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- 電渦流傳感器的原理與實際應(yīng)用
- 來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2016/1/12
電渦流傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類,電渦流傳感器,下面將對其工作原理作以闡述:
電渦流傳感器是基于電磁感應(yīng)原理而工作的,但又完全不同于電磁感應(yīng),并且在實際測量中要避免電磁感應(yīng)對其的干擾。電渦流的形成:現(xiàn)假設(shè)有一線圈中的鐵心是由整塊鐵磁材料制成的,此鐵心可以看成是由許多與磁通相垂直的閉合細(xì)絲所組成,因而形成了許多閉合的回路。當(dāng)給線圈通入交變的電流時,由于通過鐵心的磁通是隨著電流做周期性變化的,所以在這些閉合回路中必有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。在此電動勢的作用下,形成了許多旋渦形的電流,這種電流就稱為電渦流。電渦流傳感器的工作原理如下圖所示:
當(dāng)線圈中通過高頻電流i時,線圈周圍產(chǎn)生高頻磁場,該磁場作用于金屬體,但由于趨膚效應(yīng),不能透過具有一定厚度的金屬體,而僅作用于金屬表面的薄層內(nèi)。在交變磁場的作用下金屬表面產(chǎn)生了感應(yīng)電流Ie,即為渦流。感應(yīng)電流也產(chǎn)生一個交變磁場并反作用于線圈上,其方向與線圈原磁場方向相反。這兩個磁場相互疊加,就改變了原來線圈的阻抗Z,Z的變化僅與金屬導(dǎo)體的電阻率ρ、導(dǎo)磁率u、激勵電磁強度i、頻率f、線圈的幾何形狀r以及線圈與金屬導(dǎo)體之間的距離有關(guān)。線圈的阻抗可以用如下的函數(shù)式表示:Z=F(ρ、u、i、f、d)。當(dāng)被測對象的材料一定時,ρ、u為常數(shù),儀表中的i、f、d也為定值,于是Z就成為距離d的單值函數(shù)。
三、實際應(yīng)用
電渦流傳感器以其測量線性范圍大,靈敏度高,結(jié)構(gòu)簡單,抗干擾能力強,不受油污等介質(zhì)的影響,特別是非接觸測量等優(yōu)點,而得到了廣泛的應(yīng)用。在火電廠中主要應(yīng)用在以下幾個監(jiān)測項目:
1、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速:在機組運行期間,連續(xù)監(jiān)視轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速,當(dāng)轉(zhuǎn)速高于給定值時發(fā)出報警信號或停機信號。其工作原理:根據(jù)電渦流傳感器的工作原理可知,趨近式電渦流探頭和運行的轉(zhuǎn)子齒輪之間會產(chǎn)生一個周期性變化的脈沖量,測出這個周期性變化的脈沖量,即可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的監(jiān)測。
2、轉(zhuǎn)子零轉(zhuǎn)速:零轉(zhuǎn)速是機組在一種低于最小旋轉(zhuǎn)速度下運轉(zhuǎn)的指示,這是為了防止機組在停車期間轉(zhuǎn)軸的重力彎曲。工作原理和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速工作原理相同。
3、偏心:轉(zhuǎn)子的偏心是其受熱應(yīng)力彎曲的一種指示,它是在齒輪機構(gòu)盤車時觀測到的,它為轉(zhuǎn)子不對中提供可靠、準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)。渦流探頭可以連續(xù)監(jiān)測偏心度的峰-峰值,此值和鍵相脈沖同步。其工作原理:偏心探頭安裝在汽輪機前軸承箱內(nèi)軸頸處,其核心部分是一個電感線圈。當(dāng)大軸旋轉(zhuǎn)時,如果有偏心度,則軸與電感線圈的距離出現(xiàn)周期性的變化,使電感線圈的電感量產(chǎn)生周期性的變化,測出這個電感量的變化值,就可以測出軸的偏心度。
4、鍵相:鍵相是描述轉(zhuǎn)子在某一瞬間所在位置的一個物理量,鍵相探頭和偏心探頭一起監(jiān)測大軸的偏心度,能夠準(zhǔn)確反應(yīng)出大軸發(fā)生偏心的具體相位角。其工作原理:鍵相測量就是通過在被測軸上設(shè)置一個凹槽或凸槽,稱為鍵相標(biāo)記。當(dāng)這個凹槽或凸槽轉(zhuǎn)到探頭位置時,相當(dāng)于探頭與被測面之間距離發(fā)生改變,傳感器會產(chǎn)生一個脈沖信號,軸每轉(zhuǎn)一圈就會產(chǎn)生一個脈沖信號,產(chǎn)生的時刻表明了軸在每轉(zhuǎn)周期中的位置。因此通過將脈沖信號與軸的振動信號進行比較,就可以確定振動的相位角。
5、振動:電渦流探頭主要監(jiān)視主軸相對于軸承座的相對振動。其工作原理:電渦流探頭的線圈和被測金屬體之間距離的變化,可以變換為線圈的等效電感、等效阻抗和品質(zhì)因素三個電參數(shù)的變化,再配以相應(yīng)的前置放大器,可進一步把這三個電參數(shù)變換成電壓信號,即可實現(xiàn)對振動的測量。振動產(chǎn)生主要有以下幾個原因:
。1)由于機組運行中中心不正而引起振動。機組運行中若真空下降,將使排汽溫度升高,后軸承上抬,因而破壞機組中心引起的振動。
。2)由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡而引起振動!
(3)由于轉(zhuǎn)子發(fā)生彈性彎曲而引起振動。
。4)由于軸承油膜不穩(wěn)定而引起振動。
。5)由于汽輪機內(nèi)部發(fā)生摩擦而引起振動。
。6)由于水沖擊而引起振動。
。7)汽輪機在達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速時發(fā)生振動。
6、軸向位移:軸向位移是指機組內(nèi)部轉(zhuǎn)子沿軸心方向,相對于推力軸承二者之間的間隙而言。通過對軸向位移的測量,可以指示旋轉(zhuǎn)部件與固定部件之間的軸向間隙或相對瞬時的軸向變化。它的工作原理與振動測量原理相同,但是需要說明一點,軸向位移的測量經(jīng)常與軸向振動搞混。軸向振動是指傳感器探頭表面與被測體沿軸向之間距離的快速變動,用峰峰值表示,它與平均間隙無關(guān)。
7、脹差:機組在運行時轉(zhuǎn)子受熱要發(fā)生膨脹,因為轉(zhuǎn)子受推力軸承的限制,所以只能沿軸向往低壓側(cè)伸長。由于轉(zhuǎn)子體積小,而且直接受蒸汽的沖擊,因此升溫和熱膨脹比較快,而汽缸的體積較大,升溫和熱膨脹相對要慢一些。當(dāng)轉(zhuǎn)子和汽缸的熱膨脹還沒有達(dá)到穩(wěn)定之前,它們之間存在的熱膨脹值簡稱脹差。關(guān)于脹差方向的規(guī)定:在機組啟動或增負(fù)荷時,是一個蒸汽對金屬的加熱過程,轉(zhuǎn)子升溫快于汽缸,大于汽缸的膨脹值稱為正脹差。在停機或減負(fù)荷時,是一個降溫過程,轉(zhuǎn)子降溫快于汽缸,所以轉(zhuǎn)子收縮的快,也就是轉(zhuǎn)子的軸向膨脹值小于汽缸的膨脹,稱為負(fù)脹差。
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