电涡流式振动位移传感器应用和运行分析

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)02-0052-03

Anal y sis on O p eration and A pp l ication of Edd y Current Vibration Dis p lacement Trans ducer

L 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 sin2

πf x t 时,前置器输出电压为:

浙江电力

ZHE J IANG E LECT RIC POWER

532009

年第2期U S C =U 0+U M sin2

πf 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