522009年第2期电涡流式振动位移传感器应用和运行分析刘敏,孙长生(浙江省电力试验研究院,杭州310014)摘要:简述了电涡流式振动位移传感器结构、基本工作原理和电力系统使用中的工作特点,对现场安装使用中存在的问题进行归类分析,指出了在检定、校准该类传感器时必须注意的问题,提出了完善安装、检修和运行维护管理方法,为提高该类传感器运行可靠性提供参考。
关建词:振动;位移;传感器;应用中图分类号:TK 314文献标识码:B 文章编号:1007-1881(2009)02-0052-03Anal y sis on O p eration and A pp l ication of Edd y Current Vibration Dis p lacement Trans ducerL I U M i n ,S U N Chan g -shen g(Zhe j ian g Elect ric Power Test and Research Instit ute ,Han g zhou 310014,China )Abstract :T he p a p er states the confi g uration ,w ork theor y and characteristic of ECVD transducer in electric p ow er s y stems.It is g ot an attention to the classified anal y sis in installation and a pp lication p rocess.It is m ade an ex p la 2nation and discussion to im p rove su p ervision w a y s in the installation ,exam ination ,o p eration m aintenance ,to en 2hance o p eration reliabilit y of the transducer.K e y w ords :vibration ;dis p lacem ent ;transducer ;a pp lication图1电涡流传感器结构汽轮发电机组的振动是机组安全与经济运行的重要指标,振动测量多数选用电涡流式振动位移传感器。
目前浙江省内电厂汽轮发电机组上应用的振动监测设备,主要有美国本特利、瑞士V B -600、德国菲力浦产品,少数使用日本产品。
这些振动传感器及其配套的显示仪表,计量检定结果显示多数性能比较稳定,投入运行后能正确反映机组的振动变化,但有少数性能不稳定,或因校验、安装、使用不当,导致运行中出现异常,影响机组正常运行。
1电涡流式振动位移传感器基本原理和结构电涡流式振动位移传感器由传感器线圈、前置器和被测导体组成,利用它们之间耦合程度的变化来进行测量,并具有零频率响应性能。
购买来的传感器仅为振动测量的一部份,设计和使用时还必须考虑被测导体的物理性能、几何形状和尺寸等因素。
电涡流传感器是固定在框架上的扁平圆线圈,由多股漆包线或银线绕制而成,一般放在传感器的端部。
结构形式见图1,测量原理是:传感器线圈被来自前置器的高频信号激励(一般为1MH z ～2MH z ),产生高频磁场,当传感器线圈与导体平面之间的间隙变化,通过涡流效应转换,使线圈电感、阻抗和品质因素产生变化。
工程测量中采用并联谐振法,使前置器输出电压的变化量与间隙的变化量成正比,即在前置器中将一个固定电容和传感器线圈并联与晶体管一起构成一个振荡器,见图2。
高频谐振电压经检波、放大后的输出电压与位移的关系为S 曲线,见图3。
在中心点δ0附近有一个δ=δ2+δ1的线性段,即是可用的测量范围,而δ的大小主要取决传感器外经D 的尺寸。
当线圈在线性段,间距δ=δ0+δM sin2πf x t 时,前置器输出电压为:浙江电力ZHE J IANG E LECT RIC POWER532009年第2期U S C =U 0+U M sin2πf x t 式中:U 0为间距δ0时的位移电压;U M 为间距变化量;δM 为振动峰值电压;f x 为被测体振动频率。
2检定中应注意的问题2.1被测体材料的影响除传感器线圈和前置器电路参数决定传感器性能外,由于被测体也是传感器的一部分,因此它的性能也会影响传感器性能。
这是所有非接触式传感器的共性。
所以安装在汽轮发电机组上的非接触式电涡流振动传感器,在检定、校准时,应选用与机组转子钢材相同的材料制成被测体,以减小测量误差。
2.2被测体形状的影响若传感器线圈几何尺寸确定,则线圈激励出的磁场范围是一定的,因而被测体表面形成的涡流区也是一定的。
即传感器线圈直径D 确定后,在被测体中的电涡流作用区也就确定了。
为了保证测量精度,在检定、校准和现场使用时,被测体直径应大于传感器线圈直径D 的2.5倍。
2.3被测体厚度的影响传感器线圈产生的高频磁场,在穿过被测体表面时,由于涡流效应的影响,其渗透深度决定于频率、材料导电率。
如果被测体太薄,将会使传感器输出灵敏度下降。
因此检定、校准时被测体的厚度应大于渗透深度h 。
2.4被测体表面残磁效应影响涡流效应主要集中在被测体表面,由于加工过程中形成的残磁效应,以及淬火不均匀、硬度不均匀、结晶结构不均匀等都将影响传感器输出灵敏度。
因此在检定、校准和现场安装时应对被测体表面进行必要的精加工处理。
2.5电涡流传感器安装的影响安装电涡流传感器时,如传感器端面轴线与被测体平面垂直度偏差较大,传感器输出灵敏度将会下降。
经验证明,安装垂直度在±5°以内,对测量灵敏度影响较小。
因此检定、安装电涡流传感器时应尽量将垂直度控制在±2°以内。
3现场安装中应注意的问题3.1传感器的安装现场安装电涡流传感器时,传感器工作端面轴线与汽轮发电机组大轴表面的垂直度必须小于±5°。
安装传感器的支架刚性要好,其固有频率应远离汽轮发电机组的工作频率,以免因支架振动造成附加误差。
要求支架端面离开传感器感应工作端面距离L ≥D ,见图4(a )。
如果电涡流传感器安装在机组轴承内,机组轴承内应开一个直径为d 、深度为L 的孔,要求d ≥3D ,L ≥D ,见图4(b )。
在一个测量点同时安装2个以上电涡流传感器时,为避免相互偶合,要求2个传感器间的距离E ≥3D ,见图4(c )。
当测轴心轨迹时,最小可测轴的尺寸为ΦA =4D ,见图4(d )。
3.2前置器的安装安装前置器的金属盒应安装在振动较小、防潮、便于检修的地方。
盒体底座垫10mm 左右橡皮后固定牢固,以避免传感器延伸电缆与前置器的连接因振动出现松动,造成测量值跳变。
为防浙江电力542009年第2期[1][2]杨字山.工程振动测量仪器和测试技术[M].北京:中国计量出版社,2001.严可国.大型旋转机械监测保护故障诊断系统[M].北京:北京英华达电力电子工程科技有限公司出版社, 1994.刘敏,等:电涡流式振动位移传感器应用和运行分析止干扰,金属盒要妥善接地,本特利的前置器壳体还要求采用浮地方式。
前置器输出至二次仪表的信号电缆宜采用0.5 1.0mm2普通三芯屏蔽电缆,且其屏蔽层在汽机现场侧应绝缘浮空;若采用四芯屏蔽电缆,备用芯应在机柜端接地。
电缆屏蔽层应直接延伸到机架的接线端子旁,尽量靠近框架处剖开屏蔽层(使露出屏蔽层的接线尽可能短),并将屏蔽线直接接在机架的公共端或屏蔽端上。
3.3传感器、前置器的检查装好传感器、延伸电缆和前置器后,注意接线正确紧固,手拉接线和连接头应无松动。
用塞尺检查确认传感器端面到被测体之间距离符合检定证书的要求。
然后通电检查,用于轴振、偏心、键相测量的传感器静态直流输出电压,应控制在-10V左右;而用于轴向位移、转子膨胀、差胀测量的传感器静态偏置电压零位调整,应根据二次仪表上零点位置调整。
如有偏差可微调传感器的间距。
以上工作完毕后,要用锁紧螺母紧固,并再次检查前置器的静态工作电压。
4使用中应注意的问题传感器、延伸电缆、前置器应配套检定、配套使用,减少测量误差。
使用前应对传感器、延伸电缆、前置器和被测体尺寸和材料等技术指标有所了解。
例如:某公司生产的电涡流式振动位移传感器检验报告中给出的被测体尺寸为80mm,若在校准时选用小于80mm的被测体,则检测该类传感器时的输出灵敏度将有所下降,被测体尺寸小得越多,灵敏度下降越多,从而产生较大的测量误差。
因此,现场应对该问题引起注意。
电涡流传感器安装时要注意平均间隙的选取。
要求平均间隙加振动间隙,即总间隙应处在线性范围之内,否则,在非线性段的灵敏度变化将带来测量误差和波形失真。
一般来说,平均间隙选在线性段的中点,这样,在平均间隙两边有较大动态范围,见图4。
传感器的工作端面应保持清洁。
现场安装时要十分仔细,以免造成探头磨损,影响通道正常工作。
若发现二次仪表振动指示值不稳定,首先要检查传感器与延伸电缆的连接处、延伸电缆与前置器的连接处、前置器的接线和安装传感器的支架螺母是否锁紧。
延伸电缆、连接头的屏蔽层是否有磨损。
然后测量前置器静态工作电压是否在正常工作范围内。
应严禁磁性物体接近探头或在探头5m内使用步话机通话。
5结语掌握电涡流式振动位移传感器的原理和正确的检定、安装、使用方法,是保证系统可靠运行的前提,及时正确判断异常原因的基础。
为保证机组安全、稳定运行,应对在线振动监控系统定期自查、按周期检定,及时消除缺陷。
参考文献:收稿日期:2009-03-02作者简介:刘敏(1956-),女,山东荣城人,工程师,从事振动计量标准传递、校准、检测和装置的开发研制工作,国家机械振动与冲击标准化技术委员会委员。
(本文编辑:龚皓)。