Обзор датчиков вихревого тока
Частотная характеристика вихретоковый датчик - также называемый датчик приближения, бесконтактный датчик перемещения или датчик на основе вихревых токов — это датчик, который измеряет расстояние между своим наконечником и проводящей поверхностью объекта, не соприкасаясь с ней. В вибрация Датчик установлен через корпус машины и направлен на вращающийся вал, где он непосредственно фиксирует радиальное положение и движение вала в виде перемещение в микрометрах или милах. Поскольку датчик измеряет положение самого вала, а не корпуса, он занимает особое место в семействе бесконтактных датчики смещения используется в дорогостоящем вращающемся оборудовании.
1. Определение: что такое датчик вихревого тока?
Вихретоковые датчики являются стандартом для постоянного мониторинга вибрации на критически важном турбомашинном оборудовании — паровых турбинах, газовых турбинах, крупных компрессорах и генераторах. Они заслужили эту роль по трем причинам: измеряют движение вала напрямую (относительно места установки датчика), а не движение корпуса подшипника; дают информацию об относительном положении вала, полезную для контроля зазоров; и надежно работают в тяжелых условиях (высокая температура, масляный туман, загрязнение), где контактные датчики быстро выходят из строя. Один датчик дает и медленно меняющуюся DC-составляющую — среднее положение вала в пределах зазора подшипника, — и динамическую AC-составляющую, которая и является вибрацией.
2. Принцип действия
Эффект вихревых токов
Датчик работает следующим образом: он вызывает в стержне слабые циркулирующие токи и отслеживает, как они воздействуют на его собственную катушку:
- Радиочастотное возбуждение: Небольшая катушка в наконечнике датчика возбуждается высокочастотным радиополем, как правило, частотой 1–2 МГц.
- Индукция вихревых токов: это поле вызывает вихревые токи в проводящей поверхности вала, обращенной к датчику.
- Взаимодействие с полем: Вихревые токи создают собственное противоположное магнитное поле.
- Изменение импеданса: противодействующее поле изменяет импеданс катушки, а величина этого изменения зависит от расстояния до вала.
- Обработка сигнала: усилитель (часто называемый проксимитором или генератором-демодулятором) преобразует это сопротивление в постоянное напряжение, пропорциональное зазору.
- Выход: конечный сигнал напряжения отражает мгновенное расстояние между валом и датчиком.
Зависимость напряжения от разрыва
- Выходное напряжение растёт по мере сокращения зазора и падает по мере его увеличения — чем ближе валы, тем выше напряжение.
- Рабочий линейный диапазон обычно составляет около 0,5–2,0 мм (20–80 мил).
- Чувствительность калибруется в мкм/В или мил/В; типичное значение составляет около 7,87 В/мм (200 мВ/мил).
- Поскольку сигнал зависит от электрических и магнитных свойств измеряемой поверхности вала, датчик калибруется с учетом конкретного сплава вала, который он будет измерять.
3. Основные преимущества
Преимущества датчика напрямую связаны с тем, что он работает в бесконтактном режиме и позволяет видеть сам вал:
- Прямой замер вала: он измеряет движение вала относительно корпуса подшипника, а не вибрацию, передаваемую через подшипник на корпус — различие между вибрацией вала и корпуса, столь важное в динамика ротора. (Для измерения абсолютного движения вала дополнительно требуется сейсмический датчик на корпусе.)
- Диапазон частот от постоянного тока до высоких частот: он измеряет диапазон от 0 Гц (в статическом положении) до частот выше 10 кГц, фиксируя медленные переходы, переходные процессы и резонансы без спада низких частот, который ограничивает акселерометр. Это делает его идеальным решением для стартапов и выбег работа.
- Относительное положение вала: он показывает, где находится вал в пределах зазора подшипника относительно установки датчика в корпусе, поэтому — после привязки при настройке — может контролировать зазоры до уплотнений и лабиринтов, обнаруживать смещение ротора или износ подшипника и управлять защитной аварийное отключение о чрезмерном смещении.
- Пригодность для эксплуатации в суровых условиях: Благодаря отсутствию подверженных износу движущихся частей и рабочей температуре до примерно 350 °C, он не подвержен загрязнению вала и сохраняет надежность в условиях масляного тумана, пара и пыли.
4. Типичная установка
Датчики практически никогда не устанавливаются поодиночке на важных агрегатах. В классической схеме по одной паре датчиков устанавливается на каждом подшипнике, а также один датчик на упорной поверхности:
- Пары зондов XY: два датчика, расположенные под углом 90° друг к другу (горизонтальный и вертикальный), определяют положение вала в обоих направлениях и передают орбита дисплей — стандартная конфигурация турбомашин.
- Датчик осевого положения: направленный на конец вала, он отслеживает осевое положение и осевая вибрация, смотреть упорный подшипник состояние и предотвращение осевого смещения ротора.
- Требования к монтажу: корпус должен быть жестко закреплен в корпусе, располагаться перпендикулярно валу и иметь зазор, соответствующий середине его линейного диапазона; прокладка кабеля и заземление должны осуществляться в соответствии с рекомендациями производителя и API 670 правила по предотвращению шума.
Настройка и проверка напряжения зазора в полевых условиях — дело довольно хлопотное, и даже небольшое отклонение приводит к смещению рабочей точки за пределы линейного участка кривой. Наш Калькулятор напряжения зазора датчика приближения превращает заданную чувствительность и требуемый зазор в значение напряжения смещения, которое необходимо установить.
5. Области применения и возможности переносных инструментов
Стационарные вихретоковые системы — датчики XY на каждом подшипнике плюс осевой датчик, все подключенные к API 670-совместимой стойкой с реле сигнализации и аварийного отключения — защищать критически важное турбомашинное оборудование везде, где этого требуют спецификация заказчика или проекта, и непрерывно передавать критическая скорость идентификация, анализ орбиты и Диаграммы Боде. Они также помогают в поиске и устранении неисправностей: сравнивая движение вала с движением корпуса, специалист может определить, где именно находится неисправность — в роторе или в корпусе.
Однако не все агрегаты оснащены таким оборудованием. У большинства насосов, вентиляторов и двигателей общего назначения балансировка и диагностика производятся снаружи, на корпусе подшипника, с помощью портативного анализатора. Двухканальный прибор, такой как Balanset-1A измеряет вибрацию корпуса с помощью акселерометра и использует оптический тахометр в качестве фазового эталона, а затем выполняет одно- и двухплоскостное балансировка на месте непосредственно в подшипниках самой машины — без необходимости установки стационарных датчиков приближения. Одним словом, вихретоковые датчики являются «золотым стандартом» для контроля движения вала в турбомашинах, оснащенных измерительной аппаратурой, в то время как портативные приборы, устанавливаемые на корпусе, подходят для подавляющего большинства машин, где сверление отверстий для датчиков нецелесообразно или неоправданно.
