本特利傳感器在軸系上的應用

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摘要：文章介紹了電渦流傳感器的作用與原理，并對本特利傳感器進行詳細介紹。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問題。

關鍵詞：作用與原理；本特利傳感器；安裝要求；影響因素

一、渦流傳感器的作用與原理

渦流傳感器就是能靜態和動態地非接觸、高線性度、高分辨力的測量被測金屬導體距探頭表面的距離。它能準確的測量被測金屬導體與探頭端面之間靜態和動態的相對位移的變化。在對高速旋轉機械和往復式運動機械狀態分析，即振動研究、分析測量中，非接觸的高精度振動、位移信號測量，能連續準確的采集到轉子振動狀態的多種參數，如軸的徑向振動、振幅以及軸向位置。

（圖為渦流傳感器的原理圖）

當探頭頂部的線圈加上高頻電流并與一導電表面靠近時，由于線圈磁力線的作用，使導電物體表面產生渦流，該電渦流場也會產生一個相反的交變磁場，由于反作用，就會改變探頭頭部線圈高頻電流的幅度和相位，從而使線圈的電感量減小。線圈特性的這個變化被轉換為直流電壓信號輸出。渦流傳感器系統采用比例因數來將系統輸出轉換成位移值。在一個很寬的位移范圍內保證比例因數不變。在系統線性范圍內，才能用比例因數計算位移值。

計算公式：位移mm=電壓變化△V/比例因數S

二、本特利3300XL系列簡介

本特利3300XL系列由探頭、延伸電纜、前置放大器組成。

探頭是系統的一個必要組成部分，它是采集、感受被測信號的重要部位，它能精確的探測出被測體表面相對于探頭端面間隙的變化。通常探頭由線圈、頭部保護罩、不銹鋼殼體、高頻電纜、高頻接頭組成。其中線圈是探頭的核心部分，它是整個傳感器系統的敏感元件，線圈的電氣參數和物理幾何尺寸決定傳感器系統的線性量程及傳感器的穩定性。本特利3300XL系列的探頭有8mm系列和11mm系列。

所謂的8mm指的是探頭的外徑是8mm；11mm指的是探頭的外徑是11mm；8mm探頭的線性量程是2mm；11mm探頭的線性量程是4mm。探頭長度有0.5米和1.0米兩種。探頭有特性阻抗，如0.5m長探頭，從中心導體到外部導體的阻抗為7.45±0.5Ω（8mm）；對于1.0m長探頭，從中心導體到外部導體的阻抗為7.59±0.5Ω（8mm）。

延伸電纜作為系統的一個組成部分，延伸電纜用來聯接和延長探頭與前置器之間的距離，選擇延伸電纜的長度應該使延伸電纜長度加探頭長度與配置前置放大器所要求的長度一致。采用延伸電纜的目的是為了減短探頭所帶電纜的長度。延伸電纜的兩端接頭不同，帶陽螺紋的接頭（轉接頭）與探頭聯接，帶陰螺紋的接頭與前置放大器聯接。延伸電纜也有阻抗的要求，如4.0米電纜，從中心導體到中心導體的阻抗為0.88±0.13Ω，從同軸導體到同軸導體的阻抗為0.26±0.05Ω（適用于8mm探頭）。

前置放大器是一個電子信號處理器。一方面前置放大器為探頭線圈提供高頻交流電流；另一方面，前置放大器感受探頭前面由于金屬導體靠近引起探頭參數的變化，經前置放大器的處理，產生隨探頭端面與被測金屬導體間隙線性變化的輸出電壓。前置器檢測電路檢測探頭線圈的感抗變化。再經放大電路將感抗變化量變換放大成相應電壓變化信號輸出。經監測儀進行轉換，根據測量的要求將其輸出電壓的直流部分用做位移量的檢測，交流部分用做振動值的檢測。前置放大器的供電電壓為-24vDC。

本特利3300XL8mm系列傳感器的靈敏度（SF）為7.87V/mm（200mV/mil），有1米、5米、9米系統；3300XL11mm系列傳感器的靈敏度（SF）為3.94V/mm（100mV/mil），有5M/9M系統。探頭和延伸電纜的長度加起來要等于前置放大器定義的系統長度。系統不匹配（長或者短）都會導致間隙與電壓的線性關系發生改變。

三、本特利傳感器的在軸系中的安裝

重要的軸系儀表分為位移儀表和振動儀表，現論述位移儀表和振動儀表的安裝方法。

（一）位移儀表的安裝

軸位移是直接反映軸承動靜間隙的最重要的技術參數。汽輪機、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。

位移探頭安裝前，設備轉軸必須先打串量，核實轉軸偏移的方向。如果轉軸是可以往驅動端和非驅動端活動的，位移探頭在安裝前，轉軸的位置必須在轉軸總串量的中間位置（對中），此時安裝位移探頭，為零位，對應安裝電壓為探頭線性曲線的中間電壓，約為-10V。具體零點電壓，需要查看校驗曲線和校對3500系統中的設定值。如8mm探頭，線性范圍為2mm，有效距離為0.25-2.3mm，輸出電壓為-2--18V。一般零點設定值為1.27mm，靈敏度為7.87那么對應的電壓為-10V。探頭安裝是否要在中間電壓，可以看控制系統的組態量程來確定，如果是-0.75mm-0.75mm，那么0肯定就是中間位置，探頭必須在對中后才能安裝。探頭安裝完成后，設備人員對轉軸進行打串量，軸實際走動的串量如果與控制系統中指示的值一致時，說明探頭已安裝完畢且線性良好，測量準確。

（二）振動儀表的安裝

在測量軸振動時，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振動。測量軸的振動時，每個測點應安裝兩個傳感器探頭，兩個探頭分別安裝在軸承兩邊的同一平面上相隔90°（±5°）。由于軸承蓋一般是水平剖分的，因此通常將兩個探頭分別安裝在垂直中心線每側45°，定義為X探頭（水平方向）和Y探頭（垂直方向）。通常從原動機端（驅動端）看，X探頭應該在垂直中心線的右側，Y探頭應該在垂直中心線的左側。

振動探頭的安裝距離與軸位移探頭的安裝距離一樣，都需要將探頭安裝在中間電壓的地方。

探頭在安裝固定完成后，需要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后再進行與延伸電纜和前置放大器的連接。

四、影響本特利傳感器測量的幾個因素

1、導電材質的影響。從本特利渦流傳感器的測量原理知道，探頭線圈與導電體表面靠近時會產生反作用，那么導電體（擋靶或者轉軸）的材質就決定了其反作用的大小，因為不同材質的金屬，其導電性能不一樣的。

2、供電電壓的影響。供電電壓偏低，會導致前置放大器無法輸出最大的信號。所以確保供電電壓為-24VDC很重要。

3、傳感器系統不匹配的影響。前置放大器是靠其檢測電路檢測探頭線圈的感抗變化，再經放大電路將感抗變化量變換放大成相應電壓變化信號輸出的。如果前置放大器系統長度與探頭和延伸電纜的總長不匹配，那么前置放大器檢測到的感抗值就偏離了檢測電路的測量要求，導致輸出偏差。從前面的章節我們知道，不同長度的探頭和電纜，其電阻值是不一樣的。

五、結語

在石油化工行業，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振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]周瑞俊；；Bently3500在300MW汽輪機組監測系統中的應用[J]；山西電力；2008年01期

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