汽机胀差电涡流位移传感器SYSE25-01-070-03-06-03-01
广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业， 对汽轮机、水轮机、发电机、鼓风机、压缩机、齿轮箱等大型旋转机械的轴的径向振动、轴 向位移、鉴相器、轴转速、胀差、偏心、油膜厚度等进行在线测量和安全保护，以及转子动 力学研究和零件尺寸检验等方面
为何采用电涡流位移传感器 电涡流位移传感器可以准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面的相对位置。
● 电涡流位移传感器长期工作可靠性好、灵敏度高、抗干扰能力强、非接触测量、响应 速度快、不受油水等介质的影响，常被用于对大型旋转机械的轴位移、轴振动、轴转 速等参数进行长期实时监测，可以分析出设备的工作状况和故障原因，有效地对设备 进行保护及进行预测性维修。
● 从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运行状态主要取决于其——
转轴，而电涡流位移传感器能直接测量转轴的各种运行状态，测量结果可靠、可信。 过去，对于机械的振动测量采用加速度传感器或速度传感器，通过测量机壳振动，间接地 测量转轴振动，测量结果的可信度不高。
传感器系统的工作机理是电涡流效应。当接通传感器系 统电源时，在前置器内会产生一个高频电流信号，该信号通 过电缆送到探头的头部，在头部周围产生交变磁场H1。如果 在磁场H1的范围内没有金属导体材料接近，则发射到这一范 围内的能量都会全部释放;反之，如果有金属导体材料接近 探头头部，则交变磁场H1将在导体的表面产生电涡流场，该 电涡流场也会产生一个方向与H1相反的交变磁场H2。由于H2
的反作用，就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位， 即改变了线圈的有效阻抗。这种变化既与电涡流效应有关， 又与静磁学效应有关，即与金属导体的电导率、磁导率、 几何形状、线圈几何参数、激励电流频率以及线圈到金属 导体的距离等参数有关。假定金属导体是均质的，其性能 是线性和各向同性的，则线圈——金属导体系统的物理性 质通常可由金属导体的磁导率μ、电导率σ、尺寸因子r， 线圈与金属导体距离δ，线圈激励电流强度I和频率ω等 参数来描述。因此线圈的阻抗可用函数Z=F(μ,σ,r,I,ω) 来表示。
检波滤波 放大UO 线性修正被测金属导体如果控制μ、σ、r、δ、I、ω恒定不变，那么阻 抗Z就成为距离δ的单值函数，由麦克斯韦尔公式，可以 求得此函数为一非线性函数，其曲线为“S”形曲线，在 一定范围内可以近似为一线性函数。在实际应用中，通常是将线圈密封在探头中，线圈 阻抗的变化通过封装在前置器中的电子线路的处理转换 成电压或电流输出。这个电子线路并不是直接测量线圈 的阻抗，而是采用并联谐振法，见图1-3，即在前置器中
δ1 δ被测金属导将一个固定电容C 0 ? C 1C 2 和探头线圈Lx并联与晶体管T一起构成一个振荡器，振荡器的振 C1?C2荡幅度Ux与线圈阻抗成比例，因此振荡器的振荡幅度Ux会随探头与被测间距δ改变。Ux经检 波滤波，放大，非线性修正后输出电压Uo，Uo与δ的关系曲线如图1-4所示，可以看出该曲线 呈“S”形，即在线性区中点δ0处(对应输出电压U0)线性好，其斜率(即灵敏度)较大，在 线性区两端，斜率(灵敏度)逐渐下降，线性变差。(δ1，U1) ——线性起点，(δ2，U2) —— 线性末点。
前置器是一个电子信号处理器。一方面前置器为探头线圈提供高频交流电流;另一方面， 前置器感受探头前面由于金属导体靠近引起探头参数的变化，经过前置器的处理，产生随探 头端面与被测金属导体间隙线性变化的输出电压或电流信号。
前置器是一个电子信号处理器。一方面前置器为探头线圈提供高频交流电流;另一方面， 前置器感受探头前面由于金属导体靠近引起探头参数的变化，经过前置器的处理，产生随探 头端面与被测金属导体间隙线性变化的输出电压或电流信号。
万珑电气系列前置器提供两种安装方式及两种输出方式:
前置器及安装方式外形尺寸:78mm×61mm×65mm(底板式安装,与我公司JX20,BN公司3300系列兼容);
90mm×35mm×70mm(导轨式安装,与BN公司3300XL系列兼容)安装尺寸:底板安装，51mm×51mm，采用四个M4×12 GB29-76螺栓安装(产品附件);导轨安装，可以方便地安装在标准35mm导轨上。电压输出:供电电源Ut:-20Vdc~-26Vdc，输出电压极限:-0.7V~(Ut+1)V，线性范
围输出起始电压:-2V~-18V; 供电电源Ut:±12V~±15V，输出0V~+5V、+1V~+5V 、-5V~+5V、0V~
+10V、+2V~+10V、-10V~+10V。电流输出:供电电源Ut:+18Vdc~+30Vdc，输出电流:4~20mA。
接线方式:采用SpringLoc 端子，有自动紧固的功能，不需要安装工具即可接线，由于不需要螺栓固定，不会发生松动前置器外壳是用铝铸造而成，为了屏蔽外界干扰，在前置器内部已将壳体与信号公共
端(信号地)联接;安装底板和导轨卡座均为工程绝缘塑料，这样可以保证在安装前置器时，使前置器壳体与大地隔离(即所谓“浮地”)。
前置器的实用设计:前置器的结构使高频插座内凹，不易损坏高频插座。 三端SpringLoc 端子镶嵌固定，直接与内部电路连接，确保连接可靠性。前置器的容错性:电源端、公共端(信号地)、输出端任意接线错误不会损坏前置器，电源极性错误保护，输出短路保护。 前置器的是电子线路板，除个别校准用的元件外，其它元件均用环氧树脂胶灌封 这样可以提高前置器的抗振、防潮性能。前置器在出厂校准后，各校准元件也用硅胶密封，用户自行校准后，也应这样做。
传感器特性与被测体的导电率和导磁率有关， 当被测体为导磁材料(如普通钢、结构钢等)时，由 于磁效应和涡流效应同时存在，而且磁效应与涡流 效应相反，要抵消部分涡流效应，使得传感器感应 灵敏度低;而当被测体为非导磁或弱导磁材料(如 铜、铝、合金钢等)时，由于磁效应弱，相对来说 涡流效应要强，因此传感器感应灵敏度要高。图1-9 列出了同一套传感器测量几种典型材料时的输出 特性曲线，图中各曲线所对应的灵敏度为:
铜:14.9 V/mm
铝:14.0 V/mm 不锈钢(1Cr18Ni9Ti):10.4V/mm 45号钢:8.2 V/mm 40CrMo钢:8.0 V/mm(出厂校准 材料)
铜铝45号钢 1Cr18Ni9Tiδ(mm) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8
图1-9 典型材料传感器输出特性曲线除非在订货时进行特别说明，通常，在出厂前传感器系统用40CrMo材料试件进行校准， 只有和它同系列的被测体材料，产生的特性方程才能和40CrMo的相近;当被测体的材料与 40CrMo成分相差很大时，则须按第三章节所述步骤进行重新校准，否则可能造成很大的 测量误差。
因为大多数的汽轮机、鼓风机等设备的转轴是用40CrMo材料或者与之相近的材料制造， 因此传感器系统用40CrMo材料作出厂校准，能适合大多数的测量对象。
鉴相器测量
鉴相器测量就是通过在被测轴上设置一个凹槽或凸键，称为鉴相标记。当这个凹槽或凸 键转到探头安装位置时，相当于探头与被测面间距突变，传感器会产生一个脉冲信号，轴每 转一圈，就会产生一个脉冲信号，产生的时刻表明了轴在每转周期中的位置。同时通过对脉 冲计数，可以测量轴的转速;通过将脉冲与轴的振动信号比较，可以确定振动的相位角，用 于轴的动平衡分析以及设备的故障分析与诊断等方面。
凹槽或凸键要足够大，以使得产生的脉冲峰峰值不小于5V(API670标准要求不小于7V)。 一般若采用φ8探头，则这一凹槽或凸键宽度应大于7.6mm、深度或高度应大于1.5mm(推荐采 用2.5mm以上)、长度应大于10mm。凹槽或凸键应平行于轴中心线，其长度尽量长，以防止当 轴产生轴向窜动时，探头还能对着凹槽或凸键。
探头的安装
安装探头时，您应注意以下几个问题:
各探头间的距离
探头与安装面的距离 ? 安装支架的选择
探头安装间隙
探头所带电缆的安装
电缆转接头的密封与绝缘 ? 探头的抗腐蚀性
探头的高压环境
探头头部与安装面的距离
DCF实际的测量值是被测体相对于探头的相对值，而需要的测量结果是被测体相对于其基座 的，因此探头必须牢固在基座上，通常需要用安装支架来固定探头。对于不同的测量要求和 不同的被测体结构，安装支架的形状和尺寸各种各样，常用的有机器内部探头安装支架和机 器外部探头安装支架。
探头安装的一般步骤
1、根据测量部位的量程、安装空间的环境和尺寸、被测体材料等特性选定传感器，并检 查传感器各部分外观是否完好、各部分是否配套(如探头直径与前置器型号中规定的配套探头 直径是否一致、探头电缆长度加延伸电缆长度是否符合前置器对电缆长度的要求等)。通常成 套订购的传感器，在出厂时提供有校验卡，校验卡上注明了配套校准的传感器各部分的型号、 编号，可据此与产品上的标记核对。然后在传感器的探头、延伸电缆(如果有的话)、前置器 上分别进行特定标记(如“1#瓦水平振动”、“轴位移”等)来说明其作用以及区分多套传感 器各部分间的联接关系，电缆两端应都做标记以便在多根电缆头中进行分辨，这种标记应该 能防油、防水。
2、将传感器各部分联接好，按第三章节校准所述通电检查传感器，若超差，则需重 新校准。检查时特别要注意校准试件材料是否与被测体材料一致或者具有相近的成分，关于材 料对测量的影响见被测体材料的影响。
3、如果未订购配套的安装支架，则加工合适的安装支架(参见探头安装支架选择)。外部 安装探头支架较复杂，一般需订购。
4、在基座上加工支撑安装支架的螺孔，内部安装探头的支架一般都需要两个螺孔进行紧 固，外部安装探头一般都是在机壳上加工通孔螺纹孔。
5、紧固内部安装探头支架。如果是外部安装探头，则应先将探头紧固在支架上，再将支 架拧进安装螺孔内。
6、调整探头安装间隙。不同用途探头的初始安装间隙有不同的要求，参见章第二节 传感器的典型应用关于轴的径向振动测量、轴向位移测量、鉴相器测量中的说明。关于调整 的方法参见本章探头安装间隙的说明。
7、紧固内部安装探头，采用角钢支架则用两个螺母背紧，采用压块支架则用紧固螺栓锁 紧;外部安装探头，则紧固外部安装支架。紧固螺钉、螺母都应用弹簧垫圈以防松动。(参见 探头安装支架选择)
8、固定探头电缆。内部安装探头电缆，在机器内部先用电缆固定架固定，然后穿过电缆 密封装置(参见探头所带电缆的安装)，再拧紧电缆密封组件(多个探头共用一个电缆密封装置 时，在各探头电缆都穿过来后再拧紧);外部安装探头电缆，只需拧紧支架上的电缆密封组件。
! 注意 |
金属屑可能破坏轴承，应把机器内部的金属屑清除干净。 |
!注意 |
紧固探头时，拧紧的力矩不能超过探头能承受的力 矩(参见探头技术规范)，否则可能损坏探头。 |