摘要：本文介紹了本特利電渦流式振動位移傳感器結構、基本工作原理，闡述了本特利內華達電渦流傳感器在大型機組軸振動、軸位移檢測保護中的應用，著重介紹了傳感器的安裝和常見故障處理。

關鍵詞：電渦流傳感器震動檢測應用

引言：離心式壓縮機軸系儀表的安裝與調試是壓縮機和汽輪機上非常重要的參數，直接關系到設備的安全以及系統的正常運行。軸系參數通常是指軸系的震動、位移和轉速。具體是前后軸振動、軸位移，軸鍵相及轉速。離心式壓縮機的軸系測量一般使用電渦流式傳感器。當壓縮機運行時本特利電渦流傳感器對壓縮機和汽輪機的震動、軸向位移、鍵相進行時實監測，并當某一參數越限時，3500根據邏輯運算，發出報警或者跳車信號，保護汽輪機和壓縮機設備運行安全。

一、電渦流傳感器監測原理

根據麥克斯韋爾電磁理論，傳感器線圈中通入由前置放大器提供的1~2MHz的高頻電流之后，線圈周圍會產生高頻磁場，該磁場穿過靠近它的轉軸金屬表面時，會在其中感應產生一個電渦流。根據楞次定律，這個變化的電渦流磁場又會在它周圍產生一個電渦流磁場，其方向和原磁場方向相反，這兩個磁場相疊加，將改變原線圈的阻抗。在磁導率、激勵電流強度、頻率等參數不變的情況下，線圈的阻抗與探頭頂部到被測金屬的表面間隙之間成線性關系。

當傳感器與被測物體的表面間隙較小的時候，電渦流也較強，阻抗較大，傳感器最終的輸出電壓變小；當傳感器與被測物體的表面間隙變大的時候，電渦流會變弱，阻抗變小，傳感器最終的輸出電壓變大。渦流的強弱與間隙的大小成正比，因而，傳感器的輸出與振動和位移的大小也成線性關系。

二、本特利傳感器簡介

3300XL8mm電渦流傳感器系統：這種電渦流傳感器系統提供最大80mils(2mm)線性范圍和200mV/mil的輸出。它在大多數機械監測應用中用于徑向振動、軸向（側向）位移、轉速和相位測量。8mm探頭的靈敏度：7.87V/mm。從被測靶面約0.25mm處開始，從0.25mm至2.3mm，間隙電壓約－1至－17Vdc成線性

三、軸系儀表的安裝

軸系儀表的安裝一直以來是一項責任重大、工作繁瑣、需要多工種密切配合的工作。軸系儀表的準確安裝是壓縮機在線檢測和精確控制的關鍵。目前國內常見壓縮機組由沈鼓壓縮機搭載杭汽透平機的組合，機組安全監控系統采用Bently公司提供的3300系列產品，以下論述震動、位移軸系儀表的準確安裝方法。

（一）位移儀表的安裝

軸位移是直接反映汽輪機動靜間隙的最重要的技術參數，也是軸系測量中最關鍵的聯鎖儀表。每臺汽輪機和壓縮機的軸都有一個適當的軸向竄量，在機組運行中，當工藝條件或機組原因造成軸被推向一端時，就會造成“燒瓦”，損壞推力瓦，軸位移測量的就是軸偏離中心的間隙量。所以軸位移的零點定在軸竄量的中心位置。

位移傳感器最常用的是本特利3300系列8㎜探頭，：這種電渦流傳感器提供最大80mils(2mm)線性范圍和200mV/mil的輸出，即從測量面0.25㎜開始，在0.25㎜~2.25㎜范圍內，輸出電壓線性。3300系列8㎜探頭的零點間隙值廠家推薦1.27㎜是最佳安裝間隙（注：不同型號探頭零界值不同），其靈敏度為7.87V/㎜（200mV/mil）。由此可以推出零界點電壓等于靈敏度×零點間隙值=7.87×1.27≈10V。也就是說，當軸在零點位置時，本特利前置放大器輸出電壓為-10Vdc。每臺設備出廠時都有一個固定串量值（出廠隨即資料中有介紹），由本特利傳感器的測量特性可以得出，位移探頭的安裝有一種最簡單的方法就是讓機械人員配合用千分尺把軸撬到1/2位置，即軸串的中間位置（零點位置）。例如設備軸串出廠值是20道（0.2毫米），要求機械人員把軸串打到10道位置。然后安裝探頭，調節探頭和軸之間的距離，使得前置放大器的OUT和COM之間的電壓為-10Vdc（1.27㎜位置的輸出值）即可。此方法特點安裝簡單，但是精度有限、對機械人員操作要求極高。一般機械人員很難準確的把軸串打到中間位置。但是一般打到極限（如下圖A端或者B端）位置則非常容易，也不會出現誤差。

如果能在設備資料中準確的找到軸串的數據時，可以采用如下方法安裝探頭。

例如：軸串為32道，探頭使用3300系列8㎜探頭，那么在整個軸串的過程中前置放大器輸出電壓變化:

△U=0.32mmx7.87V/㎜=2.5184V

也就是說在整個軸串中，前置放大器的電壓變化為2.5184Vdc,以零點位置為界限，軸串在每一側的電壓變化為1.2592Vdc。本特利推薦安裝零點間距為1.27㎜，即零點電壓為-10Vdc，這樣就可以計算出軸在A端是的電壓應

該為：

A端（軸遠離探頭端）：U安=U零+1/2△U

-10+1.2592=-8.74Vdc

B端（軸靠近探頭端）：U安=U零-1/2△U

-10-1.2592）=-11.259Vdc

得出近端和遠端的電壓后，只要請機械人員把軸打到任何一端，調節安裝距離至輸出符合計算電壓即可。

如果不能準確的知道軸串量，可以把軸打到近端或者遠端，如圖所示，探頭一般裝在主止推瓦的后面，我們先把軸串到A端（副止推瓦端），即軸遠離位移探頭的一端，然后把位移探頭裝在安裝支架上，把間隙電壓調到任意的一個值Ua,調好后打到到B端（主止推瓦端），即靠近位移探頭的一端，這時會得到另一間隙電壓Ub,這樣我們會得到軸串量對應的電壓變化值△U=Ua-Ub,既可準確的計算出軸串量：

最后再把軸打到A、B任意一端安裝位移探頭就可以了，旋轉探頭，調整輸出電壓。

A端（軸遠離探頭端）：U安=U零+1/2△U

B端（軸靠近探頭端）：U安=U零-1/2△U

無論采用哪種方法，探頭安裝后，一定要讓機械人員配合，把軸推到A端和B端，再次判斷傳感器輸出電壓，確認探頭安裝是否準確。

（二）振動探頭

震動參數主要包括振幅、頻率、相角等。振幅是震動強度的標志，通過振幅的大小來判斷分析設備是否運行正常。在測量軸震動時，要把探頭安裝固定在軸殼上，使探頭與軸殼成為一體，所測得的結果實際上是軸相對與軸殼的震動。軸在垂直方向和水平方向的震動沒有必然的聯系，所以在測量軸震動時兩個探頭安裝角度是90°。如下圖所示。

探頭中心線應與軸心線正交，探頭監測的表面(正對探頭中心線的兩邊1.5倍探頭直徑寬度的軸的整個圓周面)應無刻劃痕跡或其它任何不連續的表面(如油孔或鍵槽等)，且在這個范圍內不能有噴鍍金屬或電鍍，表面粗糙度應在0.4μm～0.8μm之間。

探頭的安裝距離和位移探頭的一樣，也是探頭到軸面的距離推薦為1.27mm。但是特別要注意，由于探頭頂端是鉑金絲繞制的扁平線圈，當兩個探頭靠的太近時，流過線圈的電流所產生的高頻磁場就會發生相互干擾，為防止兩探頭間的相互干擾，各探頭頭部間的安裝距離應不小于最小安裝距離。一般探頭之間的距離要大于38mm。對于不同規格的探頭和不同的安裝方法要求其間距也有所不同

四、軸系儀表的故障檢測

（一）探頭的檢測

當要判斷軸系儀表是否工作正常時，首先檢查高頻插頭和探頭頭部是否干凈，如有臟物，需用無水酒精、四氯化碳、儀表清洗劑等擦洗干凈。判斷探頭是否短路或開路，具體方法是：先將延伸電纜脫開，然后用萬用表的表筆測量針與插頭外殼間的電阻值，如果測得數值很小(小于1.0Ω)，則說明此探頭出現短路;如果測得數值在7.0～9.0Ω之間，說明此探頭正常；如果測得電阻非常大(大于100Ω)，說明此探頭已開路或接觸不良。

（二）前置器的檢測

在檢查前置放大器之前，首先要檢查探頭和延伸電纜是否與前置器配套。檢查前置放大器時，如果有延伸電纜，一定要將延伸電纜接上。將完好的探頭與前置器相連。當探頭靠近金屬導體時前置器的輸出值應該最小；當探頭頭部遠離金屬導體時，前置器的輸出值應該最大。否則就判定該前置器已經損壞。前置器的供電當不配安全柵時要求-17.5Vdc至-26Vdc之間，電流最大為12mA，若配有安全柵時要求電壓在－23Vdc至－26Vdc。當在高于－23.5Vdc電壓下工作時將導致線性范圍減小。前置器配有安全柵的接線圖如下所示。

五、被測體表面尺寸對傳感器的影響

由于探頭線圈產生的磁場范圍是一定的，而被測體表面形成的渦流場也是一定的。這樣就對被測體表面大小有一定要求。通常，當被測體表面為平面時，以正對探頭中心線的點為中心，被測面直徑應大于探頭頭部直徑的1.5倍以上；當被測體為圓軸且探頭中心線與軸心線正交時，一般要求被測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下降，被測體表面越小，靈敏度下降越多。實驗測試，當被測體表面大小與探頭頭部直徑相同，其靈敏度會下降到72%左右。被測體的厚度也會影響測量結果。被測體中電渦流場作用的深度由頻率、材料導電率、導磁率決定。因此如果被測體太薄，將會造成電渦流作用不夠，使傳感器靈敏度下降，一般要求厚度大于0.1mm以上的鋼等導磁材料及厚度大于0.05mm以上的銅、鋁等弱導磁材料，則靈敏度不會受其厚度的影響。

六、結束語

在石油石化、發電行業壓縮機是必不可少的關鍵設備之一。壓縮機的平穩運行是提高企業生產效益的重要保障。壓縮機的軸位移和軸震動以及超速保護是壓縮機重要的聯鎖保護措施。電渦流式傳感器被廣泛運用在壓縮機軸系儀表上。因此掌握電渦流傳感器的原理和維護對設備的安穩長運行起到非常關鍵的作用。

參考文獻：

[1]本特利3500系統使用手冊

[2]嚴可國．大型旋轉機械監測保護故障診斷系統[M]．北京：北京英華達電力電子工程科技有限公司出版社，1994

作者介紹：

何龍，（1978年9月－），男，漢族，山東濟南，工程師，負責石化儀表技術管理。曾發表論文十余篇，其中核心期刊三篇。