Назначение вихретоковых преобразователей

В корзине

Назначение:

Вихретоковые преобразователи (вихретоковые датчики) предназначены для бесконтактного измерения вибрации перемещения и частоты вращения электропроводящих объектов. Они применяются для диагностики состояния промышленных турбин, компрессоров, электромоторов. Наиболее часто объектом контроля является осевое смещение и радиальная вибрация вала ротора относительного корпуса.

1
Рис. 1

Вихретоковые преобразователь (eddy current probe) состоит из вихревого пробника, удлинительного кабеля и электронного блока (рис. 1). Преобразователь частно называют вихретоковой датчиковой системой. Вихревой пробник представляет собой металлический зонд с диэлектрическим наконечником (в который заключена катушка) на одном конце и отрезком коаксиального кабеля на другом. С помощью коаксиального удлинительного кабеля пробник подключается к электронному блоку.

Электронный блок вырабатывает сигнал возбуждения пробника и осуществляет выделение информативного параметра. Выходным сигналом является электрический сигнал, прямо пропорциональный расстоянию от торца вихревого пробника до контролируемого объекта.

Принцип работы:

2
Рис. 2

В торце диэлектрического наконечника вихревого пробника находится катушка индуктивности (рис. 2). Электронный блок обеспечивает возбуждение электромагнитных колебаний в катушке, в результате чего возникает электромагнитное поле, которое взаимодействует с материалом контролируемого объекта. Если материал обладает электропроводностью, на его поверхности наводятся вихревые токи, которые в свою очередь, изменяют параметрам катушки – её активное и индуктивное сопротивление. Параметры меняются при изменении зазора  между контролируемым объектом и торцом датчика. Электронный блок преобразует эти изменения в электрический сигнал, осуществляет его линеаризацию и масштабирование.

Конструкция:

Наибольшее количество вариантов исполнения имеет пробник (зонд), поскольку его конструкция зависит от места монтажа и диапазона измерения.

Пробник может подключаться к электронному блоку напрямую или через удлинительный кабель. Для защиты от механического повреждения соединительный кабель защищается металлорукавом.

Электронный блок представляет собой герметичную металлическую коробку, на которой имеется коаксиальный соединитель для подключения кабеля, а также клеммы питания, заземления, общего провода и выходного сигнала.

Частотные характеристики:

Вихретоковые преобразователи обладают хорошим частотным откликом (реакция на изменение расстояния между торцом пробника и объектом контроля).

Частотный диапазон может достигать 0 – 10 000 Гц. При этом неравномерность амплитудно-частотной характеристики не превышает 0.5 дБ.

Вход и выход:

Входным параметром вихретокового преобразователя является величина зазора между торцом первичного преобразователя и электропроводящим объектом. Величина измеряемого зазора составляет несколько миллиметров и зависит от диаметра катушки, заключенной в торце диэлектрического наконечника. Выходной сигнал, пропорциональный измеряемому зазору, может быть представлен в виде напряжения или тока.

Области применения:

Приоритетной областью использования вихретоковых преобразователей является контроль осевого смещения и поперечного биения валов больших турбин, компрессоров, электромоторов, в которых используются подшипники скольжения. Применение для этих целей датчиков скорости и ускорения, хотя и допустимо, не неоправданно, поскольку из – за уменьшения коэффициента пропорциональности между вибросмещением ротора и опоры на низких скоростях вращения, а также значительного (3…10 раз) ослабления вибрации ротора массивным корпусом установки, результатов измерения ввиду прямого соответствия выходного сигнала текущему смещению вала или измерительного буртика относительного корпуса.

В малых турбинах, генераторах и компрессорах, где используются подшипника качения и масса корпуса относительно невелика, для измерения вибрации вала целесообразно использовать датчики скорости и ускорения, размещаемые на корпус механизма.

Радиальная вибрация:

3
Рис. 3

Для измерения величины радиальной вибрации, как правило, используют два датчика, установленные перпендикулярно валу и развернутые относительно друг другу (рис. 3).

Ортогональные X-Y размещение пробников улучшает диагностические возможности, поскольку позволяет получать как суммарную информацию, так и раздельную по каждой координате, а при наличии соответствующих средств мониторинга позволяет визуально наблюдать орбиту движения вала в радиальной плоскости. Кроме того, измерение векторов виброперемещения в нескольких плоскостях позволяет построить линию динамического прогиба вала.

Осевое смещение:

4
Рис. 4

Для измерения осевого сдвига датчик размещают перпендикулярно плоскости торца вала и (или) плоскости измерительного буртика (рис. 4).

В некоторых случаях для надёжности используют два датчика (основной и резервный).

Частота вращения:

Вихретоковые преобразователи часто используются для измерения частоты вращения ротора (рис. 5). Формирование отклика датчика обычно обеспечивается небольшим углублением на валу, полученным методом фрезерования. Такой датчик можно использовать совместно с X-Y датчиками радиальной вибрации. В этом случае датчик выполняет функции формирователя фазовой метки, относительно которой определяется ориентация орбиты движения вала. Для формирования отклика датчика могут использоваться конструктивные особенности ротора, например, наличие шестерни.

5
Рис. 5

Использование в вихретоковом преобразователе трансмиттера вместо драйвера позволяет получить на выходе сигнал, величина которого прямо пропорциональна числу оборотов в минуту.

Кроме того..

Вихретоковые преобразователи применимы: 

  • для измерения эксцентриситета валов;
  • для измерения толщины диэлектрических (лакокрасочных) покрытий на металлическом основании;
  • для измерения величины относительного температурного расширения механизмов;
  • для измерения величины износа трущихся деталей и механизмов;
  • в качестве бесконтактных концевых выключателей;
  • для измерения слоя металлизации на диэлектрическом основании.

Системная конфигурация:

Предлагается несколько основных конфигураций вихретоковых преобразователей, отличающихся диаметром катушки пробника, длиной кабеля, параметрами выходного сигнала и характером измеряемой величины. Диаметр катушки пробника определяет диапазон измерения и площадь взаимодействия электромагнитного поля с контролируемым объектом. Считается, что площадь взаимодействия не выходит за пределы воображаемой окружности на поверхности объекта, диаметр которой равен двойному диаметру катушки пробника. Последнее обстоятельство необходимо учитывать при выборе места монтажа пробника, а также при контроле поперечной вибрации вала, поскольку в этом случае облучаемая поверхность цилиндрическая, что является причиной возникновения систематической погрешности, которая растет с увеличением диаметра катушки и уменьшением диаметра вала.

Для каждой комбинации – «диаметр катушки + длина системного кабеля» калибруются типовые (взаимозаменяемые) согласующие устройства, на которые наносится соответствующая маркировка. Несоответствие длины системного кабеля или диаметра катушки первичного преобразователя маркировке согласующего устройства приводит к увеличению погрешности.

Каталог

  • en
  • +7 (831-30) 6-77-77