TSI探头的工作原理

1、TSITSI探头的工作原理、安装注探头的工作原理、安装注意事项意事项2012.10.122012.10.12一、传感器 TSI TSI系统常用的传感器一般有电涡流传感器、磁阻式传感系统常用的传感器一般有电涡流传感器、磁阻式传感器，速度传感器这么几种。器，速度传感器这么几种。1 1、电涡流传感器、电涡流传感器 结构和工作原理：电涡流传感器主要由一个扁平线圈组成，结构和工作原理：电涡流传感器主要由一个扁平线圈组成，此线圈可以是粘在框架上，也可以在框架上开槽，线圈缠此线圈可以是粘在框架上，也可以在框架上开槽，线圈缠绕到槽内。电涡流探头都是配有一个前置器，前置器内有绕到槽内。电涡流探头都是配有一个前置

2、器，前置器内有晶体振荡器，他能产生一个稳定的高频电流，通过延长电晶体振荡器，他能产生一个稳定的高频电流，通过延长电缆供给探头，这个电流叫励磁电流，他进入到探头的线圈缆供给探头，这个电流叫励磁电流，他进入到探头的线圈后，在探头头部形成一个高频、交变的磁场，在此高频交后，在探头头部形成一个高频、交变的磁场，在此高频交变磁场中的被测物体（导体）表面也将会产生电涡流变磁场中的被测物体（导体）表面也将会产生电涡流i i，此，此电涡流也将产生一磁场，根据有关定律，该电涡流磁场总电涡流也将产生一磁场，根据有关定律，该电涡流磁场总是抵抗外磁场的存在，使线圈内的电涡流损耗，并引起传是抵抗外磁场的存在，使线圈内的

3、电涡流损耗，并引起传感器的品质因素感器的品质因素Q Q及等效阻抗及等效阻抗Z Z减低，总之最后推出阻抗减低，总之最后推出阻抗Z Z的的变化近似的认为是距离变化近似的认为是距离D D变化的单函数，再配一适当的电路，变化的单函数，再配一适当的电路，可将可将Z Z的变化成比例的转化为电压变化，即实现位移与电压的变化成比例的转化为电压变化，即实现位移与电压的转化，这就是阻抗测量法的原理。的转化，这就是阻抗测量法的原理。图示图示特点及用途特点及用途 特点：工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、特点：工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、响应速度快、抗干扰力强、等介

4、质的影响、结构等介质的影响、结构简单等优点；简单等优点； 一般用于测量的参数：转速（电压周期性变化，测得频率一般用于测量的参数：转速（电压周期性变化，测得频率就能够算出转速）、振动、轴位移、涨差、键相、偏心等；就能够算出转速）、振动、轴位移、涨差、键相、偏心等； 定位：电涡流探头主要以间隙电压为定位标准。（在下面定位：电涡流探头主要以间隙电压为定位标准。（在下面会详述）会详述）测量影响因素：测量影响因素： 被测体表面：被测体表面应该平整光滑，不应存在凸起、被测体表面：被测体表面应该平整光滑，不应存在凸起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷。不光滑的表面会给测量带来误洞眼、刻痕、凹槽等缺陷。不光滑的表面会给

5、测量带来误差；差； 表面的大小：因为电涡流探头形成的磁场有一定的范围，表面的大小：因为电涡流探头形成的磁场有一定的范围，电涡流的探头也有一定的范围，这样就对被测体表面的大电涡流的探头也有一定的范围，这样就对被测体表面的大小有一定要求。被测体表面是平面时；要求被测平面的直小有一定要求。被测体表面是平面时；要求被测平面的直径是探头直径的径是探头直径的1.51.5倍（从探头中心正对的点算），被测表倍（从探头中心正对的点算），被测表面是柱体时，一般要求被测轴直径为探头头部直径的面是柱体时，一般要求被测轴直径为探头头部直径的3 3倍以倍以上，否则灵敏度降低。被测体表面越小，灵敏度下降越多。上，否则灵敏度

6、降低。被测体表面越小，灵敏度下降越多。 支架的影响：支架的好坏直接决定测量的效果，这就要求支架的影响：支架的好坏直接决定测量的效果，这就要求支架应有足够的刚度以提高自振频率，避免或减小被测体支架应有足够的刚度以提高自振频率，避免或减小被测体振动时支架也同时受激自振（所以除非能够保证支架的强振动时支架也同时受激自振（所以除非能够保证支架的强度，否则一般电厂不能对探头的支架进行私自改造）。度，否则一般电厂不能对探头的支架进行私自改造）。磁阻传感器磁阻传感器2 2、磁阻传感器、磁阻传感器 结构及工作原理：磁阻式传感器由铁芯、永久磁钢、感应结构及工作原理：磁阻式传感器由铁芯、永久磁钢、感应线圈（线圈阻

7、值一般在线圈（线圈阻值一般在100100到上千到上千，一般是，一般是7 7、800800）组成，一般用于测转速。永久磁钢产生一定强度的磁场，组成，一般用于测转速。永久磁钢产生一定强度的磁场，当齿轮转动时，这探头与齿轮间的间隙就会成周期性的变当齿轮转动时，这探头与齿轮间的间隙就会成周期性的变化，其结果就是通过传感器线圈的磁通量发生周期性增减，化，其结果就是通过传感器线圈的磁通量发生周期性增减，从而在线圈中感应出成近似正弦波（见下图）的感应电势从而在线圈中感应出成近似正弦波（见下图）的感应电势信号。信号。 通过它的工作方式我们不难知道，这个交流的电压的频率通过它的工作方式我们不难知道，这个交流的电

8、压的频率与齿轮的齿数，齿轮的转速成正比。公式如下：与齿轮的齿数，齿轮的转速成正比。公式如下： f=nz f=nz f f传感器输出的频率信号（传感器输出的频率信号（HzHz）；）； n n转速（转速（r/minr/min）；）； z z齿轮齿数（齿轮齿数（6060） 那当我们的齿轮齿数一定时，那输出的电压频率就和转速那当我们的齿轮齿数一定时，那输出的电压频率就和转速成正比。成正比。所以我们通过测量感应电势的频率就可以推算出转速。所以我们通过测量感应电势的频率就可以推算出转速。原理图示原理图示磁通量该表的示图磁通量该表的示图特点及测量用途特点及测量用途 特点：能在烟雾，汽水、油气等环境中工作；他

9、输出的信特点：能在烟雾，汽水、油气等环境中工作；他输出的信号强，抗干扰能力强；维护成本低，号强，抗干扰能力强；维护成本低，不需要供电不需要供电，完全靠，完全靠磁电感应来测量，体积小巧。磁电感应来测量，体积小巧。 缺点：低转速时会出现测量不准的现象。缺点：低转速时会出现测量不准的现象。 在电厂的用途：主要用来测量汽轮机、给水泵转速等。在电厂的用途：主要用来测量汽轮机、给水泵转速等。影响测量的因素影响测量的因素 磁阻传感器感应电势成正弦波状，经过研究发现，感应电磁阻传感器感应电势成正弦波状，经过研究发现，感应电势的峰值与安装间隙和齿轮的转速是有一定关系的：势的峰值与安装间隙和齿轮的转速是有一定关系

10、的： V=Kn/d 公式中：公式中：V峰值电压；峰值电压；n转速；转速；d安装间隙；安装间隙；K传感传感器的特性参数；器的特性参数； 转速测量原理：模块在接受感应电势时，峰值超过门槛电压转速测量原理：模块在接受感应电势时，峰值超过门槛电压的才记录有效。根据公式我们可以知道，在低转速时，形的才记录有效。根据公式我们可以知道，在低转速时，形成的峰值电压小，在检测时可能就会被漏掉，无法正常测成的峰值电压小，在检测时可能就会被漏掉，无法正常测量。这就是在低速时测量不准的原因。但是也不至于要到量。这就是在低速时测量不准的原因。但是也不至于要到很高的转速才能显示出来，一般把探头与测速齿盘间隙适很高的转速才

11、能显示出来，一般把探头与测速齿盘间隙适当减小就能很大程度的解决低转速测量的问题（将间隙减当减小就能很大程度的解决低转速测量的问题（将间隙减小到小到0.8或或0.9mm）。）。 定位：磁阻传感器的安装并没有很大的要求，按照间隙安定位：磁阻传感器的安装并没有很大的要求，按照间隙安装，只要控制好间隙就好了，一般间隙控制在装，只要控制好间隙就好了，一般间隙控制在1mm左右。左右。过小，容易打坏探头，过大低速测量效果会不好，出现漏过小，容易打坏探头，过大低速测量效果会不好，出现漏测的现象。测的现象。速度式传感器速度式传感器3、速度式振动传感器、速度式振动传感器结构及工作原理：速度式传感器是由一个惯性质量

12、线圈和一结构及工作原理：速度式传感器是由一个惯性质量线圈和一个移动的磁钢壳体组成，惯性线圈通过一个一定刚度的弹簧个移动的磁钢壳体组成，惯性线圈通过一个一定刚度的弹簧连接在壳体上，壳体固定在被测设备上。当设备运行时线圈连接在壳体上，壳体固定在被测设备上。当设备运行时线圈相对于空间是静止的，而磁钢壳体与设备连接，和设备振动相对于空间是静止的，而磁钢壳体与设备连接，和设备振动的频率幅度是一样的，这样惯性线圈和磁钢的相对运动就会的频率幅度是一样的，这样惯性线圈和磁钢的相对运动就会产生电势，该电势通过处理用来反映振动产生电势，该电势通过处理用来反映振动用途：这种传感器可以用来测量轴承壳、机壳的振动，可以

13、用途：这种传感器可以用来测量轴承壳、机壳的振动，可以测量物体相对于空间的绝对振动。其显示可以是速度值大小，测量物体相对于空间的绝对振动。其显示可以是速度值大小，也可以将速度转化成位移显示。用于给水泵、风机等。也可以将速度转化成位移显示。用于给水泵、风机等。安装：安装时要注意，不要安装在高磁场地域，比如某些大安装：安装时要注意，不要安装在高磁场地域，比如某些大型电动机；高磁场对测量的干扰是很严重的；过大的交叉振型电动机；高磁场对测量的干扰是很严重的；过大的交叉振动，也会影响甚至损坏传感器，传感器对于垂直于它的振动动，也会影响甚至损坏传感器，传感器对于垂直于它的振动比较敏感，尤其是低频振动传感器，

14、它内部的弹簧更柔软，比较敏感，尤其是低频振动传感器，它内部的弹簧更柔软，更容易磨损。安装不合理将导致传感器振幅、频率的降低，更容易磨损。安装不合理将导致传感器振幅、频率的降低，测量不准确。测量不准确。振动速度传感器振动速度传感器安装示图安装示图传感器样品传感器样品TSITSI系统各测点的讲述系统各测点的讲述l振动振动l偏心、键相偏心、键相l转速、零转速转速、零转速l轴向位移轴向位移l胀差胀差l膨胀膨胀TSITSI各测点各测点二、二、TSI各测点的讲解各测点的讲解1 1、振动：本厂机组每个轴承处安装两只，且互成、振动：本厂机组每个轴承处安装两只，且互成9090, ,垂直垂直于轴承于轴承, ,探头

15、与水平方向的夹角为探头与水平方向的夹角为4545, ,分别测量分别测量X X、Y Y方向上方向上的振动。的振动。 电涡流探头安装的一项重要工作是调整探头与被测金属间电涡流探头安装的一项重要工作是调整探头与被测金属间的安装间隙电压，间隙电压应为传感器输出特性曲线的线形中的安装间隙电压，间隙电压应为传感器输出特性曲线的线形中点位。厂家给出的安装数据一般就是该传感器的中心电压。点位。厂家给出的安装数据一般就是该传感器的中心电压。 由于传感器线形电压范围大大超过测量范围由于传感器线形电压范围大大超过测量范围, ,所以安装间所以安装间隙允许有较大的偏差隙允许有较大的偏差, ,只要保证测量范围在线只要保证

16、测量范围在线性段内即可性段内即可, ,但为但为了满足故障诊断和了满足故障诊断和可靠性的需要可靠性的需要, ,一一般要般要 求安装电压求安装电压9.759.75土土0.2 V0.2 V。振动振动安装：安装时动作要小心，可在安装支架螺纹孔处平稳的旋进安装：安装时动作要小心，可在安装支架螺纹孔处平稳的旋进旋出探头，用万用表在前置器输出端测量，观察其间隙电压的旋出探头，用万用表在前置器输出端测量，观察其间隙电压的变化情况。当电压达到线性中点变化情况。当电压达到线性中点U0U0左右时（一般为左右时（一般为-10V-10V左右），左右），逐步锁紧探头螺母即可。然后固定安装支架，拧紧螺丝并加装逐步锁紧探头螺

17、母即可。然后固定安装支架，拧紧螺丝并加装弹簧垫、定位销，必须注意锁紧前后的输出电压或示值是否有弹簧垫、定位销，必须注意锁紧前后的输出电压或示值是否有变化，保证机械零位与电气零位一致。变化，保证机械零位与电气零位一致。 与延长电缆的接头处与延长电缆的接头处要用耐油热缩管处理，以免接地。要用耐油热缩管处理，以免接地。2 2、偏心、键相：偏心是指轴表面外径与轴真实的几何中心之、偏心、键相：偏心是指轴表面外径与轴真实的几何中心之间的变化，这种变化也叫做轴的弓形。弓形又分永久弓形和间的变化，这种变化也叫做轴的弓形。弓形又分永久弓形和暂时弓形，大轴的机械弯曲造成的永久弓形，还有是由于热暂时弓形，大轴的机械

18、弯曲造成的永久弓形，还有是由于热膨胀不均匀或重力因素造成的暂时的弓形，这部分弓形通过膨胀不均匀或重力因素造成的暂时的弓形，这部分弓形通过长时间的盘车会被矫正。为了减小机组的振动，保证设备的长时间的盘车会被矫正。为了减小机组的振动，保证设备的安全，机组启动和停机时总要盘车一端时间，而盘车时机组安全，机组启动和停机时总要盘车一端时间，而盘车时机组监视的依据就是偏心在合适的范围之内。监视的依据就是偏心在合适的范围之内。 安装定位：偏心的安装和所有电涡流传感器的安装方式是安装定位：偏心的安装和所有电涡流传感器的安装方式是一样的，按照间隙电压安装，间隙电压一般选在探头的线性一样的，按照间隙电压安装，间隙

19、电压一般选在探头的线性特性区间范围的中间位置。比如本特利特性区间范围的中间位置。比如本特利35008MM35008MM的探头灵的探头灵敏度为敏度为7.874V/mm7.874V/mm，线性范围为，线性范围为-2.75 -16.75V-2.75 -16.75V，安装间隙，安装间隙电压就定在电压就定在-10v-10v左右。左右。偏心、键相偏心、键相l键相：键相又叫相位参考，在大轴上有一个凹槽，大轴每转键相：键相又叫相位参考，在大轴上有一个凹槽，大轴每转一圈，键相探头就会测量到一次，记下大轴的位置。键相为偏一圈，键相探头就会测量到一次，记下大轴的位置。键相为偏心和振动服务，即说明偏心和振动的方向、相

20、位，为分析数据心和振动服务，即说明偏心和振动的方向、相位，为分析数据提供依据。注意一下你会发现，当你拆掉键相探头时偏心的测提供依据。注意一下你会发现，当你拆掉键相探头时偏心的测量值是不正确的。量值是不正确的。偏心、键相偏心、键相l 安装定位：键相的定位，将探头对准大轴，不要正对凹槽安安装定位：键相的定位，将探头对准大轴，不要正对凹槽安装，安装间隙电压为装，安装间隙电压为-10v-10v左右，这样转到凹槽处的间隙电压一左右，这样转到凹槽处的间隙电压一般为般为-20v-20v左右，一般设置门槛电压为左右，一般设置门槛电压为-15v-15v，这样大轴每转一圈，这样大轴每转一圈，卡键都会记录下来。卡键

21、都会记录下来。l键相的作用：键相的作用： 测量转速；测量转速；设备启动时或停止是，都要过临界转速，使用键相位配合轴设备启动时或停止是，都要过临界转速，使用键相位配合轴振动探头，可以完美的捕捉到启动振动探头，可以完美的捕捉到启动/ /停止时的振动趋势；停止时的振动趋势；正常使用时检测转轴的轴向扭曲，因为这种异常会导致转轴正常使用时检测转轴的轴向扭曲，因为这种异常会导致转轴彻底报废，虽然很少发生！但是由于这种变形根本无法在普通彻底报废，虽然很少发生！但是由于这种变形根本无法在普通的轴振动探头单独体现出来，这个叫相位角测量；的轴振动探头单独体现出来，这个叫相位角测量；可以配合轴振动探头获取转轴的实时

22、轴心位置，分析轴承扰可以配合轴振动探头获取转轴的实时轴心位置，分析轴承扰动。判断出大轴振动的相位角。键相对轴的动平衡分析、诊断动。判断出大轴振动的相位角。键相对轴的动平衡分析、诊断有很大帮助。有很大帮助。 所以说，键相在所以说，键相在TDMTDM系统中起到了至关重要的作用。系统中起到了至关重要的作用。偏心、键相偏心、键相转速及零转速转速及零转速3、 转速：转速一般都安装在机头上，机头大轴上设计一个转速：转速一般都安装在机头上，机头大轴上设计一个60齿的齿轮，在齿轮上有个弓形瓦，所有测量转速的探头全齿的齿轮，在齿轮上有个弓形瓦，所有测量转速的探头全部装在该弓形瓦上。部装在该弓形瓦上。 转速一般都

23、有这么几种：转速一般都有这么几种：3个到个到TSI系统，用监视转速、超速保护，判断转速超过系统，用监视转速、超速保护，判断转速超过110%发出开关量信号到发出开关量信号到ETS系统。系统。3个到个到DEH系统，用来控制汽轮机转速的被调量以及系统，用来控制汽轮机转速的被调量以及103%保护。保护。1个到就地机头转速表，用于就地的观察。个到就地机头转速表，用于就地的观察。2个到个到TSI系统做零转速，用去监视，连锁启停盘车。系统做零转速，用去监视，连锁启停盘车。l 零转速：所谓零转速，就是要反映转子刚刚静止的状态，零转速：所谓零转速，就是要反映转子刚刚静止的状态，在转子刚刚停止的时候投盘车，但是在

24、实际测量过程中无法在转子刚刚停止的时候投盘车，但是在实际测量过程中无法准确的反映转子刚刚停止的时刻。所以，一般来说只要转速准确的反映转子刚刚停止的时刻。所以，一般来说只要转速小于小于2转，就可以认为转子已经停止了，这时候可以投入盘转，就可以认为转子已经停止了，这时候可以投入盘车运行车运行转速及零转速转速及零转速l 安装：到安装：到TSITSI系统的转速都是电涡流探头，电涡流探头的安系统的转速都是电涡流探头，电涡流探头的安装和以上讲述的安装方式一样，都是按间隙电压装。在这装和以上讲述的安装方式一样，都是按间隙电压装。在这要注意一点是，当安装转速时一定要将探头与齿轮的齿尖要注意一点是，当安装转速时

25、一定要将探头与齿轮的齿尖正对，然后再定位。这个工程可能需要运行人员手动盘车正对，然后再定位。这个工程可能需要运行人员手动盘车配合。配合。 磁阻传感器的安装，按照间隙装，一般安装间隙都在磁阻传感器的安装，按照间隙装，一般安装间隙都在1mm1mm左右，同样是要将探头与齿轮的齿尖正对，然后再用塞尺左右，同样是要将探头与齿轮的齿尖正对，然后再用塞尺测出间隙。安装完毕后，用金属片在探头与齿轮之间滑动测出间隙。安装完毕后，用金属片在探头与齿轮之间滑动我们会测到探头的阻值是变化的，这样可以判断传感器是我们会测到探头的阻值是变化的，这样可以判断传感器是正常的。正常的。轴向位移轴向位移4 4、轴向位移：、轴向位

26、移：l定义：轴位移也叫串轴，是推力盘（大轴）对推力轴承（气缸）定义：轴位移也叫串轴，是推力盘（大轴）对推力轴承（气缸）的相对位置测量值，轴位移保护的主要目的是使动静部件之间的相对位置测量值，轴位移保护的主要目的是使动静部件之间保持一定的轴向间隙保持一定的轴向间隙, ,避免汽轮机内部转子和定子之间发生摩擦避免汽轮机内部转子和定子之间发生摩擦和碰撞。和碰撞。我们厂汽轮机高中压转是分开的的，高、中压转子之间，我们厂汽轮机高中压转是分开的的，高、中压转子之间，中压转子与低压转子之间，低压转子与发电机之间，发电机转中压转子与低压转子之间，低压转子与发电机之间，发电机转子与励磁机转子之间都是采用法兰式刚性

27、联轴器联接，这样就子与励磁机转子之间都是采用法兰式刚性联轴器联接，这样就形成了轴系。轴系轴向位置是靠推力盘来定位的，推力盘包围形成了轴系。轴系轴向位置是靠推力盘来定位的，推力盘包围在推力轴承中，由此构成了机组动静之间的死点。所谓在推力轴承中，由此构成了机组动静之间的死点。所谓“死点死点”就是整个轴系在就是整个轴系在“死点死点”这个位置相两侧膨胀，该点相对是不这个位置相两侧膨胀，该点相对是不动的。动的。l定位：在安装轴向位移之前，必须确定汽轮机的推力间隙，推定位：在安装轴向位移之前，必须确定汽轮机的推力间隙，推力盘在推力轴承工作瓦面和非工作瓦面之间的移动距离叫推力力盘在推力轴承工作瓦面和非工作瓦

28、面之间的移动距离叫推力间隙，即间隙，即K K值；先将大轴推向工作面，再推向非工作面，测出推值；先将大轴推向工作面，再推向非工作面，测出推力间隙，然后以力间隙，然后以K/2K/2的位置为零点，这就是的位置为零点，这就是“中间定零中间定零”的方式。的方式。轴向位移轴向位移具体方式就是推力盘两边各架起一个千分表，在推间隙的时候算具体方式就是推力盘两边各架起一个千分表，在推间隙的时候算出推力间隙出推力间隙K K，把推力盘再次紧靠工作瓦表面，如图所示。，把推力盘再次紧靠工作瓦表面，如图所示。 由厂家提供的说明书及出厂报告已知轴位移信号前置器线性测由厂家提供的说明书及出厂报告已知轴位移信号前置器线性测量范

29、围的灵敏度量范围的灵敏度S=4V/mmS=4V/mm，传感器安装间隙电压为，传感器安装间隙电压为U0=-9.76VU0=-9.76V，则，则轴位移安装间隙电压轴位移安装间隙电压U1U1的计算式为：的计算式为： U1=U0 U1=U0S S1/21/2K=-9.76K=-9.764.004.001/21/20.38= -10.52V 0.38= -10.52V 利用计算出的电压利用计算出的电压U1U1将轴位移探头固定（此时大轴紧贴工作面），将轴位移探头固定（此时大轴紧贴工作面），定位结束，观察定位结束，观察DCSDCS中轴向位移显示值，是否一致。中轴向位移显示值，是否一致。轴向位移感器轴向位移感

30、器例如某厂汽轮机的推力间隙为例如某厂汽轮机的推力间隙为K=0.38mmK=0.38mm，则轴向位移的量，则轴向位移的量程就为程就为-0.19 +0.19mm-0.19 +0.19mm。此时卡键接受此电压值后，经过计算。此时卡键接受此电压值后，经过计算处理，显示出位移值应为处理，显示出位移值应为+0.19mm+0.19mm。另外还有两种定零方式：在冷态时，将大轴推向推力轴承另外还有两种定零方式：在冷态时，将大轴推向推力轴承的工作面（发电机测），推紧后，将该位置定位零位。或是推的工作面（发电机测），推紧后，将该位置定位零位。或是推向非工作面，定零位，根据不同的厂家的汽轮机，选择不同的向非工作面，定零位，根据不同的厂家的汽轮机，选择不同的定位方式。定位方式。 由于电涡流探头的型号不同，所以灵敏度、线性也都不同，由于电涡流探头的型号不同，所以灵敏度、线性也都不同，用来测量不同参数的电涡流探头定出来的间隙也是各不相同的。用来测量不同参数的电涡流探头定出来的间隙也是各不相同