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電渦流位移傳感器
閱讀�4604時間�2017-05-23 14:21:00

    電渦�傳感�能靜�(tài)和動�(tài)地非接觸、高線性度、高分辨力地測量被測金屬導體距探頭表面距�。它是一種非接觸的線性化計量工具�電渦流傳感器能準確測量被測體(必須是金屬導體)與探頭端面之間靜態(tài)和動�(tài)的相對位移變�。在高速旋轉機械和往復式運動機械狀�(tài)分析,振動研�、分析測量中,對非接觸的高精度振�、位移信�,能連續(xù)準確地采集到轉子振動狀�(tài)的多種參數。如軸的徑向振動、振幅以及軸向位�。電渦流傳感�以其長期工作可靠性好、測量范圍寬、靈敏度��分辨�高等�(yōu)�,在大型旋轉機械狀�(tài)的在線監(jiān)測與故障診斷中得到廣泛應用�

基本原理

    從轉子動力學、軸承學的理論上分析,大型旋轉機械的運動狀�(tài),主要取決于其核心—轉�,而電渦流傳感�,能直接非接觸測量轉軸的狀�(tài),對諸如轉子的不平衡、不對中、軸承磨�、軸裂紋及發(fā)生摩擦等機械問題的早期判�,可提供關鍵的信��
    根據法拉第電磁感應原理,塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時,導體內將產生呈渦旋狀的感應電�,此電流叫電渦流,以上現象稱為電渦流效應。而根據電渦流效應制成的傳感器稱為電渦流式傳感器�
    電渦流位移傳感器系統(tǒng)中的前置器中高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈,在探頭頭部的線圈中產生交變的磁場。當被測金屬體靠近這一磁場,則在此金屬表面產生感應電流,與此同時該電渦流場也產生一個方向與頭部線圈方向相反的交變磁�,由于其反作�,使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變(線圈的有效阻抗�,這一變化與金屬體磁導率、電導率、線圈的幾何形狀、幾何尺�、電流頻率以及頭部線圈到金屬導體表面的距離等參數有關。通常假定金屬導體材質均勻且性能是線性和各項同�,則線圈和金屬導體系�(tǒng)的物理性質可由金屬導體的電導率б、磁導率ξ、尺寸因子�、頭部體線圈與金屬導體表面的距離D、電流強度I和頻率ω參數來描述。則線圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函數來表�。通常我們能做到控制τ, ξ, б, I, ω這幾個參數在一定范圍內不變,則線圈的特征阻抗Z就成為距離D的單值函數,雖然它整個函數是一非線性的,其函數特征為“S”型曲線,但可以選取它近似為線性的一�。于�,通過前置器電子線路的處理,將線圈阻抗Z的變�,即頭部體線圈與金屬導體的距離D的變化轉化成電壓或電流的變化,輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間距而變�,電渦流位移傳感器就是根據這一原理實現對金屬物體的位移、振動等參數的測量�
    按照電渦流在導體內的貫穿情況,傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩�,但從基本工作原理上來說仍是相似��
    其工作過程是:當被測金屬與探頭之間的距離�(fā)生變化時,探頭中線圈的Q值也�(fā)生變�,Q值的變化引起振蕩電壓幅度的變�,而這個隨距離變化的振蕩電壓經過檢�、濾泀線性補�、放大歸一處理轉化成電壓(電流)變�,最終完成機械位�(間隙)轉換成電壓(電流�。由上所�,電渦流傳感器工作系�(tǒng)中被測體可看作傳感器系統(tǒng)的一�,即一個電渦流位移傳感器的性能與被測體有關�

安裝要求

    軸的徑向振動測量
    當需要測量軸的徑向振動時,要求軸的直徑大于探頭直徑的三倍以�。每個測點應同時安裝兩個傳感器探頭,兩個探頭應分別安裝在軸承兩邊的同一平面上相�90o±5o。由于軸承蓋一般是水平分割�,因此通常將兩個探頭分別安裝在垂直中心線每一�45o,從原動機端�,分別定義為X探頭(水平方向)和Y探頭(垂直方向),X方向在垂直中心線的右側,Y方向在垂直中心線的左��
    軸的徑向振動測量時探頭的安裝位置應該盡量靠近軸承,否則由于軸的撓�,得到的值會有偏��
    軸的徑向振動探頭安裝位置與軸承的距離。軸的徑向振動測量時探頭的安裝:
    測量軸承直徑 距離
    0~76mm 25mm
    76~510mm 76mm
    大于520mm 160mm
    探頭中心線應與軸心線正交,探頭監(jiān)測的表面(正對探頭中心線的兩�1.5倍探頭直徑寬度的軸的整個圓周面,如圖)應無裂痕或其它任何不連續(xù)的表面現象(如鍵�、凸凹不�、油孔等�,且在這個范圍內不能有噴鍍金屬或電鍍,其表面的粗糟度應在0.4 um�0.8um之間�
    軸的軸向位移測量
    測量軸的軸向位移�,測量面應該與軸是一個整�,這個測量面是以探頭的中心線為中�,寬度為1.5倍的探頭圓環(huán)。探頭安裝距離距止推法蘭盤不應超�305mm,測量結果不僅包含軸向位移的變化,而且包含脹差在內的變化,這樣測量的不是軸的真實位移��
    鍵相測量
    鍵相測量就是通過在被測軸上設置一個凹槽或凸鍵,稱鍵相標記。當這個凹槽或凸鍵轉到探頭位置時,相當于探頭與被測面間距突�,傳感器會產生一個脈沖信�,軸每轉一圈,就會產生一個脈沖信�,產生的時刻表明了軸在每轉周期中的位置。因此通過對脈沖計�,可以測量軸的轉�;通過將脈沖與軸的振動信號比較,可以確定振動的相位�,用于軸的動平衡分析以及設備的故障分析與診斷等方��
    凹槽或凸鍵要足夠�,以使產生的脈沖信號峰峰值不小于5V。一般若采用φ5、�8探頭,則這一凹槽或凸鍵寬度應大于7.6mm、深度或高度應大�1.5mm(推薦采�2.5mm以上�、長度應大于0.2mm。凹槽或凸鍵應平行于軸中心線,以防當軸產生軸向竄動時,探頭還能對著凹槽或凸鍵。為了避免由于軸相位移引起的探頭與被測面之間的間隙變化過�,應將鍵相探頭安裝在軸的徑向,而不是軸向的位置。應盡可能地將鍵相探頭安裝在機組的驅動部分上,這樣即使機組的驅動部分與載荷脫離,傳感器仍會有鍵相信號輸�。當機組具有不同的轉速時通常需要有多套鍵相傳感器探頭對其進行�(jiān)�,從而可以為機組的各部分提供有效的鍵相信��
    鍵相標記可以是凹槽,也可以是凸鍵,如圖所示,標準要求用凹槽的形式。當標記是凹槽時,安裝探頭要對著軸的完整部分調整初始安裝間隙(安裝在傳感器的線性中點為宜),而不是對著凹槽來調整初始安裝間隙。而當標記是凸鍵時探頭一定要對著凸起的頂部表面調整初始安裝間隙(安裝在傳感器的線性中點為宜),不是對著軸的其它完整表面進行調整。否則當軸轉動時,可能會造成凸鍵與探頭碰�,剪斷探頭�

影響

    被測體材料對傳感器的影響
    傳感器特性與被測體的電導率�、磁導率ξ有關,當被測體為導磁材料(如普通鋼、結構鋼等)�,由于渦流效應和磁效應同時存�,磁效應反作用于渦流效應,使得渦流效應減�,即傳感器的靈敏度降�。而當被測體為弱導磁材料(如銅,鋁,合金鋼等)時,由于磁效應弱,相對來說渦流效應要�,因此傳感器感應靈敏度要��
    被測體表面平整度對傳感器的影�
    不規(guī)則的被測體表�,會給實際的測量帶來附加誤差,因此對被測體表面應該平整光�,不應存在凸�、洞�、刻�、凹槽等缺陷。一般要�,對于振動測量的被測表面粗糙度要求在0.4um�0.8um之間;對于位移測量被測表面粗糙度要求�0.4um�1.6um之間�
    被測體表面磁效應對傳感器的影�
    電渦流效應主要集中在被測體表�,如果由于加工過程中形成殘磁效應,以及淬火不均勻、硬度不均勻、金相組織不均勻、結晶結構不均勻等都會影響傳感器特�。在進行振動測量時,如果被測體表面殘磁效應過�,會出現測量波形�(fā)生畸��
    被測體表面鍍層對傳感器的影響
    被測體表面的鍍層對傳感器的影響相當于改變了被測體材料,視其鍍層的材質、厚�,傳感器的靈敏度會略有變化�
    被測體表面尺寸對傳感器的影響
    由于探頭線圈產生的磁場范圍是一定的,而被測體表面形成的渦流場也是一定的。這樣就對被測體表面大小有一定要�。通常,當被測體表面為平面�,以正對探頭中心線的點為中心,被測面直徑應大于探頭頭部直徑的1.5倍以�;當被測體為圓軸且探頭中心線與軸心線正交時,一般要求被測軸直徑為探頭頭部直徑的3倍以�,否則傳感器的靈敏度會下�,被測體表面越小,靈敏度下降越多。實驗測試,當被測體表面大小與探頭頭部直徑相�,其靈敏度會下降�72%左右。被測體的厚度也會影響測量結�。被測體中電渦流場作用的深度由頻率、材料導電率、導磁率決定。因此如果被測體太薄,將會造成電渦流作用不夠,使傳感器靈敏度下�,一般要求厚度大�0.1mm以上的鋼等導磁材料及厚度大于0.05mm以上的銅、鋁等弱導磁材料,則靈敏度不會受其厚度的影響�

故障處理

    振動與位移的準確測量對于�(wěn)定運行至關重要,一般振動和位移探頭都是成對安裝�,如果其中一個不正常,若該點處的溫度以及其他相關工藝指標都無異常�,就可以判斷這個報警是假的,經過多年的經驗電渦流傳感器設計工程師提出能夠引起誤報警的主要的幾個方面的原因�
    探頭安裝質量因素
    探頭安裝質量因素引起的故障誤報警,引起誤報警的原因有探頭鎖緊螺帽松動,延�,電纜中間接頭松動或接觸不良前置器連接接頭滑扣或松動等�
    處理方法:在安裝探頭時,用合適的工具用力上緊螺帽,螺帽松動情況在運行中基本不會出�,但由于系統(tǒng)的多次拆裝和長期運行,中間轉接接頭松�,或接觸不良在運行中可能會出現,這就需要在每次,檢修中將接頭處的油污雜質清除干凈,并做好接頭處的絕緣密封工�,為了確保中間接頭擰緊,可以在用手擰緊后,再用尖嘴鉗緊固圈即��
    測量線路引起的故障誤報警
    測量線路引起的故障誤報警常見的原因有前置放大器接線端子松動或接觸不良,處接線端子松動或接觸不�,探頭延�,電纜破�,線路屏蔽線接地等�
    處理方法:這類故障不容易判�,生產運行期間也不便于徹底檢查,如果查出問題之后,處理方法就對于接線端子松動或接觸不良引起的誤報警可以在解除該點聯鎖后進行處理,對于電纜破皮,可以在破皮處纏繞耐油密封膠帶或用熱縮管進行收縮包裹,若線路屏蔽線接地則需要重新接�,采取防接地措施前置器處的個壓接端子在多次壓接之后,很容易出現損壞,無法壓緊線�,由于前置器整體構造的特點,端子損壞后很難修復,必須更換新的前置器,這樣造成了很大的浪費,建議在前置器與之間再增加一接線端子�,這樣前置器處的壓接端子只需一次將線接好,以后檢查線路就在新增加的端子排處進行�

探頭故障引起的誤報警

    此類故障在機組運行期間無法處�,必須進行停機處理,探頭在設備搬運和拆卸過程中,可能會因碰�,和磨損而損壞端部的測量線圈,所以在每次安裝之前,要進行檢查校驗,首先進行外觀的檢查,外觀無用萬用表測量其直流阻抗,若在明顯缺陷的情況�,規(guī)定范圍內則說明探頭完�,若外觀有明顯缺陷,如端部有磨損現象,電纜皮破損較大�,在處理破損后,除測量阻抗外,還需要用專用的傳感器標準校驗,進行校驗,校驗結果合格后,方可使用儀此探�,不論何種故�,在機組運行期間,現場檢查只能進行以下內容,在解除聯鎖的前提下,檢查接線是否正常,前置器的接線端子有無松動,前置器供電電壓是否正常,若探頭中間轉接頭在機組殼,體外保護管內,可以檢查中間轉接頭有無松動,絕緣是否良�,若想做更進一步檢�,就必須進行停機處理�

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