电涡流传感器的常见故障处理及安装方法

电涡流传感器的常见故障处理及安装方法宋海成【摘要】本文详细阐述了电涡流传感器的工作原理和系统组成，简单分析了电涡流传感器的常见故障和处理方法，介绍了电涡流传感器探头的安装方法,安装中的常见错误以及处理方法.【期刊名称】《仪器仪表用户》【年(卷)，期】2018(025)010【总页数】5页(P31-35)【关键词】电涡流传感器;工作原理;系统组成;常见故障;安装方法;常见错误【作者】宋海成【作者单位】神华榆林能源化工有限公司，陕西榆林719302【正文语种】中文【中图分类】TP2120引言电涡流传感器广泛应用于电力、石油、化工、冶金等科研单位，对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空压机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相、轴转速、胀差、偏心等在线测量和保护。电涡流传感器具有长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点［1］。1电涡流传感器基本原理电涡流传感器由探头、延伸电缆、前置放大器以及被测体构成基本工作系统。其工作原理见图1,前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。如果在这一交变磁场的有效范围内没有金属材料靠近，则这一磁场能量会全部损失；当有被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，电磁学上称之为电涡流。与此同时，该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各向同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率6、磁导率£尺寸因子T、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和角频率3参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z=F（t代、6、D、I、3）函数来表示。通常能做到控制t,£6、I、3这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量[2]。图1工作原理图Fig.1Workingprinciplediagram2电涡流传感器的系统组成电涡流传感器的系统主要由电涡流探头、前置器、延伸电缆、接头保护器、被测体、安装附件组成。1）探头是采集信号的核心部件。如本特利的探头采用两次高温、高压、振动、注塑成型的工艺，大大提高了探头长时间工作的稳定性和可靠性。2） 前置器内部的电子线路可以产生一个特定频率的电信号，它能探测到能量的损耗，并能产生一个输出电压/电流，该电压/电流正比于所测见习的变化量。前置器对系统电缆长度有特殊要求，前置器有多种输出方式可供选择，前置器是分体电涡流传感器系统的必要组成部分。前置器已经完全采用数字化调试。3） 延伸电缆接在探头和前置器之间，延伸电缆与探头电缆长度的总和为整个系统的电缆长度。延伸电缆有多种长度规格可供选择，延伸电缆是系统的必要组成部分。4） 接头保护器采用橡胶材质，安装在探头与延伸电缆的接头连接位置处，是为了保护街头在现场不被油污、灰尘等其他物质污染，保证传感器可靠工作。5） 被测体的材质、形状等因素对传感器系统的测量结果有着直接影响。被测体是传感器测量系统的一部分。6） 安装附件是为了方便前置器的现场安装特别设计的，如本特利3300XL系列的前置器安装附件螺钉式安装底板和35mm导轨式安装底板两种。3电涡流传感器的故障原因分析和处理方法3.1电涡流传感器常见故障原因分析1） 传感器探头表面存在额外的附着物，成为干扰源，造成传感器测量不准。2） 延伸电缆与探头或者前置放大器的接头连接不好，造成监测仪表故障，出现波动［3］。3） 传感器安装时，探头离被测表面距离不合理，会导致系统运行在线性范围之外或不能正常工作。所以探头安装必须严格按照间隙电压进行确认安装，确保探头的测量准确。4） 现场监测仪表电缆走向不合理，机壳内电缆没有固定，机壳外电缆与强电电缆过近，都会导致监测仪表信号受到干扰。5） 延伸电缆和信号电缆的屏蔽层有损坏或接地不好，都会造成监测仪表的检测信号出现问题。6） 现场环境温度过高，对现场电缆造成损坏，导致监测仪表电缆断线或者短路。7） 传感器探头安装不牢固，在机组运行时由于机组自身振动，造成传感器探头松动。8）延伸电缆长度与探头所带延伸电缆长度之和与前置器要求的系统电缆长度不匹配，造成测量不准确。3.2电涡流传感器常见故障处理方法1） 针对传感器探头表面存在额外的附着物，成为干扰源，造成传感器测量不准问题，这就要求在安装探头前要对探头本身进行严格检查，同时对安装设备的安装空间进行确认，确保探头安装后完好。2） 针对延伸电缆与探头或者前置放大器的接头连接不好故障问题，需要对每个连接接头进行反复确认，确保连接的接头无松动。3） 针对探头安装离被测表面距离不合理故障问题，要求探头安装必须严格按照间隙电压进行确认安装，确保探头的测量准确。4） 针对现场监测仪表电缆走向不合理，机壳内电缆没有固定，机壳外电缆与强电电缆过近等故障，要求电缆敷设严格按照要求，强电电缆与监测仪表电缆必须分开布线，强电与监测仪表电缆直线距离必须大于30cm，同时电缆禁止交叉，在机组内的所有电缆必须做好固定。5） 针对延伸电缆和信号电缆的屏蔽层有损坏或接地不好的故障问题，要对机组定期进行排查，检查仪表电缆和接头是否完好，特别是检修期要对延伸电缆和信号电缆的屏蔽层做好绝缘测试工作，确保延伸电缆和信号电缆的屏蔽层完好。6） 针对传感器现场环境温度过高对现场电缆造成损坏问题，要尽量消除外界环境泄漏蒸汽现象，确保仪表不受高温的影响，造成不必要的停机。7） 针对传感器探头安装不牢固问题，要在机组检修时安排专人来对传感器探头进行检修拆装，同时需要对检修过的传感器探头进行安装投用前确认，确保传感器探头安装牢固可靠。8）针对延伸电缆长度与探头所带延伸电缆长度之和与前置器要求的系统电缆长度不匹配问题，可以在安装探头后进行确认，确保整套机组监测仪表测量的准确性。图2振动探头标定原理图Fig.2Schematicdiagramofvibrationprobecalibration4电涡流传感器的安装方法4.1电涡流探头的安装电涡流探头的安装步骤分为3步：①检查安装螺孔；②调整探头初始间隙；③紧固探头与所带电缆。4.1.1检查安装螺孔应确保安装探头的螺纹孔内没有任何杂物，如果网孔里拧进探头不顺利，可用适合的丝锥攻丝。攻螺孔时，要把轴承盖取下。在往螺孔内拧进探头时，必须保证探头电缆与延伸电缆脱离开，这样探头才能自由拧进，探头电缆才不会发生扭转。4.1.2调整探头初始间隙典型的探头安装方法是电气测隙法，如图2所示。即将探头、延伸电缆、前置放大器接好并送电，用数字万用表观察前置器输出电压，直到万用表读数为-10V左右即可。对于安装位移传感器探头，需要考虑轴的串量问题，使电气零点与机械零点相对应。在维修专业人员的配合下，分别将推力盘靠到轴瓦两侧，根据传感器探头的灵敏度系数（如果测量回路内部有安全栅，传感器探头的灵敏度系数衰减4%），计算出电压的变化量，以-10V为基准，得出安装电压。另外，重新校正探头在机体上的安装孔，以保证探头的表面正对轴的中心线，使峰-峰值读数准确[3]。1）间隙电压调整的步骤当机器处于非工作状态时，把探头拧进安装螺孔，一直到探头顶部接触到被测体的表面，然后反方向少许退出探头。把延伸电缆与探头电缆以及前置器连接起来。前置器电压（-23VDC-27VDC，对负电压输出）。在前置器的输出端与公共端之间加一个数字万用表。在前置器的输出端与公共端之间接10kQ的负载，该10kQ负载模拟监测仪表的输入阻抗。调整安装在螺孔里的探头，同时观察传感器输出电压，当探头往机器里拧进时，传感器输出将保持低电压。这是因为探头探测到了在螺孔周围的金属材料，当探头继续拧进，伸出安装孔时，传感器输出电压要增大到它的最大值。最后，当探头端接近被测体表面时，输出电压又会降低。图3传感器探头特性曲线Fig.3Thecharacteristiccurveoftransducerprobe把测量到的输出电压与校准曲线上给出的电压相比较，即可知道间隙大小。调整探头顶部与被测体表面之间的距离，直到测量得到的间隙电压与所要求的间隙电压一致，这时传感器端部距离被测体表面的距离即为所需要的初始安装间隙。2）探头的特性曲线将所有部件按照图2连接成一个整体系统进行电特性检查，作出探头工作曲线，探头基于电涡流原理进行检测。一般在可标定的函数关系范围内间隙和电压之间成正比例关系，但由于边缘效应等原因，间隙和电压之间的实际曲线如图3所示，在低端（低于A点）和高端（高于B点）成非线性关系。要准确检测轴的振动、位移变化量，必须让探头工作在线性段，即设法使轴位移探头的零位参考点和径向振动探头的直流偏置电压设置在线性段的中点（即图中的C点），以确保电涡流传感器在整个检测范围内的准确性。因此，必须对探头作特性曲线。4.1.3紧固探头与所带电缆把锁紧螺母拧紧以固定探头，推荐拧紧的力矩为115kg/cm，不要把锁紧螺母拧得太紧，以免损坏螺纹或者把探头壳体损坏。同时，要把探头所带电缆在机器内固定好，尽量避免由于油流、气流或者外力作用造成的探头电缆老化损坏。4.2延伸电缆的安装延伸电缆安装主要分为5个步骤：①检查电缆长度；②给延伸电缆加上标签；③在管道里敷设延伸电缆：④敷设带有铠装的延伸电缆；⑤连接延伸电缆。1） 检查电缆长度要保证延伸电缆的长度加上探头的长度，等于前置器所要求的系统电缆长度。例如:应用4m的延伸电缆和1m的探头电缆，对应的系统长度为5m的前置器，其电缆长度就是正确的。2） 给延伸电缆加上标签在安装延伸电缆的时候，应该给每套传感器不同的延伸电缆加上可以进行区别的标签。3） 在管道里敷设延伸电缆把管道的一端接到接线盒上，该接线盒内包括有探头电缆和延伸电缆，管道的另一端则连接到前置器的箱子上。延伸电缆和探头电缆虽然都经过了特殊处理，但是仍必须注意，使其不要收到尖锐东西或粗糙面的切割或者摩擦。为了保护黄金锁紧接头不受污染，在装进导管之前要随产品附带的聚四氟套管把每个接头都包上。表1探头安装的常见错误[5]Table1Commonerrorsinprobeinstallation[5]序号12345678910错误的形式在安装探头后，造成探头间隙电压不能调整安在机器壳体上钻的孔，对于轴的中心偏移一个角度探头被用来探测有镀铬的表面测量轴向位移的探头，被装在轴的某一端的对面，而这一端是原理止推轴承的探头安装在支架或者箱体里，但并没有完全穿过整个安装孔安装探头支架刚度不够导管附在探头体上，这样会使探头过分拉紧探头初始安装间隙不正确探头所带电缆以及延伸电缆，在有机械破坏可能的危险环境下没有足够的保护敷设延伸电缆的导管密封不当错误的结果探头的安装一定要重新设计探头的表面距轴的一侧中心线太远，这样无法校准，并会造成较低的P-P值读数探头信号的读数不稳定探头输出的轴向位移信号会有很大地变化，而它与止推轴承的状态已无联系监视仪表给出错误的〃正常”指示，当探头并未监测轴的表面时，监视仪表却指示它正在监测监视仪表的指示毫无意义，共振使得探头有大幅度地振动探头电缆或者探头可能被损坏探头初始安装间隙并未处于它的线性范围的中部，因为线性范围起始点并非为0电缆可能被破坏111213在安装前置器的箱子里，会充满润滑油或者油在巷子内以凝结的形式出现探头电缆会损坏延伸电缆或者是探头电缆可能被损坏探头壳体可能被破坏14测量结果误差太大151617181920在安装时，是用其所带电缆把探头拧进固定孔的调整探头初始安装间隙电压时，延伸电缆没有拆下来在安装时，加到探头壳体上的扭矩过大，或者没有一扳手平面作为受力面延伸电缆长度与探头所带电缆长度之和与前置器所要求的系统电缆长度不匹配很多延伸电缆都安装在普通的管道里，没有加以区分装在内部的探头所带的电缆没有紧固延伸电缆的形式与探头或前置器不匹配多个探头安装的太靠近，或者没有按照要求安装探头接头与延伸电缆接头安装不慎，有油介质进入探头接头与延伸电缆接头未绝缘包裹好，接触大地探头往往接到错误的前置器上外力的作用可能会损坏探头所带电缆测量结果无意义测量结果对于探头间的相互干扰而不准确测量振动数据有随机跳动性，测量唯一数据漂移不稳定测量振动数据有随机跳动性，测量唯一数据漂移不稳定4）敷设带有铠装的延伸电缆如果敷设电缆不使用管道，则需要用铠装的延伸电缆，可采用安装电缆的夹紧装置，把带有铠装的电缆固定住。应把延伸电缆安装在安全的地方，以减少电缆损坏的机5）连接延伸电缆将探头的锁紧插头拧进延伸电缆的锁紧插座，顺时针旋转几圈，连续发出轻微〃咔嚓”声即为拧紧。拆卸时，逆时针旋转几圈即可。在盘方传感器电缆时，应注意盘方直径不能过小，一般要求：不带铠装探头或延伸电缆盘方直径不得小于45mm，带铠装探头或延伸电缆盘放直径不得小于55mm。4.3前置器的安装前置器的安装分为3个步骤：①安装；②绝缘；③现场接线。1） 安装把前置器安装在一个盒子里，它可以保护前置器免遭机械性破坏并不受污染。最好选择保护箱或铸铝的箱子，使其免遭机械性损坏或者由于周围不良环境所造成的损坏。在有腐蚀气体以及有溶解的环境中，要把保护箱用于干净干燥的压缩空气或者惰性气体加以净化。要保证保护箱内不能有残存的金属物，这些金属物可能导致前置器终端短路。要保证过热和较长的电缆以及铠装，被固定在远离前置器终端的地方［4］。2） 绝缘所有的前置器相互之间要求绝缘，把前置器进行电缆绝缘，并把监测仪表上的电缆屏蔽端接地，这样可以使在信号导体内感应的噪音信号减小到最低水平。3） 现场接线要保证延伸电缆的长度加上探头的长度，等于前置所要求的长度。再进行前置器接线。4.4探头安装的常见错误见表1。5结束语电涡流传感器能静态和动态的非接触、高线性度、高精度、高分辨率地测量被测金属导体表面距离探