TSI探头的工作原理

TSI探头的工作原理、安装注意事项2012.10.12一、传感器TSI系统常用的传感器一般有电涡流传感器、磁阻式传感器，速度传感器这么几种。1、电涡流传感器结构和工作原理：电涡流传感器主要由一个扁平线圈组成，此线圈可以是粘在框架上，也可以在框架上开槽，线圈缠绕到槽内。电涡流探头都是配有一个前置器，前置器内有晶体振荡器，他能产生一个稳定的高频电流，通过延长电缆供给探头，这个电流叫励磁电流，他进入到探头的线圈后，在探头头部形成一个高频、交变的磁场，在此高频交变磁场中的被测物体（导体）表面也将会产生电涡流i，此电涡流也将产生一磁场，根据有关定律，该电涡流磁场总是抵抗外磁场的存在，使线圈内的电涡流损耗，并引起传感器的品质因素Q及等效阻抗Z减低，总之最后推出阻抗Z的变化近似的认为是距离D变化的单函数，再配一适当的电路，可将Z的变化成比例的转化为电压变化，即实现位移与电压的转化，这就是阻抗测量法的原理。图示特点及用途特点：工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点；一般用于测量的参数：转速（电压周期性变化，测得频率就能够算出转速）、振动、轴位移、涨差、键相、偏心等；定位：电涡流探头主要以间隙电压为定位标准。（在下面会详述）测量影响因素：被测体表面：被测体表面应该平整光滑，不应存在凸起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷。不光滑的表面会给测量带来误差；表面的大小：因为电涡流探头形成的磁场有一定的范围，电涡流的探头也有一定的范围，这样就对被测体表面的大小有一定要求。被测体表面是平面时；要求被测平面的直径是探头直径的1.5倍（从探头中心正对的点算），被测表面是柱体时，一般要求被测轴直径为探头头部直径的3倍以上，否则灵敏度降低。被测体表面越小，灵敏度下降越多。支架的影响：支架的好坏直接决定测量的效果，这就要求支架应有足够的刚度以提高自振频率，避免或减小被测体振动时支架也同时受激自振（所以除非能够保证支架的强度，否则一般电厂不能对探头的支架进行私自改造）。磁阻传感器2、磁阻传感器结构及工作原理：磁阻式传感器由铁芯、永久磁钢、感应线圈（线圈阻值一般在100Ω到上千Ω，一般是7、800Ω）组成，一般用于测转速。永久磁钢产生一定强度的磁场，当齿轮转动时，这探头与齿轮间的间隙就会成周期性的变化，其结果就是通过传感器线圈的磁通量发生周期性增减，从而在线圈中感应出成近似正弦波（见下图）的感应电势信号。通过它的工作方式我们不难知道，这个交流的电压的频率与齿轮的齿数，齿轮的转速成正比。公式如下：f=nzf—传感器输出的频率信号（Hz）；n—转速（r/min）；z—齿轮齿数（60）那当我们的齿轮齿数一定时，那输出的电压频率就和转速成正比。所以我们通过测量感应电势的频率就可以推算出转速。原理图示磁通量该表的示图特点及测量用途特点：能在烟雾，汽水、油气等环境中工作；他输出的信号强，抗干扰能力强；维护成本低，不需要供电，完全靠磁电感应来测量，体积小巧。缺点：低转速时会出现测量不准的现象。在电厂的用途：主要用来测量汽轮机、给水泵转速等。影响测量的因素磁阻传感器感应电势成正弦波状，经过研究发现，感应电势的峰值与安装间隙和齿轮的转速是有一定关系的：V=K·n/d公式中：V—峰值电压；n—转速；d—安装间隙；K—传感器的特性参数；转速测量原理：模块在接受感应电势时，峰值超过门槛电压的才记录有效。根据公式我们可以知道，在低转速时，形成的峰值电压小，在检测时可能就会被漏掉，无法正常测量。这就是在低速时测量不准的原因。但是也不至于要到很高的转速才能显示出来，一般把探头与测速齿盘间隙适当减小就能很大程度的解决低转速测量的问题（将间隙减小到0.8或0.9mm）。定位：磁阻传感器的安装并没有很大的要求，按照间隙安装，只要控制好间隙就好了，一般间隙控制在1mm左右。过小，容易打坏探头，过大低速测量效果会不好，出现漏测的现象。速度式传感器3、速度式振动传感器结构及工作原理：速度式传感器是由一个惯性质量线圈和一个移动的磁钢壳体组成，惯性线圈通过一个一定刚度的弹簧连接在壳体上，壳体固定在被测设备上。当设备运行时线圈相对于空间是静止的，而磁钢壳体与设备连接，和设备振动的频率幅度是一样的，这样惯性线圈和磁钢的相对运动就会产生电势，该电势通过处理用来反映振动用途：这种传感器可以用来测量轴承壳、机壳的振动，可以测量物体相对于空间的绝对振动。其显示可以是速度值大小，也可以将速度转化成位移显示。用于给水泵、风机等。安装：安装时要注意，不要安装在高磁场地域，比如某些大型电动机；高磁场对测量的干扰是很严重的；过大的交叉振动，也会影响甚至损坏传感器，传感器对于垂直于它的振动比较敏感，尤其是低频振动传感器，它内部的弹簧更柔软，更容易磨损。安装不合理将导致传感器振幅、频率的降低，测量不准确。振动速度传感器安装示图传感器样品TSI系统各测点的讲述振动偏心、键相转速、零转速轴向位移胀差膨胀TSI各测点二、TSI各测点的讲解1、振动：本厂机组每个轴承处安装两只，且互成90°,垂直于轴承,探头与水平方向的夹角为45°,分别测量X、Y方向上的振动。电涡流探头安装的一项重要工作是调整探头与被测金属间的安装间隙电压，间隙电压应为传感器输出特性曲线的线形中点位。厂家给出的安装数据一般就是该传感器的中心电压。由于传感器线形电压范围大大超过测量范围,所以安装间隙允许有较大的偏差,只要保证测量范围在线性段内即可,但为了满足故障诊断和可靠性的需要,一般要求安装电压9.75土0.2V。振动安装：安装时动作要小心，可在安装支架螺纹孔处平稳的旋进旋出探头，用万用表在前置器输出端测量，观察其间隙电压的变化情况。当电压达到线性中点U0左右时（一般为-10V左右），逐步锁紧探头螺母即可。然后固定安装支架，拧紧螺丝并加装弹簧垫、定位销，必须注意锁紧前后的输出电压或示值是否有变化，保证机械零位与电气零位一致。与延长电缆的接头处要用耐油热缩管处理，以免接地。2、偏心、键相：偏心是指轴表面外径与轴真实的几何中心之间的变化，这种变化也叫做轴的弓形。弓形又分永久弓形和暂时弓形，大轴的机械弯曲造成的永久弓形，还有是由于热膨胀不均匀或重力因素造成的暂时的弓形，这部分弓形通过长时间的盘车会被矫正。为了减小机组的振动，保证设备的安全，机组启动和停机时总要盘车一端时间，而盘车时机组监视的依据就是偏心在合适的范围之内。安装定位：偏心的安装和所有电涡流传感器的安装方式是一样的，按照间隙电压安装，间隙电压一般选在探头的线性特性区间范围的中间位置。比如本特利3500—φ8MM的探头灵敏度为7.874V/mm，线性范围为-2.75—-16.75V，安装间隙电压就定在-10v左右。偏心、键相键相：键相又叫相位参考，在大轴上有一个凹槽，大轴每转一圈，键相探头就会测量到一次，记下大轴的位置。键相为偏心和振动服务，即说明偏心和振动的方向、相位，为分析数据提供依据。注意一下你会发现，当你拆掉键相探头时偏心的测量值是不正确的。偏心、键相安装定位：键相的定位，将探头对准大轴，不要正对凹槽安装，安装间隙电压为-10v左右，这样转到凹槽处的间隙电压一般为-20v左右，一般设置门槛电压为-15v，这样大轴每转一圈，卡键都会记录下来。键相的作用：①测量转速；②设备启动时或停止是，都要过临界转速，使用键相位配合轴振动探头，可以完美的捕捉到启动/停止时的振动趋势；③正常使用时检测转轴的轴向扭曲，因为这种异常会导致转轴彻底报废，虽然很少发生！但是由于这种变形根本无法在普通的轴振动探头单独体现出来，这个叫相位角测量；④可以配合轴振动探头获取转轴的实时轴心位置，分析轴承扰动。判断出大轴振动的相位角。键相对轴的动平衡分析、诊断有很大帮助。所以说，键相在TDM系统中起到了至关重要的作用。偏心、键相转速及零转速3、转速：转速一般都安装在机头上，机头大轴上设计一个60齿的齿轮，在齿轮上有个弓形瓦，所有测量转速的探头全部装在该弓形瓦上。转速一般都有这么几种：3个到TSI系统，用监视转速、超速保护，判断转速超过110%发出开关量信号到ETS系统。3个到DEH系统，用来控制汽轮机转速的被调量以及103%保护。1个到就地机头转速表，用于就地的观察。2个到TSI系统做零转速，用去监视，连锁启停盘车。零转速：所谓零转速，就是要反映转子刚刚静止的状态，在转子刚刚停止的时候投盘车，但是在实际测量过程中无法准确的反映转子刚刚停止的时刻。所以，一般来说只要转速小于2转，就可以认为转子已经停止了，这时候可以投入盘车运行转速及零转速安装：到TSI系统的转速都是电涡流探头，电涡流探头的安装和以上讲述的安装方式一样，都是按间隙电压装。在这要注意一点是，当安装转速时一定要将探头与齿轮的齿尖正对，然后再定位。这个工程可能需要运行人员手动盘车配合。磁阻传感器的安装，按照间隙装，一般安装间隙都在1mm左右，同样是要将探头与齿轮的齿尖正对，然后再用塞尺测出间隙。安装完毕后，用金属片在探头与齿轮之间滑动我们会测到探头的阻值是变化的，这样可以判断传感器是正常的。轴向位移4、轴向位移：定义：轴位移也叫串轴，是推力盘（大轴）对推力轴承（气缸）的相对位置测量值，轴位移保护的主要目的是使动静部件之间保持一定的轴向间隙,避免汽轮机内部转子和定子之间发生摩擦和碰撞。我们厂汽轮机高中压转是分开的的，高、中压转子之间，中压转子与低压转子之间，低压转子与发电机之间，发电机转子与励磁机转子之间都是采用法兰式刚性联轴器联接，这样就形成了轴系。轴系轴向位置是靠推力盘来定位的，推力盘包围在推力轴承中，由此构成了机组动静之间的死点。所谓“死点”就是整个轴系在“死点”这个位置相两侧膨胀，该点相对是不动的。定位：在安装轴向位移之前，必须确定汽轮机的推力间隙，推力盘在推力轴承工作瓦面和非工作瓦面之间的移动距离叫推力间隙，即K值；先将大轴推向工作面，再推向非工作面，测出推力间隙，然后以K/2的位置为零点，这就是“中间定零”的方式。轴向位移具体方式就是推力盘两边各架起一个千分表，在推间隙的时候算出推力间隙K，把推力盘再次紧靠工作瓦表面，如图所示。由厂家提供的说明书及出厂报告已知轴位移信号前置器线性测量范围的灵敏度S=4V/mm，传感器安装间隙电压为U0=-9.76V，则轴位移安装间隙电压U1的计算式为：U1=U0－S×1/2×K=-9.76－4.00×1/2×0.38=-10.52V利用计算出的电压U1将轴位移探头固定（此时大轴紧贴工作面），定位结束，观察DCS中轴向位移显示值，是否一致。轴向位移感器例如某厂汽轮机的推力间隙为K=0.38mm，则轴向位移的量程就为-0.19—+0.19mm。此时卡键接受此电压值后，经过计算处理，显示出位移值应为+0.19mm。另外还有两种定零方式：在冷态时，将大轴推向推力轴承的工作面（发电机测），推紧后，将该位置定位零位。或是推向非工作面，定零位，根据不同的厂家的汽轮机，选择不同的定位方式。由于电涡流探头的型号不同，所以灵敏度、线性也都不同，用来测量不同参数的电涡流探头定出来的间隙也是各不相同的。转速可能在1MM左右，而轴向位移可能就是2-3MM。涨差在机组正常运行中，胀差传感器固定在缸体上，而传感器的被测金属表面铸造在转子上，因此，汽缸和转子受热膨胀的相对差值称为“胀差”。一般将转子的膨胀大于汽缸的膨胀产叫做“正胀差”，转子的膨胀小于气缸的膨胀叫做“负胀差”。（本厂用的胀查探头我没接触过）热膨胀位移传感器是一个差动变压器，它由一心杆与外壳组成，外壳中有三个线圈，一个是初始线圈，供给交流电源，另外中心点两侧各绕有一个次级线圈，这两个次级线圈是反向缠绕连接，故次级线圈组的输出是两个次级线圈所感应的电势之差。铁芯的作用是改变空间的磁场分布。线圈中的铁心在两个次级线圈中间时，输出为0。当有相对位移时，例如铁心上移，则上半部分的次级线圈感应的电动势就比下半部分大，则输出的电动势差是上半部次级线圈感应电势的极性。通过整流滤波后变为铁芯与线圈间的相对位