摘要：本文介紹了本特利電渦流式振動(dòng)位移傳感器結(jié)構(gòu)、基本工作原理，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故障處理。

關(guān)鍵詞：電渦流傳感器震動(dòng)檢測(cè)應(yīng)用

引言：離心式壓縮機(jī)軸系儀表的安裝與調(diào)試是壓縮機(jī)和汽輪機(jī)上非常重要的參數(shù)，直接關(guān)系到設(shè)備的安全以及系統(tǒng)的正常運(yùn)行。軸系參數(shù)通常是指軸系的震動(dòng)、位移和轉(zhuǎn)速。具體是前后軸振動(dòng)、軸位移，軸鍵相及轉(zhuǎn)速。離心式壓縮機(jī)的軸系測(cè)量一般使用電渦流式傳感器。當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)本特利電渦流傳感器對(duì)壓縮機(jī)和汽輪機(jī)的震動(dòng)、軸向位移、鍵相進(jìn)行時(shí)實(shí)監(jiān)測(cè)，并當(dāng)某一參數(shù)越限時(shí)，3500根據(jù)邏輯運(yùn)算，發(fā)出報(bào)警或者跳車信號(hào)，保護(hù)汽輪機(jī)和壓縮機(jī)設(shè)備運(yùn)行安全。

一、電渦流傳感器監(jiān)測(cè)原理

根據(jù)麥克斯韋爾電磁理論，傳感器線圈中通入由前置放大器提供的1~2MHz的高頻電流之后，線圈周圍會(huì)產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)穿過(guò)靠近它的轉(zhuǎn)軸金屬表面時(shí)，會(huì)在其中感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)電渦流。根據(jù)楞次定律，這個(gè)變化的電渦流磁場(chǎng)又會(huì)在它周圍產(chǎn)生一個(gè)電渦流磁場(chǎng)，其方向和原磁場(chǎng)方向相反，這兩個(gè)磁場(chǎng)相疊加，將改變?cè)€圈的阻抗。在磁導(dǎo)率、激勵(lì)電流強(qiáng)度、頻率等參數(shù)不變的情況下，線圈的阻抗與探頭頂部到被測(cè)金屬的表面間隙之間成線性關(guān)系。

當(dāng)傳感器與被測(cè)物體的表面間隙較小的時(shí)候，電渦流也較強(qiáng)，阻抗較大，傳感器最終的輸出電壓變小；當(dāng)傳感器與被測(cè)物體的表面間隙變大的時(shí)候，電渦流會(huì)變?nèi)?，阻抗變小，傳感器最終的輸出電壓變大。渦流的強(qiáng)弱與間隙的大小成正比，因而，傳感器的輸出與振動(dòng)和位移的大小也成線性關(guān)系。

二、本特利傳感器簡(jiǎn)介

3300XL8mm電渦流傳感器系統(tǒng)：這種電渦流傳感器系統(tǒng)提供最大80mils(2mm)線性范圍和200mV/mil的輸出。它在大多數(shù)機(jī)械監(jiān)測(cè)應(yīng)用中用于徑向振動(dòng)、軸向（側(cè)向）位移、轉(zhuǎn)速和相位測(cè)量。8mm探頭的靈敏度：7.87V/mm。從被測(cè)靶面約0.25mm處開始，從0.25mm至2.3mm，間隙電壓約－1至－17Vdc成線性

三、軸系儀表的安裝

軸系儀表的安裝一直以來(lái)是一項(xiàng)責(zé)任重大、工作繁瑣、需要多工種密切配合的工作。軸系儀表的準(zhǔn)確安裝是壓縮機(jī)在線檢測(cè)和精確控制的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)常見壓縮機(jī)組由沈鼓壓縮機(jī)搭載杭汽透平機(jī)的組合，機(jī)組安全監(jiān)控系統(tǒng)采用Bently公司提供的3300系列產(chǎn)品，以下論述震動(dòng)、位移軸系儀表的準(zhǔn)確安裝方法。

（一）位移儀表的安裝

軸位移是直接反映汽輪機(jī)動(dòng)靜間隙的最重要的技術(shù)參數(shù)，也是軸系測(cè)量中最關(guān)鍵的聯(lián)鎖儀表。每臺(tái)汽輪機(jī)和壓縮機(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，軸位移測(cè)量的就是軸偏離中心的間隙量。所以軸位移的零點(diǎn)定在軸竄量的中心位置。

位移傳感器最常用的是本特利3300系列8㎜探頭，：這種電渦流傳感器提供最大80mils(2mm)線性范圍和200mV/mil的輸出，即從測(cè)量面0.25㎜開始，在0.25㎜~2.25㎜范圍內(nèi)，輸出電壓線性。3300系列8㎜探頭的零點(diǎn)間隙值廠家推薦1.27㎜是最佳安裝間隙（注：不同型號(hào)探頭零界值不同），其靈敏度為7.87V/㎜（200mV/mil）。由此可以推出零界點(diǎn)電壓等于靈敏度×零點(diǎn)間隙值=7.87×1.27≈10V。也就是說(shuō)，當(dāng)軸在零點(diǎn)位置時(shí)，本特利前置放大器輸出電壓為-10Vdc。每臺(tái)設(shè)備出廠時(shí)都有一個(gè)固定串量值（出廠隨即資料中有介紹），由本特利傳感器的測(cè)量特性可以得出，位移探頭的安裝有一種最簡(jiǎn)單的方法就是讓機(jī)械人員配合用千分尺把軸撬到1/2位置，即軸串的中間位置（零點(diǎn)位置）。例如設(shè)備軸串出廠值是20道（0.2毫米），要求機(jī)械人員把軸串打到10道位置。然后安裝探頭，調(diào)節(jié)探頭和軸之間的距離，使得前置放大器的OUT和COM之間的電壓為-10Vdc（1.27㎜位置的輸出值）即可。此方法特點(diǎn)安裝簡(jiǎn)單，但是精度有限、對(duì)機(jī)械人員操作要求極高。一般機(jī)械人員很難準(zhǔn)確的把軸串打到中間位置。但是一般打到極限（如下圖A端或者B端）位置則非常容易，也不會(huì)出現(xiàn)誤差。

如果能在設(shè)備資料中準(zhǔn)確的找到軸串的數(shù)據(jù)時(shí)，可以采用如下方法安裝探頭。

例如：軸串為32道，探頭使用3300系列8㎜探頭，那么在整個(gè)軸串的過(guò)程中前置放大器輸出電壓變化:

△U=0.32mmx7.87V/㎜=2.5184V

也就是說(shuō)在整個(gè)軸串中，前置放大器的電壓變化為2.5184Vdc,以零點(diǎn)位置為界限，軸串在每一側(cè)的電壓變化為1.2592Vdc。本特利推薦安裝零點(diǎn)間距為1.27㎜，即零點(diǎn)電壓為-10Vdc，這樣就可以計(jì)算出軸在A端是的電壓應(yīng)

該為：

A端（軸遠(yuǎn)離探頭端）：U安=U零+1/2△U

-10+1.2592=-8.74Vdc

B端（軸靠近探頭端）：U安=U零-1/2△U

-10-1.2592）=-11.259Vdc

得出近端和遠(yuǎn)端的電壓后，只要請(qǐng)機(jī)械人員把軸打到任何一端，調(diào)節(jié)安裝距離至輸出符合計(jì)算電壓即可。

如果不能準(zhǔn)確的知道軸串量，可以把軸打到近端或者遠(yuǎn)端，如圖所示，探頭一般裝在主止推瓦的后面，我們先把軸串到A端（副止推瓦端），即軸遠(yuǎn)離位移探頭的一端，然后把位移探頭裝在安裝支架上，把間隙電壓調(diào)到任意的一個(gè)值Ua,調(diào)好后打到到B端（主止推瓦端），即靠近位移探頭的一端，這時(shí)會(huì)得到另一間隙電壓Ub,這樣我們會(huì)得到軸串量對(duì)應(yīng)的電壓變化值△U=Ua-Ub,既可準(zhǔn)確的計(jì)算出軸串量：

最后再把軸打到A、B任意一端安裝位移探頭就可以了，旋轉(zhuǎn)探頭，調(diào)整輸出電壓。

A端（軸遠(yuǎn)離探頭端）：U安=U零+1/2△U

B端（軸靠近探頭端）：U安=U零-1/2△U

無(wú)論采用哪種方法，探頭安裝后，一定要讓機(jī)械人員配合，把軸推到A端和B端，再次判斷傳感器輸出電壓，確認(rèn)探頭安裝是否準(zhǔn)確。

（二）振動(dòng)探頭

震動(dòng)參數(shù)主要包括振幅、頻率、相角等。振幅是震動(dòng)強(qiáng)度的標(biāo)志，通過(guò)振幅的大小來(lái)判斷分析設(shè)備是否運(yùn)行正常。在測(cè)量軸震動(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)與軸殼的震動(dòng)。軸在垂直方向和水平方向的震動(dòng)沒(méi)有必然的聯(lián)系，所以在測(cè)量軸震動(dòng)時(shí)兩個(gè)探頭安裝角度是90°。如下圖所示。

探頭中心線應(yīng)與軸心線正交，探頭監(jiān)測(cè)的表面(正對(duì)探頭中心線的兩邊1.5倍探頭直徑寬度的軸的整個(gè)圓周面)應(yīng)無(wú)刻劃痕跡或其它任何不連續(xù)的表面(如油孔或鍵槽等)，且在這個(gè)范圍內(nèi)不能有噴鍍金屬或電鍍，表面粗糙度應(yīng)在0.4μm～0.8μm之間。

探頭的安裝距離和位移探頭的一樣，也是探頭到軸面的距離推薦為1.27mm。但是特別要注意，由于探頭頂端是鉑金絲繞制的扁平線圈，當(dāng)兩個(gè)探頭靠的太近時(shí)，流過(guò)線圈的電流所產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)就會(huì)發(fā)生相互干擾，為防止兩探頭間的相互干擾，各探頭頭部間的安裝距離應(yīng)不小于最小安裝距離。一般探頭之間的距離要大于38mm。對(duì)于不同規(guī)格的探頭和不同的安裝方法要求其間距也有所不同

四、軸系儀表的故障檢測(cè)

（一）探頭的檢測(cè)

當(dāng)要判斷軸系儀表是否工作正常時(shí)，首先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。判斷探頭是否短路或開路，具體方法是：先將延伸電纜脫開，然后用萬(wàn)用表的表筆測(cè)量針與插頭外殼間的電阻值，如果測(cè)得數(shù)值很小(小于1.0Ω)，則說(shuō)明此探頭出現(xiàn)短路;如果測(cè)得數(shù)值在7.0～9.0Ω之間，說(shuō)明此探頭正常；如果測(cè)得電阻非常大(大于100Ω)，說(shuō)明此探頭已開路或接觸不良。

（二）前置器的檢測(cè)

在檢查前置放大器之前，首先要檢查探頭和延伸電纜是否與前置器配套。檢查前置放大器時(shí)，如果有延伸電纜，一定要將延伸電纜接上。將完好的探頭與前置器相連。當(dāng)探頭靠近金屬導(dǎo)體時(shí)前置器的輸出值應(yīng)該最小；當(dāng)探頭頭部遠(yuǎn)離金屬導(dǎo)體時(shí)，前置器的輸出值應(yīng)該最大。否則就判定該前置器已經(jīng)損壞。前置器的供電當(dāng)不配安全柵時(shí)要求-17.5Vdc至-26Vdc之間，電流最大為12mA，若配有安全柵時(shí)要求電壓在－23Vdc至－26Vdc。當(dāng)在高于－23.5Vdc電壓下工作時(shí)將導(dǎo)致線性范圍減小。前置器配有安全柵的接線圖如下所示。

五、被測(cè)體表面尺寸對(duì)傳感器的影響

由于探頭線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)范圍是一定的，而被測(cè)體表面形成的渦流場(chǎng)也是一定的。這樣就對(duì)被測(cè)體表面大小有一定要求。通常，當(dāng)被測(cè)體表面為平面時(shí)，以正對(duì)探頭中心線的點(diǎn)為中心，被測(cè)面直徑應(yīng)大于探頭頭部直徑的1.5倍以上；當(dāng)被測(cè)體為圓軸且探頭中心線與軸心線正交時(shí)，一般要求被測(cè)軸直徑為探頭頭部直徑的3倍以上，否則傳感器的靈敏度會(huì)下降，被測(cè)體表面越小，靈敏度下降越多。實(shí)驗(yàn)測(cè)試，當(dāng)被測(cè)體表面大小與探頭頭部直徑相同，其靈敏度會(huì)下降到72%左右。被測(cè)體的厚度也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。被測(cè)體中電渦流場(chǎng)作用的深度由頻率、材料導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率決定。因此如果被測(cè)體太薄，將會(huì)造成電渦流作用不夠，使傳感器靈敏度下降，一般要求厚度大于0.1mm以上的鋼等導(dǎo)磁材料及厚度大于0.05mm以上的銅、鋁等弱導(dǎo)磁材料，則靈敏度不會(huì)受其厚度的影響。

六、結(jié)束語(yǔ)

在石油石化、發(fā)電行業(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)的軸位移和軸震動(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。

參考文獻(xiàn)：

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作者介紹：

何龍，（1978年9月－），男，漢族，山東濟(jì)南，工程師，負(fù)責(zé)石化儀表技術(shù)管理。曾發(fā)表論文十余篇，其中核心期刊三篇。