淺談電渦流傳感器測量系統(tǒng)中信號干擾的消除

穆衛(wèi)京

(陜西咸陽化學工業(yè)有限公司，陜西 西咸新區(qū) 712000)

電渦流傳感器測量系統(tǒng)易受外界磁場的干擾，引起測量值的瞬間跳變，導致機組保護系統(tǒng)誤動作，電渦流傳感器測量系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

1) 前置器。前置器內(nèi)置的電子線路可以產(chǎn)生1個無線電頻率信號，通過該頻率信號可以探測到能量的損耗；同時產(chǎn)生1個輸出電壓，該電壓與所測間隙成正比。前置器有兩種： 一種配置5 m電特性的電纜，另一種配置9 m電特性的電纜。在低無線電頻率下的1 m物理長度的理想同軸電纜的電特性再加上某安全系數(shù)，即為1 m電特性。對于一個完整的傳感器測量系統(tǒng)，探頭所帶電纜和延伸電纜均應有正確的電特性，以保證測量系統(tǒng)的正確運行。

2) 探頭。探頭是測量系統(tǒng)的傳感器部分，靠近旋轉(zhuǎn)機械軸的表面，能探測出探頭頂部與旋轉(zhuǎn)機械軸表面之間的間隙。探頭實際上是由1個直徑約5 mm的線圈與厚度約3 mm的聚苯撐硫保護層組成，從而使探頭直徑增加到約8 mm。聚苯撐硫保護層可以增加探頭的強度，在危險環(huán)境中對探頭起保護作用。

3) 延伸電纜。延伸電纜兩端連接探頭和前置器，并使整個測量系統(tǒng)配置的電纜滿足5 m或9 m電特性的要求。延伸電纜和探頭所配置的電纜，均帶有編織鎧裝屏蔽層，電纜外部還有一層絕緣的特氟隆外皮。該編織鎧裝與不銹鋼鎧裝屏蔽層不同，編織鎧裝屏蔽層可防止內(nèi)部電纜被切壞。

1 電渦流傳感器測量系統(tǒng)工作原理

電渦流傳感器測量系統(tǒng)的前置器會產(chǎn)生1個低功率無線電頻率信號，該信號由延伸電纜送至探頭端部的線圈上。在信號傳輸過程中，如果周邊不存在導體，則釋放的能量都會傳送到探頭；如果有導體接近探頭頂端，則該信號會在導體表面形成小的電渦流，該電渦流使無線電頻率信號產(chǎn)生能量損耗。導體表面距離探頭頂部越近，能量損耗越大，電渦流傳感器測量系統(tǒng)通過測量該能量損耗，并將其轉(zhuǎn)換為前置器的輸出電壓，用于測量旋轉(zhuǎn)機械軸位移或軸振動。

前置器輸出電壓與探頭頂部和旋轉(zhuǎn)機械軸表面之間的間隙在一定的寬度范圍內(nèi)成線性比例關(guān)系。Bently3300系列8 mm電渦流傳感器測量系統(tǒng)線性測量范圍為2 mm，在該范圍內(nèi)，該系統(tǒng)前置器輸出電壓與間隙間的曲線斜率為7.78 V/mm，在較大的溫度范圍內(nèi)，測量間隙時，系統(tǒng)具有靈敏度高的性能，滿足了測量精度的需求。

2 傳感器測量系統(tǒng)存在的問題

某公司現(xiàn)有2套空分裝置，單套設(shè)計生產(chǎn)能力為4.3×104m3/h，每套空分裝置帶有2臺膨脹機，一開一備。膨脹機軸系上2個振動測點呈90°安裝，2個振動測點的測量值參與膨脹機的聯(lián)鎖保護，任意1個測點的測量值達到聯(lián)鎖值時，振動探頭經(jīng)過前置器，將電壓信號轉(zhuǎn)換為4～20 mA信號送至控制室，實現(xiàn)膨脹機停機。

2012-02-09T22： 40，該公司空分工段工藝操作人員反映，第2套空分A膨脹機膨脹端軸向軸承溫度指示出現(xiàn)波動。儀表人員先在中心控制室檢查溫度測點，未發(fā)現(xiàn)溫度測量信號異常；現(xiàn)場檢查過程中，中心控制室監(jiān)測到A膨脹機膨脹端軸振動B波動較大，儀表人員測量完熱電阻阻值后，返回中心控制室后得知A膨脹機已跳車。在工程師站服務器上打開SOE事件記錄，查找跳車原因，事件記錄顯示2012-02-09T22： 50 A膨脹機膨脹端軸振動B振動值高高，膨脹機跳車，歷史趨勢如圖1所示。

圖1 膨脹機振動和溫度測點DCS歷史趨勢

從圖1可以看出，故障時的振動值波動幅度較為明顯，而且是尖脈沖。停車后經(jīng)過反復實驗，模擬事故發(fā)生時的操作，發(fā)現(xiàn)當膨脹機就地控制柜柜門打開測量溫度測點時，振動測點的測量值波動幅度就很大，最高達到滿量程100 um。放大曲線觀看，達到跳車值49.8 um時的持續(xù)時間已經(jīng)超過了3 s的延時時間，造成膨脹機停車，其歷史趨勢如圖2所示。

圖2 測量溫度測點時振動測點波動曲線

3 膨脹機振動測量回路

3.1 工作原理

膨脹機上有2個振動測點，監(jiān)測信號從電渦流傳感器探頭經(jīng)延伸電纜進入膨脹機就地電控柜，再接入安裝在就地電控柜中的前置器；前置器將轉(zhuǎn)換信號引至分散控制系統(tǒng)(DCS)，操作人員可以在中心控制室DCS電腦屏幕上監(jiān)視到膨脹機軸系振動的測量值。

3.2 干擾原因分析

檢查振動測量回路中的所有環(huán)節(jié)，首先檢查現(xiàn)場控制柜至機柜間的控制電纜，發(fā)現(xiàn)電纜的絕緣性能等良好。對于膨脹端軸向軸承溫度指示出現(xiàn)波動的原因，現(xiàn)場經(jīng)過多次試驗，波動呈無規(guī)律且有峰值現(xiàn)象。膨脹機的振動測量回路和膨脹機就地控制柜安裝在同一只機柜內(nèi)，當柜門關(guān)閉時，由于機柜的屏蔽作用，能起到一定的抗干擾作用；當柜門打開后，振動測量回路易受環(huán)境中的電磁干擾，測量值產(chǎn)生波動。最初分析主要原因是電磁干擾引起的：

1) 膨脹機振動測量回路中，從電渦流傳感器出來的延伸電纜與電氣控制電纜敷設(shè)在同一層電纜橋架內(nèi)，控制電纜與電氣電纜沒有分開，從而導致出現(xiàn)信號干擾。

2) 前置器是無線電頻率信號的發(fā)生和接收裝置，將其安裝在膨脹機的就地電控柜內(nèi)，是整個電渦流傳感器測量系統(tǒng)中易受干擾的環(huán)節(jié)，因此柜門打開時，就會出現(xiàn)振動測量值跳變的現(xiàn)象。

3.3 測量系統(tǒng)中信號干擾的消除

膨脹機振動測量回路中，探頭至前置器是回路中易受電磁干擾的部分；同時延伸電纜的敷設(shè)及前置器的安裝位置存在缺陷。因此，從上述兩方面入手，可消除膨脹機軸振動測點信號的干擾問題：

1) 電渦流傳感器至前置器的延伸電纜敷設(shè)時，應遠離電氣電纜并單獨穿管敷設(shè)，以增加延伸電纜的抗干擾能力。

2) 將前置器放置在儀表接線箱內(nèi)，該儀表接線箱應密閉且接地良好。

2012年7月檢修過程中，筆者對膨脹機測量回路進行了改造，改造后電渦流傳感器測量系統(tǒng)的測量值非常穩(wěn)定，徹底解決了該公司膨脹機安全穩(wěn)定運行存在的隱患。

4 結(jié)束語

利用電渦流傳感器測量大型旋轉(zhuǎn)機械的軸系振動時，傳感器探頭至前置器的測量回路易受電磁信號的干擾，設(shè)計、施工和安裝時，應采取抗干擾措施，將影響降至最低。此外，儀表電纜的規(guī)范敷設(shè)、前置器單端接地等在抗干擾過程中也是非常必要的。