵電流強度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 線性修正被測金屬導體如果控制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)。在實際應用中，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換 成電壓或電流輸出。這個電子線路并不是直接測量線圈 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被測金屬導將一個固定電容C 0 ? C 1C 2 和探頭線圈Lx并聯(lián)與晶體管T一起構成一個振蕩器，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會隨探頭與被測間距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δ0處(對應輸出電壓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，(δ2，U2) —— 線性末點。

前置器是一個電子信號處理器。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 頭端面與被測金屬導體間隙線性變化的輸出電壓或電流信號。

前置器是一個電子信號處理器。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 頭端面與被測金屬導體間隙線性變化的輸出電壓或電流信號。

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M4×12 GB29-76螺栓安裝(產(chǎn)品附件);導軌安裝，可以方便地安裝在標準35mm導軌上。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，不會發(fā)生松動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)部已將殼體與信號公共

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

前置器的實用設計:前置器的結構使高頻插座內(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。前置器的容錯性:電源端、公共端(信號地)、輸出端任意接線錯誤不會損壞前置器，電源極性錯誤保護，輸出短路保護。 前置器的是電子線路板，除個別校準用的元件外，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。前置器在出廠校準后，各校準元件也用硅膠密封，用戶自行校準后，也應這樣做。

傳感器特性與被測體的導電率和導磁率有關， 當被測體為導磁材料(如普通鋼、結構鋼等)時，由 于磁效應和渦流效應同時存在，而且磁效應與渦流 效應相反，要抵消部分渦流效應，使得傳感器感應 靈敏度低;而當被測體為非導磁或弱導磁材料(如 銅、鋁、合金鋼等)時，由于磁效應弱，相對來說 渦流效應要強，因此傳感器感應靈敏度要高。圖1-9 列出了同一套傳感器測量幾種典型材料時的輸出 特性曲線，圖中各曲線所對應的靈敏度為:

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

銅鋁45號鋼 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進行特別說明，通常，在出廠前傳感器系統(tǒng)用40CrMo材料試件進行校準， 只有和它同系列的被測體材料，產(chǎn)生的特性方程才能和40CrMo的相近;當被測體的材料與 40CrMo成分相差很大時，則須按第三章節(jié)所述步驟進行重新校準，否則可能造成很大的 測量誤差。

因為大多數(shù)的汽輪機、鼓風機等設備的轉軸是用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，能適合大多數(shù)的測量對象。

鑒相器測量

鑒相器測量就是通過在被測軸上設置一個凹槽或凸鍵，稱為鑒相標記。當這個凹槽或凸 鍵轉到探頭安裝位置時，相當于探頭與被測面間距突變，傳感器會產(chǎn)生一個脈沖信號，軸每 轉一圈，就會產(chǎn)生一個脈沖信號，產(chǎn)生的時刻表明了軸在每轉周期中的位置。同時通過對脈 沖計數(shù)，可以測量軸的轉速;通過將脈沖與軸的振動信號比較，可以確定振動的相位角，用 于軸的動平衡分析以及設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標準要求不小于7V)。 一般若采用φ8探頭，則這一凹槽或凸鍵寬度應大于7.6mm、深度或高度應大于1.5mm(推薦采 用2.5mm以上)、長度應大于10mm。凹槽或凸鍵應平行于軸中心線，其長度盡量長，以防止當 軸產(chǎn)生軸向竄動時，探頭還能對著凹槽或凸鍵。

探頭的安裝

安裝探頭時，您應注意以下幾個問題:

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實際的測量值是被測體相對于探頭的相對值，而需要的測量結果是被測體相對于其基座 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。對于不同的測量要求和 不同的被測體結構，安裝支架的形狀和尺寸各種各樣，常用的有機器內(nèi)部探頭安裝支架和機 器外部探頭安裝支架。

探頭安裝的一般步驟

1、根據(jù)測量部位的量程、安裝空間的環(huán)境和尺寸、被測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中規(guī)定的配套探頭 直徑是否一致、探頭電纜長度加延伸電纜長度是否符合前置器對電纜長度的要求等)。通常成 套訂購的傳感器，在出廠時提供有校驗卡，校驗卡上注明了配套校準的傳感器各部分的型號、 編號，可據(jù)此與產(chǎn)品上的標記核對。然后在傳感器的探頭、延伸電纜(如果有的話)、前置器 上分別進行特定標記(如“1#瓦水平振動”、“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)接關系，電纜兩端應都做標記以便在多根電纜頭中進行分辨，這種標記應該 能防油、防水。

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

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

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螺孔進行緊 固，外部安裝探頭一般都是在機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，則應先將探頭緊固在支架上，再將支 架擰進安裝螺孔內(nèi)。

6、調整探頭安裝間隙。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) 傳感器的典型應用關于軸的徑向振動測量、軸向位移測量、鑒相器測量中的說明。關于調整 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、螺母都應用彈簧墊圈以防松動。(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(多個探頭共用一個電纜密封裝置 時，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，應把機器內(nèi)部的金屬屑清除干凈。

!注意

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