凌立平
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摘要：文章介绍了电涡流传感器的作用与原理，并对本特利传感器进行详细介绍。阐述了本特利内华达电涡流传感器在大型机组轴振动、轴位移检测保护中的应用，着重介绍了传感器的安装和常见问题。
关键词：作用与原理；本特利传感器；安装要求；影响因素
一、涡流传感器的作用与原理
涡流传感器就是能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力的测量被测金属导体距探头表面的距离。它能准确的测量被测金属导体与探头端面之间静态和动态的相对位移的变化。在对高速旋转机械和往复式运动机械状态分析，即振动研究、分析测量中，非接触的高精度振动、位移信号测量，能连续准确的采集到转子振动状态的多种参数，如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。
（图为涡流传感器的原理图）
当探头顶部的线圈加上高频电流并与一导电表面靠近时，由于线圈磁力线的作用，使导电物体表面产生涡流，该电涡流场也会产生一个相反的交变磁场，由于反作用，就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位，从而使线圈的电感量减小。线圈特性的这个变化被转换为直流电压信号输出。涡流传感器系统采用比例因数来将系统输出转换成位移值。在一个很宽的位移范围内保证比例因数不变。在系统线性范围内，才能用比例因数计算位移值。
计算公式：位移mm＝电压变化△V/比例因数S
二、本特利3300XL系列简介
本特利3300XL系列由探头、延伸电缆、前置放大器组成。
探头是系统的一个必要组成部分，它是采集、感受被测信号的重要部位，它能精确的探测出被测体表面相对于探头端面间隙的变化。通常探头由线圈、头部保护罩、不锈钢壳体、高频电缆、高频接头组成。其中线圈是探头的核心部分，它是整个传感器系统的敏感元件，线圈的电气参数和物理几何尺寸决定传感器系统的线性量程及传感器的稳定性。本特利3300XL系列的探头有8mm系列和11mm系列。
所谓的8mm指的是探头的外径是8mm；11mm指的是探头的外径是11mm；8mm探头的线性量程是2mm；11mm探头的线性量程是4mm。探头长度有0.5米和1.0米两种。探头有特性阻抗，如0.5m长探头，从中心导体到外部导体的阻抗为7.45±0.5Ω（8mm）；对于1.0m长探头，从中心导体到外部导体的阻抗为7.59±0.5Ω（8mm）。
延伸电缆作为系统的一个组成部分，延伸电缆用来联接和延长探头与前置器之间的距离，选择延伸电缆的长度应该使延伸电缆长度加探头长度与配置前置放大器所要求的长度一致。采用延伸电缆的目的是为了减短探头所带电缆的长度。延伸电缆的两端接头不同，带阳螺纹的接头（转接头）与探头联接，带阴螺纹的接头与前置放大器联接。延伸电缆也有阻抗的要求，如4.0米电缆，从中心导体到中心导体的阻抗为0.88±0.13Ω，从同轴导体到同轴导体的阻抗为0.26±0.05Ω（适用于8mm探头）。
前置放大器是一个电子信号处理器。一方面前置放大器为探头线圈提供高频交流电流；另一方面，前置放大器感受探头前面由于金属导体靠近引起探头参数的变化，经前置放大器的处理，产生随探头端面与被测金属导体间隙线性变化的输出电压。前置器检测电路检测探头线圈的感抗变化。再经放大电路将感抗变化量变换放大成相应电压变化信号输出。经监测仪进行转换，根据测量的要求将其输出电压的直流部分用做位移量的检测，交流部分用做振动值的检测。前置放大器的供电电压为-24vDC。
本特利3300XL8mm系列传感器的灵敏度（SF）为7.87V/mm（200mV/mil），有1米、5米、9米系统；3300XL11mm系列传感器的灵敏度（SF）为3.94V/mm（100mV/mil），有5M/9M系统。探头和延伸电缆的长度加起来要等于前置放大器定义的系统长度。系统不匹配（长或者短）都会导致间隙与电压的线性关系发生改变。
三、本特利传感器的在轴系中的安装
重要的轴系仪表分为位移仪表和振动仪表，现论述位移仪表和振动仪表的安装方法。
（一）位移仪表的安装
轴位移是直接反映轴承动静间隙的最重要的技术参数。汽轮机、压缩机的轴都有一个适当的轴向窜量，在机组运行中，当工艺条件或机组原因造成轴被推向一端时，就会造成“烧瓦”，损坏推力瓦。
位移探头安装前，设备转轴必须先打串量，核实转轴偏移的方向。如果转轴是可以往驱动端和非驱动端活动的，位移探头在安装前，转轴的位置必须在转轴总串量的中间位置（对中），此时安装位移探头，为零位，对应安装电压为探头线性曲线的中间电压，约为-10V。具体零点电压，需要查看校验曲线和校对3500系统中的设定值。如8mm探头，线性范围为2mm，有效距离为0.25-2.3mm，输出电压为-2--18V。一般零点设定值为1.27mm，灵敏度为7.87那么对应的电压为-10V。探头安装是否要在中间电压，可以看控制系统的组态量程来确定，如果是-0.75mm-0.75mm，那么0肯定就是中间位置，探头必须在对中后才能安装。探头安装完成后，设备人员对转轴进行打串量，轴实际走动的串量如果与控制系统中指示的值一致时，说明探头已安装完毕且线性良好，测量准确。
（二）振动仪表的安装
在测量轴振动时，要把探头安装固定在轴壳上，使探头与轴壳成为一体，所测得的结果实际上是轴相对与轴壳的振动。测量轴的振动时，每个测点应安装两个传感器探头，两个探头分别安装在轴承两边的同一平面上相隔90°（±5°）。由于轴承盖一般是水平剖分的，因此通常将两个探头分别安装在垂直中心线每侧45°，定义为X探头（水平方向）和Y探头（垂直方向）。通常从原动机端（驱动端）看，X探头应该在垂直中心线的右侧，Y探头应该在垂直中心线的左侧。
振动探头的安装距离与轴位移探头的安装距离一样，都需要将探头安装在中间电压的地方。
探头在安装固定完成后，需要检查高频插头和探头头部是否干净，如有脏物，需用无水酒精、四氯化碳、仪表清洗剂等擦洗干净后再进行与延伸电缆和前置放大器的连接。
四、影响本特利传感器测量的几个因素
1、导电材质的影响。从本特利涡流传感器的测量原理知道，探头线圈与导电体表面靠近时会产生反作用，那么导电体（挡靶或者转轴）的材质就决定了其反作用的大小，因为不同材质的金属，其导电性能不一样的。
2、供电电压的影响。供电电压偏低，会导致前置放大器无法输出最大的信号。所以确保供电电压为-24VDC很重要。
3、传感器系统不匹配的影响。前置放大器是靠其检测电路检测探头线圈的感抗变化，再经放大电路将感抗变化量变换放大成相应电压变化信号输出的。如果前置放大器系统长度与探头和延伸电缆的总长不匹配，那么前置放大器检测到的感抗值就偏离了检测电路的测量要求，导致输出偏差。从前面的章节我们知道，不同长度的探头和电缆，其电阻值是不一样的。
五、结语
在石油化工行业，压缩机是必不可少的关键设备之一。压缩机的平稳运行是提高企业生产效益的重要保障。压缩机的轴位移和轴振动以及超速保护是压缩机重要的联锁保护措施。电涡流式传感器被广泛运用在压缩机轴系仪表上。因此掌握电涡流传感器的原理和维护对设备的安稳长运行起到非常关键的作用。
参考文献：
[1]本特利3500系统使用手册
[2]周瑞俊；；Bently3500在300MW汽轮机组监测系统中的应用[J]；山西电力；2008年01期
[3]严可国．大型旋转机械监测保护故障诊断系统[M]．北京：北京英华达电力电子工程科技有限公司出版社，1994
论文作者:
论文发表刊物:《基层建设》2015年15期供稿
论文发表时间:2015/12/18
标签：位移论文; 传感器论文; 电压论文; 涡流论文; 线圈论文; 电缆论文; 导体论文; 《基层建设》2015年15期供稿论文;