電渦流傳感器的常見故障處理及安裝方法

電渦流傳感器的常見故障處理及安裝方法宋海成【摘要】本文詳細闡述了電渦流傳感器的工作原理和系統(tǒng)組成，簡單分析了電渦流傳感器的常見故障和處理方法，介紹了電渦流傳感器探頭的安裝方法,安裝中的常見錯誤以及處理方法.【期刊名稱】《儀器儀表用戶》【年(卷)，期】2018(025)010【總頁數(shù)】5頁(P31-35)【關(guān)鍵詞】電渦流傳感器;工作原理;系統(tǒng)組成;常見故障;安裝方法;常見錯誤【作者】宋海成【作者單位】神華榆林能源化工有限公司，陜西榆林719302【正文語種】中文【中圖分類】TP2120引言電渦流傳感器廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、冶金等科研單位，對汽輪機、水輪機、鼓風(fēng)機、壓縮機、空壓機、齒輪箱、大型冷卻泵等大型旋轉(zhuǎn)機械軸的徑向振動、軸向位移、鍵相、軸轉(zhuǎn)速、脹差、偏心等在線測量和保護。電渦流傳感器具有長期工作可靠性好、測量范圍寬、靈敏度高、分辨率高、響應(yīng)速度快、抗干擾力強、不受油污等介質(zhì)的影響、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點［1］。1電渦流傳感器基本原理電渦流傳感器由探頭、延伸電纜、前置放大器以及被測體構(gòu)成基本工作系統(tǒng)。其工作原理見圖1,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(chǎn)生交變的磁場。如果在這一交變磁場的有效范圍內(nèi)沒有金屬材料靠近，則這一磁場能量會全部損失；當有被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，電磁學(xué)上稱之為電渦流。與此同時，該電渦流場也產(chǎn)生一個方向與頭部線圈方向相反的交變磁場，由于其反作用，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(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各向同性，則線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率6、磁導(dǎo)率￡尺寸因子T、頭部體線圈與金屬導(dǎo)體表面的距離D、電流強度I和角頻率3參數(shù)來描述。則線圈特征阻抗可用Z=F（t代、6、D、I、3）函數(shù)來表示。通常能做到控制t,￡6、I、3這幾個參數(shù)在一定范圍內(nèi)不變，則線圈的特征阻抗Z就成為距離D的單值函數(shù)，雖然它整個函數(shù)是一非線性的，其函數(shù)特征為“S”型曲線，但可以選取它近似為線性的一段。于此，通過前置器電子線路的處理，將線圈阻抗Z的變化，即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體的距離D的變化轉(zhuǎn)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化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量[2]。圖1工作原理圖Fig.1Workingprinciplediagram2電渦流傳感器的系統(tǒng)組成電渦流傳感器的系統(tǒng)主要由電渦流探頭、前置器、延伸電纜、接頭保護器、被測體、安裝附件組成。1）探頭是采集信號的核心部件。如本特利的探頭采用兩次高溫、高壓、振動、注塑成型的工藝，大大提高了探頭長時間工作的穩(wěn)定性和可靠性。2） 前置器內(nèi)部的電子線路可以產(chǎn)生一個特定頻率的電信號，它能探測到能量的損耗，并能產(chǎn)生一個輸出電壓/電流，該電壓/電流正比于所測見習(xí)的變化量。前置器對系統(tǒng)電纜長度有特殊要求，前置器有多種輸出方式可供選擇，前置器是分體電渦流傳感器系統(tǒng)的必要組成部分。前置器已經(jīng)完全采用數(shù)字化調(diào)試。3） 延伸電纜接在探頭和前置器之間，延伸電纜與探頭電纜長度的總和為整個系統(tǒng)的電纜長度。延伸電纜有多種長度規(guī)格可供選擇，延伸電纜是系統(tǒng)的必要組成部分。4） 接頭保護器采用橡膠材質(zhì)，安裝在探頭與延伸電纜的接頭連接位置處，是為了保護街頭在現(xiàn)場不被油污、灰塵等其他物質(zhì)污染，保證傳感器可靠工作。5） 被測體的材質(zhì)、形狀等因素對傳感器系統(tǒng)的測量結(jié)果有著直接影響。被測體是傳感器測量系統(tǒng)的一部分。6） 安裝附件是為了方便前置器的現(xiàn)場安裝特別設(shè)計的，如本特利3300XL系列的前置器安裝附件螺釘式安裝底板和35mm導(dǎo)軌式安裝底板兩種。3電渦流傳感器的故障原因分析和處理方法3.1電渦流傳感器常見故障原因分析1） 傳感器探頭表面存在額外的附著物，成為干擾源，造成傳感器測量不準。2） 延伸電纜與探頭或者前置放大器的接頭連接不好，造成監(jiān)測儀表故障，出現(xiàn)波動［3］。3） 傳感器安裝時，探頭離被測表面距離不合理，會導(dǎo)致系統(tǒng)運行在線性范圍之外或不能正常工作。所以探頭安裝必須嚴格按照間隙電壓進行確認安裝，確保探頭的測量準確。4） 現(xiàn)場監(jiān)測儀表電纜走向不合理，機殼內(nèi)電纜沒有固定，機殼外電纜與強電電纜過近，都會導(dǎo)致監(jiān)測儀表信號受到干擾。5） 延伸電纜和信號電纜的屏蔽層有損壞或接地不好，都會造成監(jiān)測儀表的檢測信號出現(xiàn)問題。6） 現(xiàn)場環(huán)境溫度過高，對現(xiàn)場電纜造成損壞，導(dǎo)致監(jiān)測儀表電纜斷線或者短路。7） 傳感器探頭安裝不牢固，在機組運行時由于機組自身振動，造成傳感器探頭松動。8）延伸電纜長度與探頭所帶延伸電纜長度之和與前置器要求的系統(tǒng)電纜長度不匹配，造成測量不準確。3.2電渦流傳感器常見故障處理方法1） 針對傳感器探頭表面存在額外的附著物，成為干擾源，造成傳感器測量不準問題，這就要求在安裝探頭前要對探頭本身進行嚴格檢查，同時對安裝設(shè)備的安裝空間進行確認，確保探頭安裝后完好。2） 針對延伸電纜與探頭或者前置放大器的接頭連接不好故障問題，需要對每個連接接頭進行反復(fù)確認，確保連接的接頭無松動。3） 針對探頭安裝離被測表面距離不合理故障問題，要求探頭安裝必須嚴格按照間隙電壓進行確認安裝，確保探頭的測量準確。4） 針對現(xiàn)場監(jiān)測儀表電纜走向不合理，機殼內(nèi)電纜沒有固定，機殼外電纜與強電電纜過近等故障，要求電纜敷設(shè)嚴格按照要求，強電電纜與監(jiān)測儀表電纜必須分開布線，強電與監(jiān)測儀表電纜直線距離必須大于30cm，同時電纜禁止交叉，在機組內(nèi)的所有電纜必須做好固定。5） 針對延伸電纜和信號電纜的屏蔽層有損壞或接地不好的故障問題，要對機組定期進行排查，檢查儀表電纜和接頭是否完好，特別是檢修期要對延伸電纜和信號電纜的屏蔽層做好絕緣測試工作，確保延伸電纜和信號電纜的屏蔽層完好。6） 針對傳感器現(xiàn)場環(huán)境溫度過高對現(xiàn)場電纜造成損壞問題，要盡量消除外界環(huán)境泄漏蒸汽現(xiàn)象，確保儀表不受高溫的影響，造成不必要的停機。7） 針對傳感器探頭安裝不牢固問題，要在機組檢修時安排專人來對傳感器探頭進行檢修拆裝，同時需要對檢修過的傳感器探頭進行安裝投用前確認，確保傳感器探頭安裝牢固可靠。8）針對延伸電纜長度與探頭所帶延伸電纜長度之和與前置器要求的系統(tǒng)電纜長度不匹配問題，可以在安裝探頭后進行確認，確保整套機組監(jiān)測儀表測量的準確性。圖2振動探頭標定原理圖Fig.2Schematicdiagramofvibrationprobecalibration4電渦流傳感器的安裝方法4.1電渦流探頭的安裝電渦流探頭的安裝步驟分為3步：①檢查安裝螺孔；②調(diào)整探頭初始間隙；③緊固探頭與所帶電纜。4.1.1檢查安裝螺孔應(yīng)確保安裝探頭的螺紋孔內(nèi)沒有任何雜物，如果網(wǎng)孔里擰進探頭不順利，可用適合的絲錐攻絲。攻螺孔時，要把軸承蓋取下。在往螺孔內(nèi)擰進探頭時，必須保證探頭電纜與延伸電纜脫離開，這樣探頭才能自由擰進，探頭電纜才不會發(fā)生扭轉(zhuǎn)。4.1.2調(diào)整探頭初始間隙典型的探頭安裝方法是電氣測隙法，如圖2所示。即將探頭、延伸電纜、前置放大器接好并送電，用數(shù)字萬用表觀察前置器輸出電壓，直到萬用表讀數(shù)為-10V左右即可。對于安裝位移傳感器探頭，需要考慮軸的串量問題，使電氣零點與機械零點相對應(yīng)。在維修專業(yè)人員的配合下，分別將推力盤靠到軸瓦兩側(cè)，根據(jù)傳感器探頭的靈敏度系數(shù)（如果測量回路內(nèi)部有安全柵，傳感器探頭的靈敏度系數(shù)衰減4%），計算出電壓的變化量，以-10V為基準，得出安裝電壓。另外，重新校正探頭在機體上的安裝孔，以保證探頭的表面正對軸的中心線，使峰-峰值讀數(shù)準確[3]。1）間隙電壓調(diào)整的步驟當機器處于非工作狀態(tài)時，把探頭擰進安裝螺孔，一直到探頭頂部接觸到被測體的表面，然后反方向少許退出探頭。把延伸電纜與探頭電纜以及前置器連接起來。前置器電壓（-23VDC-27VDC，對負電壓輸出）。在前置器的輸出端與公共端之間加一個數(shù)字萬用表。在前置器的輸出端與公共端之間接10kQ的負載，該10kQ負載模擬監(jiān)測儀表的輸入阻抗。調(diào)整安裝在螺孔里的探頭，同時觀察傳感器輸出電壓，當探頭往機器里擰進時，傳感器輸出將保持低電壓。這是因為探頭探測到了在螺孔周圍的金屬材料，當探頭繼續(xù)擰進，伸出安裝孔時，傳感器輸出電壓要增大到它的最大值。最后，當探頭端接近被測體表面時，輸出電壓又會降低。圖3傳感器探頭特性曲線Fig.3Thecharacteristiccurveoftransducerprobe把測量到的輸出電壓與校準曲線上給出的電壓相比較，即可知道間隙大小。調(diào)整探頭頂部與被測體表面之間的距離，直到測量得到的間隙電壓與所要求的間隙電壓一致，這時傳感器端部距離被測體表面的距離即為所需要的初始安裝間隙。2）探頭的特性曲線將所有部件按照圖2連接成一個整體系統(tǒng)進行電特性檢查，作出探頭工作曲線，探頭基于電渦流原理進行檢測。一般在可標定的函數(shù)關(guān)系范圍內(nèi)間隙和電壓之間成正比例關(guān)系，但由于邊緣效應(yīng)等原因，間隙和電壓之間的實際曲線如圖3所示，在低端（低于A點）和高端（高于B點）成非線性關(guān)系。要準確檢測軸的振動、位移變化量，必須讓探頭工作在線性段，即設(shè)法使軸位移探頭的零位參考點和徑向振動探頭的直流偏置電壓設(shè)置在線性段的中點（即圖中的C點），以確保電渦流傳感器在整個檢測范圍內(nèi)的準確性。因此，必須對探頭作特性曲線。4.1.3緊固探頭與所帶電纜把鎖緊螺母擰緊以固定探頭，推薦擰緊的力矩為115kg/cm，不要把鎖緊螺母擰得太緊，以免損壞螺紋或者把探頭殼體損壞。同時，要把探頭所帶電纜在機器內(nèi)固定好，盡量避免由于油流、氣流或者外力作用造成的探頭電纜老化損壞。4.2延伸電纜的安裝延伸電纜安裝主要分為5個步驟：①檢查電纜長度；②給延伸電纜加上標簽；③在管道里敷設(shè)延伸電纜：④敷設(shè)帶有鎧裝的延伸電纜；⑤連接延伸電纜。1） 檢查電纜長度要保證延伸電纜的長度加上探頭的長度，等于前置器所要求的系統(tǒng)電纜長度。例如:應(yīng)用4m的延伸電纜和1m的探頭電纜，對應(yīng)的系統(tǒng)長度為5m的前置器，其電纜長度就是正確的。2） 給延伸電纜加上標簽在安裝延伸電纜的時候，應(yīng)該給每套傳感器不同的延伸電纜加上可以進行區(qū)別的標簽。3） 在管道里敷設(shè)延伸電纜把管道的一端接到接線盒上，該接線盒內(nèi)包括有探頭電纜和延伸電纜，管道的另一端則連接到前置器的箱子上。延伸電纜和探頭電纜雖然都經(jīng)過了特殊處理，但是仍必須注意，使其不要收到尖銳東西或粗糙面的切割或者摩擦。為了保護黃金鎖緊接頭不受污染，在裝進導(dǎo)管之前要隨產(chǎn)品附帶的聚四氟套管把每個接頭都包上。表1探頭安裝的常見錯誤[5]Table1Commonerrorsinprobeinstallation[5]序號12345678910錯誤的形式在安裝探頭后，造成探頭間隙電壓不能調(diào)整安在機器殼體上鉆的孔，對于軸的中心偏移一個角度探頭被用來探測有鍍鉻的表面測量軸向位移的探頭，被裝在軸的某一端的對面，而這一端是原理止推軸承的探頭安裝在支架或者箱體里，但并沒有完全穿過整個安裝孔安裝探頭支架剛度不夠?qū)Ч芨皆谔筋^體上，這樣會使探頭過分拉緊探頭初始安裝間隙不正確探頭所帶電纜以及延伸電纜，在有機械破壞可能的危險環(huán)境下沒有足夠的保護敷設(shè)延伸電纜的導(dǎo)管密封不當錯誤的結(jié)果探頭的安裝一定要重新設(shè)計探頭的表面距軸的一側(cè)中心線太遠，這樣無法校準，并會造成較低的P-P值讀數(shù)探頭信號的讀數(shù)不穩(wěn)定探頭輸出的軸向位移信號會有很大地變化，而它與止推軸承的狀態(tài)已無聯(lián)系監(jiān)視儀表給出錯誤的〃正常”指示，當探頭并未監(jiān)測軸的表面時，監(jiān)視儀表卻指示它正在監(jiān)測監(jiān)視儀表的指示毫無意義，共振使得探頭有大幅度地振動探頭電纜或者探頭可能被損壞探頭初始安裝間隙并未處于它的線性范圍的中部，因為線性范圍起始點并非為0電纜可能被破壞111213在安裝前置器的箱子里，會充滿潤滑油或者油在巷子內(nèi)以凝結(jié)的形式出現(xiàn)探頭電纜會損壞延伸電纜或者是探頭電纜可能被損壞探頭殼體可能被破壞14測量結(jié)果誤差太大151617181920在安裝時，是用其所帶電纜把探頭擰進固定孔的調(diào)整探頭初始安裝間隙電壓時，延伸電纜沒有拆下來在安裝時，加到探頭殼體上的扭矩過大，或者沒有一扳手平面作為受力面延伸電纜長度與探頭所帶電纜長度之和與前置器所要求的系統(tǒng)電纜長度不匹配很多延伸電纜都安裝在普通的管道里，沒有加以區(qū)分裝在內(nèi)部的探頭所帶的電纜沒有緊固延伸電纜的形式與探頭或前置器不匹配多個探頭安裝的太靠近，或者沒有按照要求安裝探頭接頭與延伸電纜接頭安裝不慎，有油介質(zhì)進入探頭接頭與延伸電纜接頭未絕緣包裹好，接觸大地探頭往往接到錯誤的前置器上外力的作用可能會損壞探頭所帶電纜測量結(jié)果無意義測量結(jié)果對于探頭間的相互干擾而不準確測量振動數(shù)據(jù)有隨機跳動性，測量唯一數(shù)據(jù)漂移不穩(wěn)定測量振動數(shù)據(jù)有隨機跳動性，測量唯一數(shù)據(jù)漂移不穩(wěn)定4）敷設(shè)帶有鎧裝的延伸電纜如果敷設(shè)電纜不使用管道，則需要用鎧裝的延伸電纜，可采用安裝電纜的夾緊裝置，把帶有鎧裝的電纜固定住。應(yīng)把延伸電纜安裝在安全的地方，以減少電纜損壞的機5）連接延伸電纜將探頭的鎖緊插頭擰進延伸電纜的鎖緊插座，順時針旋轉(zhuǎn)幾圈，連續(xù)發(fā)出輕微〃咔嚓”聲即為擰緊。拆卸時，逆時針旋轉(zhuǎn)幾圈即可。在盤方傳感器電纜時，應(yīng)注意盤方直徑不能過小，一般要求：不帶鎧裝探頭或延伸電纜盤方直徑不得小于45mm，帶鎧裝探頭或延伸電纜盤放直徑不得小于55mm。4.3前置器的安裝前置器的安裝分為3個步驟：①安裝；②絕緣；③現(xiàn)場接線。1） 安裝把前置器安裝在一個盒子里，它可以保護前置器免遭機械性破壞并不受污染。最好選擇保護箱或鑄鋁的箱子，使其免遭機械性損壞或者由于周圍不良環(huán)境所造成的損壞。在有腐蝕氣體以及有溶解的環(huán)境中，要把保護箱用于干凈干燥的壓縮空氣或者惰性氣體加以凈化。要保證保護箱內(nèi)不能有殘存的金屬物，這些金屬物可能導(dǎo)致前置器終端短路。要保證過熱和較長的電纜以及鎧裝，被固定在遠離前置器終端的地方［4］。2） 絕緣所有的前置器相互之間要求絕緣，把前置器進行電纜絕緣，并把監(jiān)測儀表上的電纜屏蔽端接地，這樣可以使在信號導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)的噪音信號減小到最低水平。3） 現(xiàn)場接線要保證延伸電纜的長度加上探頭的長度，等于前置所要求的長度。再進行前置器接線。4.4探頭安裝的常見錯誤見表1。5結(jié)束語電渦流傳感器能靜態(tài)和動態(tài)的非接觸、高線性度、高精度、高分辨率地測量被測金屬導(dǎo)體表面距離探