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電渦流傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類，電渦流傳感器，下面將對(duì)其工作原理作以闡述：
電渦流傳感器是基于電磁感應(yīng)原理而工作的，但又*不同于電磁感應(yīng)，并且在實(shí)際測(cè)量中要避免電磁感應(yīng)對(duì)其的干擾。電渦流的形成：現(xiàn)假設(shè)有一線圈中的鐵心是由整塊鐵磁材料制成的，此鐵心可以看成是由許多與磁通相垂直的閉合細(xì)絲所組成，因而形成了許多閉合的回路。當(dāng)給線圈通入交變的電流時(shí)，由于通過鐵心的磁通是隨著電流做周期性變化的，所以在這些閉合回路中必有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。在此電動(dòng)勢(shì)的作用下，形成了許多旋渦形的電流，這種電流就稱為電渦流。電渦流傳感器的工作原理如下圖所示：
當(dāng)線圈中通過高頻電流i時(shí)，線圈周圍產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)作用于金屬體，但由于趨膚效應(yīng)，不能透過具有一定厚度的金屬體，而僅作用于金屬表面的薄層內(nèi)。在交變磁場(chǎng)的作用下金屬表面產(chǎn)生了感應(yīng)電流Ie，即為渦流。感應(yīng)電流也產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)并反作用于線圈上，其方向與線圈原磁場(chǎng)方向相反。這兩個(gè)磁場(chǎng)相互疊加，就改變了原來線圈的阻抗Z，Z的變化僅與金屬導(dǎo)體的電阻率ρ、導(dǎo)磁率u、激勵(lì)電磁強(qiáng)度i、頻率f、線圈的幾何形狀r以及線圈與金屬導(dǎo)體之間的距離有關(guān)。線圈的阻抗可以用如下的函數(shù)式表示：Z=F（ρ、u、i、f、d）。當(dāng)被測(cè)對(duì)象的材料一定時(shí)，ρ、u為常數(shù)，儀表中的i、f、d也為定值，于是Z就成為距離d的單值函數(shù)。
三、實(shí)際應(yīng)用
電渦流傳感器以其測(cè)量線性范圍大，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，不受油污等介質(zhì)的影響，特別是非接觸測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，而得到了廣泛的應(yīng)用。在火電廠中主要應(yīng)用在以下幾個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：
1、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：在機(jī)組運(yùn)行期間，連續(xù)監(jiān)視轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于給定值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)或停機(jī)信號(hào)。其工作原理：根據(jù)電渦流傳感器的工作原理可知，趨近式電渦流探頭和運(yùn)行的轉(zhuǎn)子齒輪之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)周期性變化的脈沖量，測(cè)出這個(gè)周期性變化的脈沖量，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的監(jiān)測(cè)。
2、轉(zhuǎn)子零轉(zhuǎn)速：零轉(zhuǎn)速是機(jī)組在一種低于zui小旋轉(zhuǎn)速度下運(yùn)轉(zhuǎn)的指示，這是為了防止機(jī)組在停車期間轉(zhuǎn)軸的重力彎曲。工作原理和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速工作原理相同。
3、偏心：轉(zhuǎn)子的偏心是其受熱應(yīng)力彎曲的一種指示，它是在齒輪機(jī)構(gòu)盤車時(shí)觀測(cè)到的，它為轉(zhuǎn)子不對(duì)中提供可靠、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。渦流探頭可以連續(xù)監(jiān)測(cè)偏心度的峰-峰值，此值和鍵相脈沖同步。其工作原理：偏心探頭安裝在汽輪機(jī)前軸承箱內(nèi)軸頸處，其核心部分是一個(gè)電感線圈。當(dāng)大軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果有偏心度，則軸與電感線圈的距離出現(xiàn)周期性的變化，使電感線圈的電感量產(chǎn)生周期性的變化，測(cè)出這個(gè)電感量的變化值，就可以測(cè)出軸的偏心度。
4、鍵相：鍵相是描述轉(zhuǎn)子在某一瞬間所在位置的一個(gè)物理量，鍵相探頭和偏心探頭一起監(jiān)測(cè)大軸的偏心度，能夠準(zhǔn)確反應(yīng)出大軸發(fā)生偏心的具體相位角。其工作原理：鍵相測(cè)量就是通過在被測(cè)軸上設(shè)置一個(gè)凹槽或凸槽，稱為鍵相標(biāo)記。當(dāng)這個(gè)凹槽或凸槽轉(zhuǎn)到探頭位置時(shí)，相當(dāng)于探頭與被測(cè)面之間距離發(fā)生改變，傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，軸每轉(zhuǎn)一圈就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，產(chǎn)生的時(shí)刻表明了軸在每轉(zhuǎn)周期中的位置。因此通過將脈沖信號(hào)與軸的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行比較，就可以確定振動(dòng)的相位角。
5、振動(dòng)：電渦流探頭主要監(jiān)視主軸相對(duì)于軸承座的相對(duì)振動(dòng)。其工作原理：電渦流探頭的線圈和被測(cè)金屬體之間距離的變化，可以變換為線圈的等效電感、等效阻抗和品質(zhì)因素三個(gè)電參數(shù)的變化，再配以相應(yīng)的前置放大器，可進(jìn)一步把這三個(gè)電參數(shù)變換成電壓信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)的測(cè)量。振動(dòng)產(chǎn)生主要有以下幾個(gè)原因：
?。?）由于機(jī)組運(yùn)行中中心不正而引起振動(dòng)。機(jī)組運(yùn)行中若真空下降，將使排汽溫度升高，后軸承上抬，因而破壞機(jī)組中心引起的振動(dòng)。
?。?）由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡而引起振動(dòng)。
?。?）由于轉(zhuǎn)子發(fā)生彈性彎曲而引起振動(dòng)。
?。?）由于軸承油膜不穩(wěn)定而引起振動(dòng)。
?。?）由于汽輪機(jī)內(nèi)部發(fā)生摩擦而引起振動(dòng)。
（6）由于水沖擊而引起振動(dòng)。
（7）汽輪機(jī)在達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)生振動(dòng)。
6、軸向位移：軸向位移是指機(jī)組內(nèi)部轉(zhuǎn)子沿軸心方向，相對(duì)于推力軸承二者之間的間隙而言。通過對(duì)軸向位移的測(cè)量，可以指示旋轉(zhuǎn)部件與固定部件之間的軸向間隙或相對(duì)瞬時(shí)的軸向變化。它的工作原理與振動(dòng)測(cè)量原理相同，但是需要說明一點(diǎn)，軸向位移的測(cè)量經(jīng)常與軸向振動(dòng)搞混。軸向振動(dòng)是指?jìng)鞲衅魈筋^表面與被測(cè)體沿軸向之間距離的快速變動(dòng)，用峰峰值表示，它與平均間隙無(wú)關(guān)。
7、脹差：機(jī)組在運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子受熱要發(fā)生膨脹，因?yàn)檗D(zhuǎn)子受推力軸承的限制，所以只能沿軸向往低壓側(cè)伸長(zhǎng)。由于轉(zhuǎn)子體積小，而且直接受蒸汽的沖擊，因此升溫和熱膨脹比較快，而汽缸的體積較大，升溫和熱膨脹相對(duì)要慢一些。當(dāng)轉(zhuǎn)子和汽缸的熱膨脹還沒有達(dá)到穩(wěn)定之前，它們之間存在的熱膨脹值簡(jiǎn)稱脹差。關(guān)于脹差方向的規(guī)定：在機(jī)組啟動(dòng)或增負(fù)荷時(shí)，是一個(gè)蒸汽對(duì)金屬的加熱過程，轉(zhuǎn)子升溫快于汽缸，大于汽缸的膨脹值稱為正脹差。在停機(jī)或減負(fù)荷時(shí)，是一個(gè)降溫過程，轉(zhuǎn)子降溫快于汽缸，所以轉(zhuǎn)子收縮的快，也就是轉(zhuǎn)子的軸向膨脹值小于汽缸的膨脹，稱為負(fù)脹差。
四、電渦流傳感器的安裝
1、安裝注意事項(xiàng)
（1）探頭的安裝間隙。
?。?）探頭頭部與安裝面的安全間距。
?。?）電纜轉(zhuǎn)接頭的密封與絕緣。
?。?）探頭抗腐蝕性。
?。?）各探頭間的zui小間距。
?。?）探頭安裝支架的牢固性。
?。?）探頭所帶電纜、延伸電纜的安裝。
?。?）探頭的高溫高壓環(huán)境。
2、影響傳感器特性的因素：
?。?）被測(cè)體表面平整度對(duì)傳感器的影響
不規(guī)則的被測(cè)體表面，會(huì)給實(shí)際測(cè)量帶來附加誤差，因此被測(cè)體表面應(yīng)該平整光滑，不應(yīng)存在凸起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷。
（2）被測(cè)體表面磁效應(yīng)對(duì)傳感器的影響
電渦流效應(yīng)主要集中在被測(cè)體表面，如果由于加工過程中形成殘磁效應(yīng)，以及淬火不均勻、硬度不均勻、結(jié)晶結(jié)構(gòu)不均勻等都會(huì)影響傳感器特性。
（3）被測(cè)體表面鍍層對(duì)傳感器的影響
被測(cè)體表面的鍍層對(duì)傳感器的影響相當(dāng)于改變了被測(cè)體材料，視其鍍層的材料、厚薄，傳感器的靈敏度會(huì)略有變化。
?。?）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。
3、傳感器的安裝要求
?。?）對(duì)工作溫度的要求
一般渦流傳感器的zui高允許溫度≤180?C，實(shí)際上如果工作溫度過高，不僅傳感器的靈敏度會(huì)顯著降低，還會(huì)造成傳感器的損壞，因此測(cè)量汽輪機(jī)高、中、低轉(zhuǎn)軸振動(dòng)時(shí)，傳感器必須安裝在軸瓦內(nèi)，只有特制的高溫渦流傳感器才允許安裝在汽封附近。
?。?）對(duì)被測(cè)體的要求
為防止電渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)影響儀器的正常輸出，安裝時(shí)傳感器頭部四周必須留有一定范圍的非導(dǎo)電介質(zhì)空間。若在測(cè)試過程中某一部位需要同時(shí)安裝兩個(gè)或以上傳感器，為避免交叉干擾，兩個(gè)傳感器之間應(yīng)保持一定的距離。另外，被測(cè)體表面積應(yīng)為探頭直徑3倍以上，表面不應(yīng)有傷痕、小孔和縫隙，不允許表面電鍍。被測(cè)體材料應(yīng)與探頭、前置器標(biāo)定的材料一致。
?。?）對(duì)探頭支架的要求
探頭通過支架固定在軸承座上，支架應(yīng)有足夠的剛度以提高其自振頻率，避免或減小被測(cè)體振動(dòng)時(shí)支架的受激自振。
（4）對(duì)初始間隙的要求
電渦流傳感器應(yīng)在一定的間隙電壓（傳感器頂部與被測(cè)物體之間間隙，在儀表上指示一般是電壓）值下，其讀數(shù)才有較好的線性度，所以在安裝傳感器時(shí)必須調(diào)整好合適的初始間隙。
轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)和機(jī)組帶負(fù)荷后，轉(zhuǎn)子相對(duì)于傳感器將發(fā)生位移。如果把傳感器裝在軸承頂部，其間隙將減少；如裝在軸承水平方向，其間隙取決于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向；當(dāng)轉(zhuǎn)向一定時(shí)，其間隙取決于安裝在右側(cè)還是左側(cè)。為了獲得合適的工作間隙值，在安裝時(shí)應(yīng)估算轉(zhuǎn)子從靜態(tài)到轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)機(jī)組帶負(fù)荷后軸頸位移值和位移方向，以便在調(diào)整初始間隙時(shí)給予考慮。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)子從靜態(tài)到工作轉(zhuǎn)速，軸頸抬高大約為軸瓦間隙的1/2；水平方向位移與軸瓦形式、軸瓦兩側(cè)間隙和機(jī)組滑銷系統(tǒng)工作狀態(tài)有關(guān)，一般位移值為0.05-0.20mm。
在調(diào)整傳感器初始間隙時(shí)，除了要考慮上述這些因素外，還要考慮zui大振動(dòng)值和轉(zhuǎn)子原始晃擺值。傳感器初始間隙應(yīng)大于轉(zhuǎn)軸可能發(fā)生的zui大振幅和轉(zhuǎn)軸原始晃擺值的1/2。
3、安裝步驟
?。?）探頭插入安裝孔之前，應(yīng)保證孔內(nèi)無(wú)雜物，探頭能自由轉(zhuǎn)動(dòng)而不會(huì)與導(dǎo)線纏繞。
?。?）為避免擦傷探頭端部或監(jiān)視表面，可用非金屬測(cè)隙規(guī)測(cè)定探頭的間隙。
?。?）也可用連接探頭導(dǎo)線到延伸電纜及前置器的電汽方法整定探頭間隙。
當(dāng)探頭間隙調(diào)整合適后，旋緊防松螺母。此時(shí)應(yīng)注意，過分旋緊會(huì)使螺紋損壞。探頭被固定后，探頭的導(dǎo)線也應(yīng)牢固。延伸電纜的長(zhǎng)度應(yīng)于前置器所需的長(zhǎng)度一致。任意的加長(zhǎng)或縮短均會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差。
前置器應(yīng)置于鑄鋁的盒子內(nèi)，以免機(jī)械損壞及污染。不允許盒子上附有多余的電纜，在不改變探頭到前置器電纜長(zhǎng)度的前提下，允許在同一個(gè)盒內(nèi)裝有多個(gè)前置器，以降低安裝成本，簡(jiǎn)化從前置器到監(jiān)視器的電纜布線。采用適當(dāng)?shù)母綦x和屏蔽接地，將信號(hào)所受的干擾降至zui低限度。
4、延伸電纜的安裝
延伸電纜作為連接探頭和前置器的中間部分，是渦流傳感器的一個(gè)重要組成部分，所以延伸電纜的安裝應(yīng)保證在使用過程中不易受損壞，應(yīng)避免延伸電纜的高溫環(huán)境。探頭與延伸電纜的連接處應(yīng)鎖緊，接頭用熱縮管包裹好，這樣可以避免接地并防止接頭松動(dòng)。在盤放延伸電纜時(shí)應(yīng)避免盤放半徑過小而折壞電纜線。一般要求延伸電纜盤放直徑不得小于55mm.
5、前置器的安裝
前置器是整個(gè)傳感器系統(tǒng)的信號(hào)處理部分，要求將其安裝在遠(yuǎn)離高溫環(huán)境的地方，其周圍環(huán)境應(yīng)無(wú)明顯的蒸汽和水珠、無(wú)腐蝕性的汽體、干燥、振動(dòng)小、前置器周圍的環(huán)境溫度與室溫相差不大的地方。安裝時(shí)前置器殼體金屬部分不要同機(jī)殼或大地接觸。安裝時(shí)必須避免有其他干擾信號(hào)影響測(cè)量電路。
6、轉(zhuǎn)速、零轉(zhuǎn)速、偏心、鍵相傳感器安裝間隙的鎖定
這四種傳感器均可采用塞尺測(cè)量安裝間隙的方法進(jìn)行安裝。在探頭端面和被測(cè)面之間塞入設(shè)定安裝間隙厚度的塞尺，這四種傳感器的安裝間隙約為1.3mm左右。當(dāng)探頭端面和被測(cè)面壓緊塞尺時(shí)，緊固探頭即可。
7、軸振動(dòng)傳感器安裝間隙的鎖定
將探頭、延伸電纜、前置器連接起來，并給傳感器系統(tǒng)接上電源，用精度較高的萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)前置器的輸出電壓，同時(shí)調(diào)整探頭與被測(cè)面的間隙，當(dāng)前置器的輸出電壓大約在10-11vDC之間時(shí)，擰緊探頭的兩個(gè)緊固螺母固定探頭即可。
8、軸位移的零位鎖定
?。?）軸位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量原理：
軸位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用渦流傳感器的輸出電壓與其被測(cè)金屬表面的垂直距離在一定范圍內(nèi)成正比的關(guān)系，將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送至監(jiān)測(cè)器，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和保護(hù)的目的。
?。?）軸位移傳感器的零位鎖定：
軸位移傳感器零位鎖定必須參考的因素：
a）大軸推力瓦的間隙△值
b）大軸所在位置（即大軸推力盤已靠在推力瓦的工作面或非工作面）
c）位移監(jiān)測(cè)器及傳感器的校驗(yàn)數(shù)據(jù)
已知：△=0.36mm，軸位移監(jiān)測(cè)器量程為±1.25mm，大軸推力盤靠在工作面。
軸位移以傳感器的零位電壓計(jì)算值鎖定較為準(zhǔn)確可靠。以11mm傳感器為例，已知：△=0.36mm，大軸推力盤靠在工作面，軸位移監(jiān)測(cè)器量程為±1.25mm，傳感器靈敏度F=4.0V/mm，零位安裝電壓Vo=10.0V。則零位電壓X的計(jì)算：
X=Vo-F×1/2×△=9.28V
zui終零位鎖定后，監(jiān)測(cè)器應(yīng)顯示為-0.18mm。
注：若大軸推力盤靠在推力瓦的非工作面，則X應(yīng)按下式計(jì)算：
X=Vo+F×1/2×△=10.72V
zui后，按照計(jì)算出的X值安裝鎖定傳感器，監(jiān)測(cè)器顯示應(yīng)為0.18mm
?。?）現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試中傳感器零位鎖定應(yīng)注意的問題：
a）未考慮推力瓦間隙，表計(jì)會(huì)產(chǎn)生1/2×△mm的測(cè)量誤差。
b）將1/2×△mm的推軸間隙調(diào)反，表計(jì)會(huì)產(chǎn)生△mm的測(cè)量誤差。
五、電渦流傳感器的常見故障及處理方法
1、常見故障：
（1）電渦流探頭損壞。
?。?）探頭導(dǎo)線與延伸電纜的連接頭松動(dòng)。
（3）延伸電纜與前置器的連接處松動(dòng)。
?。?）前置器、延伸電纜故障。
?。?）延伸電纜接地。
?。?）探頭導(dǎo)線與延伸電纜的連接頭絕緣不好而接地。
2、處理方法：
?。?）更換電渦流探頭。
?。?）緊固探頭導(dǎo)線與延伸電纜的連接頭。
?。?）緊固延伸電纜與前置器的連接螺絲。
?。?）更換前置器、延伸電纜。
（5）更換延伸電纜或?qū)⑵淦茡p接地部分用絕緣帶包好。
（6）將探頭導(dǎo)線與延伸電纜的連接頭用熱縮管包裹好。
3、對(duì)常見故障處理方法的幾點(diǎn)建議：
?。?）更換電渦流探頭時(shí)應(yīng)注意避免碰傷探頭，不可將連接導(dǎo)線多次纏繞。
?。?）探頭導(dǎo)線與延伸電纜的連接處為帶有鎖緊功能的鎖頭，在緊固時(shí)應(yīng)避免用力過猛，以免損壞鎖頭。
?。?）緊固延伸電纜與前置器的連接螺絲不可用力過大，以免造成螺絲滑絲。
?。?）更換后的前置器應(yīng)與探頭、延伸電纜型號(hào)一致，應(yīng)將前置器放在鑄鋁的盒子內(nèi)，避免有其他干擾信號(hào)影響測(cè)量精度。
?。?）更換延伸電纜時(shí)應(yīng)注意電纜的盤管直徑不應(yīng)太小，以免造成對(duì)電纜的損傷。一般規(guī)定盤管直徑不得小于55mm。
（6）在處理探頭導(dǎo)線與延伸電纜的連接頭時(shí)應(yīng)用熱縮管包裹，不要用電工膠帶，這樣油霧會(huì)溶解膠帶上的沾性物而污染接頭。在需打開探頭導(dǎo)線與延伸電纜的連接頭時(shí)，用刀片在接頭金屬處劃開一小口即可，在此過程中當(dāng)心將電纜劃傷。
4、處理常見故障時(shí)可能發(fā)生的危險(xiǎn)點(diǎn)：
?。?）誤碰其他運(yùn)行設(shè)備，工作人員應(yīng)相互監(jiān)督。
?。?）運(yùn)行中更換振動(dòng)探頭發(fā)生高溫燙傷，應(yīng)戴防護(hù)手套。
?。?）更換延伸電纜時(shí)由于盤管直徑太小而損傷電纜，盤管直徑不能小于55mm。
（4）更換探頭時(shí)碰傷探頭，工作人員應(yīng)采取相應(yīng)防護(hù)措施。
?。?）由于溫度過高造成對(duì)探頭的損傷，探頭的工作溫度一般應(yīng)小于180C，只有特制的高溫渦流傳感器才允許安裝在汽封附近。
