摘 要：電渦流傳感器具有靈敏度高，線性度高，結構簡單，線性測量范圍寬，非接觸測量，可在油氣水等惡劣環境下連續工作特點，實現信息遠距離傳輸控制優勢，廣泛應用于工業生產等領域位移、偏心、轉速等物理量在線檢測，為精密診斷技術提供全息動態特性，對電渦流傳感器研究具有重要意義。目前對渦流傳感器研究集中于電磁學模型機理，測量精度提高等方面。本文簡述渦流傳感器工作原理，進口渦流傳感器技術性能指標，論述渦流傳感器在汽輪發電機組上測量參數，確定方法，針對傳感器安裝出現問題提出預防措施。
關鍵詞：渦流傳感器 安裝調試 注意問題 工作原理
當今高科技信息時代，通信計算機被譽為現代信息領域支柱。傳感器技術是信息技術的敲門磚，隨著社會的發展，人們對自動化技術等日益重視。傳感器受到多方關注，近幾年國家不斷推進經濟社會和諧發展，傳感器因其自身特點在很多領域得到廣泛應用。通過傳感器才能進行監測控制自動化，傳感器技術水平對測控系統質量產生直接影響。傳感器技術發展水平決定國家工業化水平，在國防工業中需要大量傳感器，用于不同環境下現場數據測量，隨著人們對測控要求提高，傳感器向智能化等方向發展。TSI汽輪機監測保護儀表在汽輪機組安全運行中發揮重要作用，TSI汽輪機監測保護儀表中渦流傳感器是其中核心元件，由于國產渦流傳感器制造技術較為落后，國產TSI汽輪機監測保護儀表用于監測中小型汽輪機組部分參數，大型汽輪機組由于進口傳感器備件緊缺采用國產產品代替，美國本特利等公司成套TSI汽輪機監測保護儀表使用在大型汽輪機組。渦流傳感器安裝非常重要，渦流傳感器未嚴格按技術要求安裝，影響TSI汽輪機監測保護儀表作用發揮。本文針對本特利公司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理論，前置器向傳感器線圈提供2MHz高頻電流信號，高頻磁場穿過被測金屬物體表面感應產生環形電渦流，高頻磁場影響改變傳感器線圈阻抗及互感等參數。參數變化與被測金屬材料，傳感器線圈平面距離有關[1]。被測金屬物體材料確定，金屬物體被測面位移量為傳感器線圈阻抗單值函數。
通過前置器檢測波電路將金屬物體被測面位移量變化轉化為電壓信號。渦流傳感器工作中被測金屬物體平面產生電渦流為同心圓環，被測金屬物體為平面，渦流作用圓環直徑大于傳感器線圈直徑3倍。渦流傳感器輸出電壓信號U與傳感器端面至被測面距離關系為系統響應特性，表示關系曲線為系統響應特性曲線。D0，d1，d2為渦流傳感器線性量程中點，上下限，U0，U1，U2為線性量程中點上下限對應輸出電壓信號。影響傳感器測量精度因素包括被測材料厚度，幾何尺寸，電磁徑跳等。渦流傳感器工作產生磁效應，被測材料只能是金屬，被測金屬材料為導電材料，渦流傳感器靈敏度高。材料導電導磁時，由于渦流效應存在相互抵消，作用結果使傳感器領密度下降，渦流傳感器檢測導電材料靈敏度高。
2 渦流傳感器安裝要求
傳感器安裝需要按規定要求操作，安裝一般要求包括支架剛度滿足測量要求，支架自振頻率大于汽輪機組轉速10倍;被測金屬物體表面光潔，防止機械徑跳產生測量誤差;支架端面距離傳感器測量端面大于直徑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°椎體內被測金屬物體外，不應有其他金屬物體。
傳感器中選與金屬物體被測平面垂直度控制在艾普公司規定范圍內。測量軸振動傳感器安裝，傳感器軸線距被測軸距徑端面距離L滿足規定限制條件。直徑大于傳感器直徑4倍。測量軸向位移，以軸推理盤為被測平面。為防止引起測量誤差，軸被測圓盤平面距軸推理盤距離不大于300mm;徑向測量傳感器安裝考慮機械徑向跳動量，傳感器水平安裝考慮軸旋轉偏移量;傳感器通過延長套管安裝，必須固定延長套管[3]。軸被測圓盤尺寸應滿足愛普公司規定條件。安裝傳感器應考慮線性量程滿足被測對象工作位移范圍。
儀表顯示量程與被測對象工作位移范圍一致，本特利公司允許傳感器在同系列轉換，如3300系列ψ8mm傳感器測量系統傳感器，規格確定后可以互換。不能與ψ11mm傳感器測量系統前置器互換。PR6423傳感器在測量精度低參數時，延長電纜可以互換。PR6424傳感器測量脹差時，延長電纜必須與供貨型號成套使用。應保證傳感器測量系統單點接地，屏蔽層集中在監視保護系統機柜處。
傳感器安裝前對測量系統校驗，檢查傳感器線路電阻，在維護時作為判斷傳感器是否損壞依據。防止傳感器碰撞，安裝前檢查延長線纜是否有損壞現象。安裝調整間隙時使傳感器電纜旋轉;安裝后前置器電纜套裝在金屬保護管內安裝牢固。將傳感器及前置器加上標簽。前置器安裝在防塵處，電纜接頭干燥，防止接觸不良現象發生。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。電纜與延長電纜接頭置于機器缸體外。使用環境溫度下不應超過傳感器規定工作溫度。
3 渦流傳感器測量安裝
安裝傳感器測量系統前要了解渦流傳感器技術性能指標，PR6423，PR6426傳感器與不同型號前置器組合有多種量程段可選[4]。渦流傳感器為非接觸測量，適用于測量機械位移量變化，電力系統傳感器用于測量汽輪機轉速，偏心，軸向位移等參數。傳感器安裝是安裝間隙調整，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對象一致，安裝間隙在線性量程中點。
3.1 轉速測量及傳感器安裝
轉速是汽輪機組重要運行參數，通過檢測測速齒輪發出脈沖信號測量汽輪機組轉速。渦流傳感器可以估算理想狀態下測量轉子頻率，設測速齒輪數為Z，轉子每轉頻率為f，檢測齒輪齒頂齒底輸出電壓信號峰值為Vp-p，理想狀態下f=Z/60·n，最差狀態下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。理想狀態是測速齒輪為小齒輪;最差狀態是不對稱齒輪。理想狀態下轉子每轉頻率f為轉子轉速n的Z/60倍，測速齒輪采用齒輪Z為60小齒輪，公式變為n=f，有利于數據處理。
測速齒輪數Z=60，渦流傳感器輸出電壓信號與齒輪材質有關。傳感器安裝間隙影響頻率響應值，安裝間隙減小頻率響應值增大。振動調動較大測速齒輪，本特利公司認為測得速度信號幅值是振動信號2倍。采用3300系列￠ 8mm傳感器測量轉速，測速齒輪頂圓安裝間隙控制在1.1～1.3mm。艾普公司規定測速齒輪采用模數≥1，采用齒間≥1.5mm，齒寬≥4mm齒輪，采用PR6423傳感器測量轉速，與測速齒輪頂圓安裝間隙控制在1.3～1.5，不測量間隙電壓。
3.2 鍵相測量及傳感器安裝
采用PR9376傳感器測量轉速，距測齒輪頂圓安裝間隙小于1.5mm，安裝間隙用塞尺測量。注意PR9376傳感器安裝標記，保證通過安裝標記垂直于軸線直線平行于測速齒輪軸線。安裝傳感器考慮測速齒輪徑向跳動。鍵相測量目的是確定轉子相位，為測量參數提供基準信號。傳感器測量轉子上鍵槽檢測負脈沖信號，推薦鍵槽加工尺寸為寬7.6mm，鍵槽長度根據轉子膨脹長度確定。
傳感器測量轉子上鍵塊，檢測正脈沖信號。鍵塊尺寸采用寬7.6mm，長度根據轉子膨脹長度確定。采用本特利公司3300系列￠8mm渦流傳感器測量鍵相，傳感器安裝間隙控制在1.1～1.3mm。采用艾普公司PR6423渦流傳感器測量鍵相，輸出電壓調至-12VDc，采用PR9376磁敏半導體傳感器測量鍵相，安裝間隙控制在1.1～1.3mm。安裝調整需測量輸出間隙電壓，用塞尺復查安裝間隙是否符合要求。應注意調整傳感器安裝間隙，必須對準鍵槽塊確定安裝間隙。傳感器安裝在軸的端頭，考慮徑向跳動量。
3.3 偏心、軸振動測量及傳感器安裝
軸偏心表示轉子彎曲程度，是汽輪機組啟停重要檢測參數，機組盤車下檢測轉子偏心量峰值，轉子轉速升至一定值，不檢測轉子偏心。軸振動測量對防止轉子動靜分徑向碰磨非常重要。采用兩個傳感器相互90°±5°家教安裝在軸承座，測量軸與軸承座振動量峰值。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。
相互垂直安裝測量系統輸出電壓信號分直交流分量，汽輪機組運行中檢測軸振動峰值對機組安全非常重要，采用本特利3300系列￠傳感器測量軸偏心，推薦零位輸出電壓為-8VDc～-9VDc，傳感器安裝零位輸出電壓調至-9VDc～-10VDc，采用艾普公司PR6423傳感器測量偏心振動，零位輸出電壓調至-12VDc。安裝測量電壓后用塞尺復查安裝間隙是否符合要求，或采用其他方法確定安裝間隙。如通過延長套管安裝在軸承座，使傳感器與轉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 軸向位移測量及傳感器安裝
汽輪機組軸向位移測量目的是防止轉子軸向碰磨，傳感器采用軸向安裝，間隙調整需在常溫下進行。零位需與汽輪機組轉子一致。采用計算機采集數據，可以任意數據設定為測量系統零位，安裝零位輸出電壓可略有變動，以本特利公司軸向位移傳感器零位輸出電壓為準。汽輪機組軸向位移量程為-2～2mm，無法測量轉子推理盤位移，軸向位移被測圓盤距推理盤距離在300mm內。
本特利公司3300系列￠11mm渦流傳感器用于軸向位移測量。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至-11.6±0.2VDc;傳感器安裝間隙控制在2.55mm，安裝零位與轉子軸向位移零位誤差，通過調整軸向位移監視器3300/20內部短接塊在±0.0635mm～±0.381mm內調整。PR6425渦流傳感器用于測量軸向位移，傳感器輸出電壓調至-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，可通過監視器SDM010/S1ZERO電位器在量程±2.5%內調整。
參考文獻
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