Обзор датчиков приближения (вихретоковых датчиков)
A датчик приближения - также называемый вихретоковый датчик или датчик перемещения - это бесконтактный датчик, который измеряет зазор между его наконечником и проводящей целью, почти всегда вращающимся валом. Где акселерометр крепится к корпусу и чувствует, как сотрясается конструкция, бесконтактный зонд ищет через корпуса подшипника и сообщает о фактическом движении вала относительно подшипника. Это отличие делает его основным датчиком для защиты и мониторинга высокоскоростного, критически важного оборудования, работающего в подшипниках с жидкостной пленкой, и является основой для определения относительного движения вала. мониторинг вибрации по турбомашинам по всему миру.
1. Определение: Что такое бесконтактный зонд?
Определяющей характеристикой бесконтактного зонда является то, что он измеряет относительное перемещение - положение поверхности вала по отношению к креплению датчика - напрямую, в микрометрах или милях. Это принципиально отличается от сейсмических датчиков, таких как датчик скорости или акселерометр, который измеряет абсолютное движение детали, к которой он прикреплен. В большой машине с тяжелым, жестким корпусом и сравнительно легким валом на масляной пленке корпус едва движется, в то время как вал может вращаться в значительной степени внутри своего подшипник скольжения. В такой ситуации только датчик, наблюдающий за валом, видит реальную картину, поэтому бесконтактные датчики доминируют. защита оборудования на турбинах и компрессорах.
2. Система бесконтактных датчиков: Три согласованных компонента
Полная измерительная цепочка бесконтактного датчика состоит из трех точно подобранных частей, откалиброванных вместе как комплект:
- Зонд: Датчик с резьбовым корпусом и герметичным наконечником, заключающим в себе плоскую катушку проволоки. Он устанавливается с определенным физическим зазором на вал и фиксируется на месте.
- Удлинительный кабель: коаксиальный кабель определенной длины, соединяющий датчик с драйвером. Его длина является частью электронной настройки системы, а не произвольным проводом.
- Проксиметр / драйвер: электронный модуль, который генерирует высокочастотный радиочастотный (РЧ) сигнал, подает его на катушку зонда и демодулирует возвращающийся сигнал для получения выходного напряжения, пропорционального зазору.
Поскольку три элемента настраиваются как единое целое — обычно в соответствии со стандартным для промышленности масштабным коэффициентом 200 мВ на мил (около 7,87 мВ/мкм), — они не являются взаимозаменяемы с компонентами другой системы. Смешивание датчика из одного комплекта с драйвером или кабелем другой длины приводит к нарушению калибровки и искажению показаний. Общая погрешность электрической длины корректируется следующим образом компенсация кабеля, и собранная цепь должна поставляться с сертификат калибровки документальное подтверждение прослеживаемого масштабного коэффициента.
3. Как это работает: Принцип вихревых токов
Проксимитор посылает свой радиочастотный сигнал в катушку наконечника, которая излучает небольшое магнитное поле. Когда наконечник приближается к проводящему валу, это поле индуцирует крошечные циркулирующие токи - вихревые токи - в поверхностном слое материала вала. Вихревые токи генерируют собственное противоположное магнитное поле, и поглощаемая ими энергия нагружает катушку. Количество потерянной энергии зависит от того, насколько близко находится проводящая поверхность: чем ближе к валу, тем сильнее вихревые токи и тем больше нагрузка.
Проксимитор измеряет эту нагрузку и выдает два наложенных друг на друга выходных сигнала: a Напряжение постоянного тока пропорционально в среднем зазор, и Переменное напряжение пропорционально динамический движение вала при вибрации.
Поскольку метод работает на индуцированных токах в металле, а не на механическом контакте или свете, он не подвержен воздействию масла, грязи и давления в полости подшипника, но чувствителен к электрической и магнитной однородности поверхности вала — этот момент рассматривается ниже в разделе о биении. Та же физика лежит в основе более широкого семейства вихретоковых датчиков, датчики вихревого тока используется для бесконтактного измерения перемещений.
4. Что измеряют бесконтактные датчики
Один зонд, а особенно пара, дает поразительный объем информации о состоянии и поведении ротора:
- Радиальная вибрация: Пара X-Y, установленная под углом 90° друг к другу, фиксирует движение вала в двух измерениях, которые анализатор объединяет в орбита вала - прямое изображение пути, который проходит осевая линия при каждом обороте.
- Осевое (упорное) положение: щуп, направленный на конец вала, измеряет осевое смещение — первую линию защиты от опорный подшипник поломке.
- Положение центральной линии вала: компонент DC сообщает о среднем положении цапфы в пределах зазора в подшипнике, показывая износ подшипников, изменения нагрузки и осевая линия вала смещение по мере прогрева машины.
- Скорость вращения и фаза: Зонд, следящий за шпоночным пазом или выемкой, срабатывает один раз за оборот, действуя как высоконадежный Кейфазор или тахометр который поставляет фаза справочник по балансировке и диагностике.
- Биение: измерение на тихоходном режиме (slow roll) на малой скорости позволяет оценить совокупность механическое и электрическое биение поверхности вала, которая затем вычитается из результатов ходовых измерений для выделения истинного динамического движения.
5. Преимущества и места их применения
Бесконтактные датчики являются стандартным выбором для защиты крупных, критически важных турбомашин по нескольким взаимосвязанным причинам:
- Бесконтактный: Ничто не соприкасается с валом, поэтому датчик не изнашивается и не ограничивает скорость - идеальное решение для высокоскоростной эксплуатации.
- Прямое наблюдение за валом: Они видят, что делает вал внутри подшипника, что для машины с тяжелым корпусом имеет гораздо большее значение, чем движение корпуса.
- Отклик до 0 Гц (постоянный ток): Они фиксируют как динамические колебания, так и среднее положение, чего акселерометр, который не может измерить постоянное перемещение, принципиально не может сделать.
- Высокая надежность: Герметичные, прочные и рассчитанные на работу в суровых, горячих, маслянистых средах и в непрерывном режиме.
По этой причине они практически повсеместно используются в крупных паровых и газовых турбинах, центробежных и осевых компрессорах, турбогенераторах, а также в больших насосах и двигателях, работающих на подшипниках скольжения или цапфах, где их установка предписана такими стандартами, как API 670. Естественным дополнением к ним в машинах с подшипниками качения является акселерометр, установленный на корпусе, и многие онлайн-мониторинг системы используют оба варианта. Если в машине с жидкостной плёнкой возникают дисбаланс, пара зондов X-Y делает его видимым как растущую орбиту 1×, а коррекция поля может быть выполнена на месте с помощью портативного двухканального анализатора, такого как Balanset-1A, который считывает амплитуду и фазу 1×, передаваемые датчиками, и вычисляет требуемое значение корректирующих грузов.
6. Практические проблемы
- Электрическое биение: локальные изменения проницаемости вала или остаточного магнетизма создают ложный вибрационный сигнал, не имеющий ничего общего с реальным движением. Вычитание биения при медленном вращении устраняет его.
- Неправильный целевой материал: калиброванный масштабный коэффициент предполагает определенный сплав вала (обычно сталь AISI 4140). При использовании другого материала чувствительность изменяется, и ее необходимо заново определить.
- Зазор вне диапазона: зонд должен находиться в пределах своего линейного диапазона - обычно вблизи -10 В постоянного тока. Слишком близко или слишком далеко - и отклик становится нелинейным или обрывается.
- Царапины и покрытие: Любой дефект поверхности или покрытие на наблюдаемой полосе вала воспринимается как движение, поэтому полоса должна быть гладкой, круглой и равномерной.
