- 電渦流傳感器的原理與實際應用
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 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原理而工作的，但又完全不同于電磁感應，并且在實際測量中要避免電磁感應對其的干擾。電渦流的形成：現假設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絲所組成，因而形成了許多閉合的回路。當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電動勢產生。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：
當線圈中通過高頻電流i時，線圈周圍產生高頻磁場，該磁場作用于金屬體，但由于趨膚效應，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。在交變磁場的作用下金屬表面產生了感應電流Ie，即為渦流。感應電流也產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的變化僅與金屬導體的電阻率ρ、導磁率u、激勵電磁強度i、頻率f、線圈的幾何形狀r以及線圈與金屬導體之間的距離有關。線圈的阻抗可以用如下的函數式表示：Z=F（ρ、u、i、f、d）。當被測對象的材料一定時，ρ、u為常數，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。
三、實際應用
電渦流傳感器以其測量線性范圍大，靈敏度高，結構簡單，抗干擾能力強，不受油污等介質的影響，特別是非接觸測量等優點，而得到了廣泛的應用。在火電廠中主要應用在以下幾個監測項目：
1、轉子轉速：在機組運行期間，連續監視轉子的轉速，當轉速高于給定值時發出報警信號或停機信號。其工作原理：根據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子齒輪之間會產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，即可實現對轉子轉速的監測。
2、轉子零轉速：零轉速是機組在一種低于最小旋轉速度下運轉的指示，這是為了防止機組在停車期間轉軸的重力彎曲。工作原理和轉子轉速工作原理相同。
3、偏心：轉子的偏心是其受熱應力彎曲的一種指示，它是在齒輪機構盤車時觀測到的，它為轉子不對中提供可靠、準確的監測數據。渦流探頭可以連續監測偏心度的峰-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軸頸處，其核心部分是一個電感線圈。當大軸旋轉時，如果有偏心度，則軸與電感線圈的距離出現周期性的變化，使電感線圈的電感量產生周期性的變化，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測大軸的偏心度，能夠準確反應出大軸發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置一個凹槽或凸槽，稱為鍵相標記。當這個凹槽或凸槽轉到探頭位置時，相當于探頭與被測面之間距離發生改變，傳感器會產生一個脈沖信號，軸每轉一圈就會產生一個脈沖信號，產生的時刻表明了軸在每轉周期中的位置。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、等效阻抗和品質因素三個電參數的變化，再配以相應的前置放大器，可進一步把這三個電參數變換成電壓信號，即可實現對振動的測量。振動產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）由于轉子質量不平衡而引起振動�！�
（3）由于轉子發生彈性彎曲而引起振動。
�。�4）由于軸承油膜不穩定而引起振動。
（5）由于汽輪機內部發生摩擦而引起振動。
�。�6）由于水沖擊而引起振動。
�。�7）汽輪機在達到臨界轉速時發生振動。
6、軸向位移：軸向位移是指機組內部轉子沿軸心方向，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。
7、脹差：機組在運行時轉子受熱要發生膨脹，因為轉子受推力軸承的限制，所以只能沿軸向往低壓側伸長。由于轉子體積小，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。當轉子和汽缸的熱膨脹還沒有達到穩定之前，它們之間存在的熱膨脹值簡稱脹差。關于脹差方向的規定：在機組啟動或增負荷時，是一個蒸汽對金屬的加熱過程，轉子升溫快于汽缸，大于汽缸的膨脹值稱為正脹差。在停機或減負荷時，是一個降溫過程，轉子降溫快于汽缸，所以轉子收縮的快，也就是轉子的軸向膨脹值小于汽缸的膨脹，稱為負脹差。
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