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机组轴位移、轴振动传感器基础知识仪表组：卢诚2020/8/5概述石化行业对蒸汽透平、风机、压缩机、齿轮箱、大型泵等大型旋转机械轴的进行在线监测包括径向振动、轴向位移、键相、转速、胀差、偏心等。为什么要对大型旋转机械轴进行监测？例如催化裂化装置中的能量回收三机组(主风机一烟气轮机一电机)、气压机等。如果这些设备运行不正常就会引起重大事故，甚至影响整个工厂的正常生产，为了确保这些设备安全平稳运行，就必须实时监测其运行状态。目前我厂使用到的在线监测包括径向振动、轴向位移、键相器、转速等。而对于径向振动、轴向位移、键相器等的监测主要是采用本特利公司3300/3500系统。概述本特利系统专门用于对大型旋转设备运行状态进行在线监测保护。20世纪70年代，我厂开始使用本特利的的大型旋转设备状态监测产品，7200系统目前已经更新淘汰，3300系统现在也不多，我厂的主流是3500系统。而本特利公司3300/3500系统所使用的传感器系统都是3300电涡流传感器。今天我主要就谈谈3300电涡流传感器系统的基础知识，分以下几个方面讲：一、3300电涡流传感器系统组成二、3300电涡流传感器工作原理三、3300电涡流传感器的校验四、3300电涡流传感器的安装五、3300电涡流传感器的常见故障及处理方法一、3300电涡流传感器系统组成轴位移（振动）监测保护系统示意图一、3300电涡流传感器系统组成3300位移（振动）传感器系统连接图一、3300电涡流传感器系统组成3300位移（振动）传感器系统的示意图一、3300电涡流传感器系统组成传感器系统3300XL8mm电涡流传感器系统由以下几部分组成：•3300XL8mm探头•3300XL延伸电缆•3300XL前置器系统输出正比于探头端部与被测导体表面之间的距离的电压信号。它既能进行静态（位移）测量又能进行动态（振动）测量，主要用于油膜轴承机械的振动和位移测量，以及键相位和转速测量。它能将一种物理量转化为另一种物理量，在前置器（也叫前置变送器，我们还叫测隙仪）系统中，机械能被转化成电能，这个系统中使用的转换设备被称为前置器。这种电子设备被安装在金属盒子里。一、3300电涡流传感器系统组成前置器3300XL前置器有紧凑的导轨安装和传统的面板安装两种安装方式。当采用面板安装时，其安装孔位置与以前四孔安装的3300前置器相同。两种形式的安装基板均具有电绝缘性，不需要独立的绝缘板。3300XL前置器抗无线电干扰能力强，即使安装在玻璃纤维防护罩中，也不会受到附近无线电信号的干扰。改进的RFI/EMI抗辐射能力使它不需要特殊的屏蔽导管或金属防护箱。一、3300电涡流传感器系统组成输入：接收非接触式3300系列5mm、8mm或3300XL8mm电涡流探头和延伸电缆的信号。电源：无安全栅时要求17.5Vdc至-26Vdc，电流最大为12mA，有安全栅时要求－23Vdc至－26Vdc。当在高于－23.5Vdc电压下工作时将导致线性范围减小。供电电压灵敏度：当输入供电电压每变化1伏时，输出电压的变化小于2mV。输出阻抗：50Ω一、3300电涡流传感器系统组成前置器被安装在金属盒子里。有以下功能：●通过振荡器电路生成无线电频率信号（RF）。●通过调制解调器电路从RF信号中提取有用的数据。前置变送器需要从电压VT端和公共COM端输入-17.5Vdc到-26.Vdc直流电压信号。本特利内华达系统提供-24Vdc直流电压信号。3300XL8mm传感器系统的每一个组件都是向后兼容的，并且和其它的非XL3300系列的5mm和8mm传感器系统组件可互换。例如，当没有足够的空间安装8mm探头时，通常使用33005mm探头来代替。一、3300电涡流传感器系统组成3300探头和延伸电缆一、3300电涡流传感器系统组成3300XL8mm探头示意图一、3300电涡流传感器系统组成探头直流阻抗（额定）（RPROBE）表：探头长度从中心导体到外部导体的阻抗(RPROBE)(ohms)0.57.45±0.501.07.59±0.501.57.73±0.502.07.88±0.505.08.73±0.709.09.87±0.90一、3300电涡流传感器系统组成探头规格33010X-（A）XX-（B）XX-（C）XX-（D）XX-（E）XX的选项描述33010X–部件号代表所用的探头为3300XL8mm探头X=13/8-24UNF螺纹,非铠装3/8-24UNF？X=23/8-24UNF螺纹,铠装X=3M10x1螺纹,非铠装X=4M10x1螺纹,铠装X=53/8-24UNF螺纹,反装探头X=6M10x1螺纹,反装探头一、3300电涡流传感器系统组成3300XL8mm探头，还有330141（2）无螺纹壳体，1非铠装2铠装33019X大温度范围（ETR）电涡流探头这里的X和上面代码一样，X=7（8）无螺纹壳体，7非铠装8铠装33017X–部件号代表所用的探头为3300XL5mm探头X=11/4-28UNF螺纹,非铠装X=21/4-28UNFUNF螺纹,铠装X=3M8x1螺纹,非铠装X=4M8x1螺纹,铠装一、3300电涡流传感器系统组成A:无螺纹长度选项：注：无螺纹长度必须比探头壳体小至少20mm（0.8英寸）。订货时以10mm（0.1英寸）递增长度组态：最大无螺纹长度:230mm（8.8英寸）最小无螺纹长度:0mm例如:06=60mm（04=0.4英寸）00=3300探头最小无螺纹长度：00mm（英寸）。一、3300电涡流传感器系统组成B:壳体总长度选项：订货时以10mm（0.1英寸）递增螺纹组态：最大长度:250mm（9.3英寸）最小长度:20mm（0.8英寸）例如:06=60mm（24=2.4英寸）06=3500探头的壳体总长度应是60mm一、3300电涡流传感器系统组成C:总长度选项：05——0.5米(1.6英尺)10——1.0米(3.3英尺)15——1.5米(4.9英尺)20——2.0米(6.6英尺)50——5.0米(16.4英尺)90——9.0米(29.5英尺)例如：50=探头的总长度应是5.0米。一、3300电涡流传感器系统组成D:接头和电缆类型选项：00不装接头，标准电缆01带有接头保护器的微型同轴CableLoc™接头,标准电缆02微型同轴CableLoc™接头,标准电缆10不装接头,FluidLoc®电缆11带有接头保护器的微型同轴CableLoc™接头,FluidLoc®电缆02=接头和电缆类型是微型同轴CableLoc™接头,标准电缆一、3300电涡流传感器系统组成E:批准机构选项：00不要求05多许可协议00=不需要在危险区域使用注：探头电缆使用CableLoc™专利设计安全地连接到探头端部，能承受330牛（75磅）的拉力。FluidLoc®电缆，这种电缆可以防止油或其它液体沿电缆内部泄漏到机器外部。举例：330104-00-02-05-02-00探头型号表示：3300XL8mm探头，M10x1螺纹，铠装，全螺纹，20mm的壳体长度，探头长度为0.5米，微型同轴ClickLocTM接头,标准电缆。一、3300电涡流传感器系统组成3300XL8mm反装探头330105-02-12-CXX-DXX-EXX,3/8-24UNF螺纹330106-05-30-CXX-DXX-EXX,M10x1螺纹注：红色部分是反装探头固定代码3300XL5mm反装探头3302053/8-24UNF螺纹,反装探头330206M10x1螺纹,反装探头一、3300电涡流传感器系统组成延伸电缆直流阻抗（额定）：延伸电缆长度（m）从中心导体到中心导体的阻抗（ohms)从同轴导体到同轴导体的阻抗(ohms）3.00.66±0.100.20±0.043.50.77±0.120.23±0.054.00.88±0.130.26±0.054.50.99±0.150.30±0.067.01.54±0.230.46±0.097.51.65±0.250.49±0.108.01.76±0.260.53±0.118.51.87±0.280.56±0.11一、3300电涡流传感器系统组成延伸电缆规格330130-（A）XXX-（B）XX-（C）XX选项描述A:电缆长度选项：030-3.0米(9.8英尺)035-3.5米(11.5英尺)040-4.0米(13.1英尺)045-4.5米(14.8英尺)070-7.0米(22.9英尺)075-7.5米(24.6英尺)080-8.0米(26.2英尺)085-8.5米(27.9英尺)一、3300电涡流传感器系统组成B:接头保护器和电缆选项：00标准电缆01铠装电缆02带有接头保护器的标准电缆03带有接头保护器的铠装电缆10FluidLoc®电缆11铠装FluidLoc®电缆12带有接头保护器的FluidLoc®电缆13带有接头保护器的铠装FluidLoc®电缆一、3300电涡流传感器系统组成C:批准机构选项：00不要求05多许可协议前置器规格330180-（A）XX-（B）XX选项描述一、3300电涡流传感器系统组成A:总长度和安装选项：50-5.0米(16.4英尺)系统长度,面板安装51-5.0米(16.4英尺)系统长度,导轨安装52-5.0米(16.4英尺)系统长度,无安装硬件90-9.0米(29.5英尺)系统长度,面板安装91-9.0米(29.5英尺)系统长度,导轨安装92-9.0米(29.5英尺)系统长度,无安装硬件B:批准机构选项：00不要求05多许可协议一、3300电涡流传感器系统组成传感器的标准配置有两种：5米系统和9米系统5米或9米长度是指电气长度而不是物理长度。注:确保延伸电缆长度（电气长度）与探头长度（电气长度）之和等于传感器总长度。电气长度至少是物理长度，是传感器电路的电容和电感的乘积。5米系统选择前置器（330180-5X-XX）9米系统选择前置器（330180-9X-XX）现在来配置传感器现有一前置器（330180-51-00），探头的长度不超过1m，请帮助选择传感器的配置？二、3300电涡流传感器工作原理电涡流传感器检测原理图二、3300电涡流传感器工作原理根据麦克斯韦电磁场理论，当趋近传感器线圈中通过高频电流I1时，线圈周围产生高频磁场，该磁场作用于金属体，但由于趋肤效应，不能透过具有一定厚度的金属体，而仅作用于金属表面的薄层内。在交变磁场的作用下金属表面产生了感应电流I2，即为涡流。感应电流也产生一个交变磁场并反作用于线圈上，其方向与线圈原磁场方向相反。这两个磁场相互叠加，就改变了原来线圈的阻抗Z，线圈的阻抗可以用如下的函数式表示：Z=F(ρ、u、i、f、H）。Z的变化仅与金属导体的电阻率ρ、导磁率u、激励电磁强度i、频率f、线圈的几何形状r以及线圈与金属导体之间的距离有关。当被测对象的材料一定时，ρ、u为常数，仪表中的i、f也为定值，于是Z就成为距离H的单值函数，即二者之间成比例关系。二、3300电涡流传感器工作原理电涡流传感器简单工作原理图二、3300电涡流传感器工作原理其工作过程是：当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的阻抗值也发生变化，阻抗值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压（电流）变化，最终完成机械位移(间隙)转换成电压（电流）。电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器系统的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关。前置器检测电路检测探头线圈的感抗变化，通过电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离H的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，经监测仪进行转换，根据测量的要求3300（3500）监测系统选择不同的二、3300电涡流传感器工作原理监测模块，轴位移模块将其输出电压的