電渦流傳感器的國產化應用分析

崔國棟

（國家能源集團寧夏煤業有限責任公司煤制油儀表管理中心，寧夏 銀川 750411）

隨著當代煤化工行業大型旋轉設備自動化程度及安全生產意識的不斷提高，對大型旋轉機械設備安全運行的狀態進行長期實時監測越來越受到重視。煤制油大型旋轉設備長期高負荷運轉，其軸系各部位儀表的長周期安全運行是關鍵，應用電渦流傳感器對軸系多種狀態包括位移、偏心、不平衡、磨損、裂痕等進行實時連續安全監測已成為不可替代的傳感器類型。機組的長時間連續運行，其軸系部位長期處于較高溫度及油氣惡劣環境，要求這類電渦流傳感器在監測中必須保證其自身長期工作的可靠性、穩定性、安全性、低溫度漂移特性。

一、電渦流傳感器

在生產生活中，傳感器的應用愈加的廣泛，它也是自動化產品中十分重要的一部分。要想了解某個國家的科技發展水平，其傳感器技術水平的發展能夠作為一項重要標志。從傳感器的種類上來看，現在有許多的類型類別，人們可以按照自身的需求來選擇。多種高性能的傳感器如今已在多個行業中有很好的應用，包括電渦流傳感器。應用較多的行業為汽車制造、機床等等，而這些產業的發展前景在國際中有相當高度的認可。

（一）電渦流傳感器的測量原理

傳感器的電源在通電之后，會有一個高頻電流信號產生于前置器中，在電纜的輸送下，此信號會到達探頭頭部，交變磁場HI 此時就會在此處產生。若無金屬導體材料靠近該磁場范圍，那么在這個范圍內的所發出的能量通通會被釋放；若有金屬導體材料靠近該磁場范圍，那么在導體的表面，就會有電渦流場所產生，進一步會產生一個交變磁場H2，而此磁場的方向相反于HI。在H2的作用之下，探頭頭部線圈高頻電流的相位與幅度則會發生變化，也就是線圈的有效阻抗發生了變化。產生這種改變的原因包括靜磁學以及電渦流效應，也就是說基于多種參數包括線圈至金屬導體的距離、幾何形狀等等所發生的改變。

（二）電渦流傳感器特點

金屬導體和探頭斷面的相對位置，是電渦流傳感器所能夠測得的。在大型旋轉機械設備上進行長周期實時監測多個軸系參數，包括轉速、振動、位移等，電渦流傳感器的應用較多，此類傳感器能夠將設備產生故障的因素以及工作狀況準確的分析出來，對于設備的保護較好，這是因其多方面的優勢所決定的，在長期使用過程中，這種傳感器具有較好的可靠性、較快的響應速度、高靈敏度等的特點。轉子是大型旋轉機械的核心部分，而該部分決定了其運行狀態，這是基于軸承學以及轉子動力學而知的，電渦流傳感器能夠直接測量到轉子的狀態，且結果準確可信。在以前，對于機械的振動測量采用加速度式振動變送器或速度式振動變送器，通過測量機殼振動，間接地測量轉軸振動，測量結果的可信度不高。

二、國產電渦流傳感器的技術發展

（一）線圈材質的選型

基于某種特定組分，來對幾種稀有惰性合金材料進行配比，進行高溫熔煉并加工成一種特定粗細的線徑，再包裹高溫漆制成漆包線。這種探頭線圈材料阻抗特性受溫度影響極小，在-50 度到+300 度能長時間可靠穩定工作，是保證探頭超低溫度漂移系數的關鍵技術，該技術能夠使探頭和進口探頭完全互換兼容。圓環型的線圈，是為了使整個探頭有準確的參數。而溫度對于銅質材料線圈阻抗特性會產生較大程度的影響，會導致探頭的溫度漂移較大，穩定性較差。

（二）探頭線圈與電纜的可靠連接技術

壓接是探頭線圈引線和電纜之間的連接方式，采用這種方式，高溫環境中探頭線圈引線和電纜的連接能夠得到保證，不會因時間的推移，而產生接觸不良或者松動等的情況；若采用的是錫焊接工藝，那么探頭線圈引線和電纜的連接則難以得到保證，較長時間之后，可靠以及穩定性會越來越差。

（三）探頭線圈頭部體的形成技術

探頭注塑材料選用日本進口的高溫PPS為原材料，材料長期可靠工作溫度為450℃。采用三步高溫高壓注塑工藝生產，將稀有惰性合金元素制成的線圈通過高溫、高壓注塑嵌入高溫PPS 材料里模具成型，避免線圈出現氧化與老化的情況，在超低溫度、長時間的使用過程中，探頭的可靠以及穩定性能夠得到保證。

（四）探頭線圈頭部體與殼體的連接形成技術

殼體內壁與注塑形成的探頭頭部體的通過錐度螺紋結構進行緊密連接。通過兩個鎖緊固定孔的設計，使探頭頭部體和殼體端部注塑成型完整的探頭體。由于特殊凹型環形結構的設計，使其精密的配合于頭部體“O”型圈，這種設計能夠使殼體尾部滲入油污的現象很好地避免。

三、電渦流傳感器的行業現狀及應用前景

Bently 這一品牌壟斷了世界中的冶金、化工以及石油行業，且長達七十多年的時間，據近年權威資料統計顯示，在全球范圍內的上述三大行業內，其余國外品牌累計也不及全球總需量的15%份額。通過對這些國家的電渦流傳感器多次溫度漂移測試及系統的長時間穩定性、可靠性測試，分析測試數據得出Bently 產品為最好。上述其余幾家國外品牌（含德國epro）產品與Bently 產品在探頭、前置器方面的溫度漂移及系統的長時間穩定性、可靠性方面差距還比較大，主要是因為它們的探頭線圈材料仍然是采用的銅材料制作。Bently 產品之所以能在全球處于長期壟斷地位，確是因為它的品質所在。其探頭線圈材料的特殊性、探頭制作工藝的特殊性、接頭工藝等，這一系列環節是決定和保證它產品品質穩定可靠的關鍵所在，而近些年部分國產電渦流傳感器已經可以做到與bently 無縫銜接及互相替換，互換后線性誤差及靈敏度誤差優于0.5%。

國家能源局聯合工信部在三年前已經把“大型旋轉機械狀態監測保護成套裝置裝備技術系統國產化”作為一項課題任務。中石化在北京總部也設立了“狀態監測保護裝置系統國產化辦公室”。這類傳感器及監測保護儀表裝置先進裝備技術，中國經過近30年的自主創新，一些先進裝備技術已經積累了經驗，已經從材料、技術工藝等方面得到完全技術突破，完全能自主獨立生產出達到國際先進水平、質量安全穩定可靠的產品。電渦流傳感器國產化能避免被發達國家控制中國發展自己的先進技術；能控制國外產品壟斷價格，降低企業維護成本；能縮短備件供貨時間，減少進口備件產品的長時間庫存存貨。