本特利保护探头安装使用手册

机组保护探头安装使用手册序我公司共有压缩机17台，安装有电涡流探头260只，都是BENTLY产品，有7200系列和3300系列，其中7200系列厂家已经停止生产，现在定购7200系列探头、前置器、延伸电缆，属于特殊定制，价格昂贵。公司正在逐步向3300过渡。这么多的探头构成机组的轴振动、轴位移监测系统，每一次机组的检修，都存在探头的拆装，如何保证探头检测的准确可靠？是每一个仪表工必须要掌握的基础知识。针对我公司机组轴振动、轴位移传感器系统容易出问题，以及缺少相关基础资料，和同事们对一些概念模糊，特编写本手册。根据本特利7200、3300传感器相关资料，以及《仪表工习题集》等参考资料和自己经验编写而成，为大家工作提供帮助，请各位同事多提宝贵意见，使之更加完善。第一节系统简介为何采用电涡流位移传感器?电涡流位移传感器能测量被测体(必须是金属导体)与探头端面的相对位置。电涡流位移传感器长期工作可靠性好、灵敏度高、抗干扰能力强、非接触测量、响应速度快、不受油水等介质的影响，常被用于对大型旋转机械的轴位移、轴振动、轴转速等参数进行长期实时监测，可以分析出设备的工作状况和故障原因，有效地对设备进行保护及进行预测性维修。从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运行状态主要取决于其核心——转轴，而电涡流位移传感器能直接测量转轴的状态，测量结果可靠、可信。过去，对于机械的振动测量采用加速度传感器或速度传感器，通过测量机壳振动，间接地测量转轴振动，测量结果的可信度不高。系统组成系统主要包括探头、延伸电缆(用户可以根据需要选择)、前置器和附件。延伸电缆转接连接头探头前置器图1-1传感器系统的组成第二节系统的工作原理rH1d线圈金属导体I1H2I2(μ,σ)检波滤波TC1被测金属导体δC2UX放大线性修正LXUO图1-2电涡流作用原理图图1-3传感器原理框图传感器系统的工作机理是电涡流效应。当接通传感器系统电源时，在前置器内会产生一个高频电流信号，该信号通过电缆送到探头的头部，在头部周围产生交变磁场H1。如果在磁场H1的范围内没有金属导体材料接近，则发射到这一范围内的能量都会全部释放；反之，如果有金属导体材料接近探头头部，则交变磁场H1将在导体的表面产生电涡流场，该电涡流场也会产生一个方向与H1相反的交变磁场H2。由于H2的反作用，就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位，即改变了线圈的有效阻抗。这种变化既与电涡流效应有关，又与静磁学效应有关，即与金属导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈几何参数、激励电流频率以及线圈到金属导体的距离等参数有关。假定金属导体是均质的，其性能是线性和各向同性的，则线圈——金属导体系统的物理性质通常可由金属导体的磁导率μ、电导率σ、尺寸因子r，线圈与金属导体距离δ，线圈激励电流强度I和频率ω等参数来描述。因此线圈的阻抗可用函数Z=F(μ,σ,r,I,ω)来表示。δ探头0被测金属导体UOU2U0U1δ1δ0δ2图1-4传感器输出特性曲线如果控制μ、σ、r、δ、I、ω恒定不变，那么阻抗Z就成为距离δ的单值函数，由麦克斯韦尔公式，可以求得此函数为一非线性函数，其曲线为“S”形曲线，在一定范围内可以近似为一线性函数。在实际应用中，通常是将线圈密封在探头中，线圈阻抗的变化通过封装在前置器中的电子线路的处理转换成电压或电流输出。这个电子线路并不是直接测量线圈的阻抗，而是采用并联谐振法，见图1-3，即在前置器中将一个固定电容CCCC0121=2+C和探头线圈Lx并联与晶体管T一起构成一个振荡器，振荡器的振荡幅度Ux与线圈阻抗成比例，因此振荡器的振荡幅度Ux会随探头与被测间距δ改变。Ux经检波滤波，放大，非线性修正后输出电压Uo，Uo与δ的关系曲线如图1-4所示，可以看出该曲线呈“S”形，即在线性区中点δ0处(对应输出电压U0)线性最好，其斜率(即灵敏度)较大，在线性区两端，斜率(灵敏度)逐渐下降，线性变差。(δ1，U1)——线性起点，(δ2，U2)——线性末点。第三节系统元件说明探头探头对正被测体表面，它能精确地探测出被测体表面相对于探头端面间隙的变化。通常探头由线圈、头部、壳体、高频电缆、高频接头组成，其典型结构见图1-5所示。锁口加强无螺纹部分螺纹部分扳手平面铠装(可选)线圈头部壳体高频电缆高频接头锁紧螺母图1-5探头典型结构线圈是探头的核心，它是整个传感器系统的敏感元件，线圈的物理尺寸和电气参数决定传感器系统的线性量程以及探头的电气参数稳定性。探头头部采用耐高低温的PPS工程塑料，通过“二次注塑”工艺将线圈密封其中。这项技术增强了探头头部的强度和密封性，在恶劣环境中可以保护头部线圈能可靠工作。头部直径取决于其内部线圈直径，由于线圈直径决定传感器系统的基本性能——线性量程，因此我们通常用头部直径来分类和表征各型号探头，一般情况传感器系统的线性量程大致是探头头部直径的1/2～1/4。3300设计了φ5、φ8、φ11、φ25、φ50五种直径的头部,也可生产其它规格的头部体。探头壳体用于支撑探头头部，并作为探头安装时的装夹结构。壳体采用不锈钢制成，一般上面刻有标准螺纹，并备有锁紧螺母。为了能适合不同的应用和安装场合，探头壳体具有不同的型式和不同的螺纹及尺寸规格.高频电缆是用于联接探头头部到前置器(有时中间带有延伸电缆转接)，这种电缆是用氟塑料绝缘的射频同轴电缆，通常电缆长度有0.5m、1m、5m、9m四种选择。当选择0.5m和1m时必须用延伸电缆以保证系统的总的电缆长度为5m或9m，至于选择5m还是9m应该是考虑能满足将前置器安装在设备机组的同一侧来决定。根据探头的应用场合和安装环境，探头所带电缆可以配有不锈钢软管铠装(可选择)，以保护电缆不易被损坏，对于现场安装探头电缆无管道布置的情况，应该选择铠装。探头电缆接头是符合美国军用规范MIL-C-39012的高频同轴接头。探头整体各部件通过机械变形联接，在恶劣环境中可以保证探头的稳定性和可靠性。延伸电缆作为系统的一个组成部分，延伸电缆(如图1-6所示)用来联接和延长探头与前置器之间的距离，您可以对延伸电缆长度和是否需要带铠装进行选择，选择延伸电缆的长度应该使延伸电缆长度加探头电缆长度与配套前置器所要求的长度一致(5m或9m)，铠装选择的情况同探头电缆。标记电缆长度A转接头铠装(可选)同轴电缆同轴接头图1-6延伸电缆采用延伸电缆的目的是为了减短探头所带电缆长度，对于用螺纹安装探头时，需转动探头，过长的电缆不便使电缆随探头转动，容易扭断电缆，这种情形在探头安装部分有进一步说明。延伸电缆的两端接头不同，带阳螺纹的接头(转接头)与探头联接，带阴螺纹的接头与前置器联接。注意探头电缆和延伸电缆长度一经选定，使用时不能随意加长或缩短。如有必要，则须重新校准，否则可能引起传感器超差。!前置器前置器是一个电子信号处理器。一方面前置器为探头线圈提供高频交流电流；另一方面，前置器感受探头前面由于金属导体靠近引起探头参数的变化，经过前置器的处理，产生随探头端面与被测金属导体间隙线性变化的输出电压或电流信号。3300XL系列前置器统一两种安装尺寸。与以前的前置器相比，3300XL前置器有重大的改进。它既可以采用紧凑的导轨安装，也可以采用传统的面板安装。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就可以达到欧洲电磁兼容性标准，从而减少了安装费用，降低了安装的复杂性。输入：接收非接触式3300系列5mm、33008mm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探头直流阻抗（额定）（RPROBE）表延伸电缆直流阻抗（额定）：探头长度从中心导体到外部导体的阻抗(RPROBE)(ohms)延伸电从中心导体到中心导体的阻抗从同轴导体到同轴导体的阻抗缆长度(RCORE)(ohms)(RJACKET)(ohms)3.00.66　0.100.20　0.040.57.45　0.503.50.77　0.120.23　0.051.07.59　0.504.00.88　0.130.26　0.051.57.73　0.504.50.99　0.150.30　0.062.07.88　0.507.01.54　0.230.46　0.095.08.73　0.707.51.65　0.250.49　0.109.09.87　0.908.01.76　0.260.53　0.11环境限制探头使用和存储温度：标准探头：-51°C至+177°C(-60°F至+351°F)大温度范围探头：对于探头端部：-51°C至+177°C(-60°F至+351°F)；对于探头电缆和接头：-51°C至+260°C(-60°F至+500°F)延伸电缆温度范围:使用和存储温度：标准电缆：-51°C至+177°C(-60°F至+351°F)大温度范围电缆：-51°C至+260°C(-60°F至+500°F)前置器温度范围使用温度：-35°C至+85°C(-31°F至+185°F)存储温度：-51°C至+100°C(-60°F至+212°F)相对湿度：当具有接头保护时，无浸水，100％冷凝。前置器如图1-7所示。探头插座是与探头和延伸电缆接头同一系列的高频插座，电源、输出端子是标准的重载隔离型三端接线端子。前置器外壳是用铝铸造而成，表面已进行喷塑处理。为了屏蔽外界干扰，在前置器内部已将壳体与信号公共端(信号地)联接；在底板和安装孔处都加装了工程塑料绝缘，这样可以保证在安装前置器时，使前置器壳体与大地隔离(即所谓“浮地”)。现场联线:0.2至1.5mm2（16至24AWG）[有金属环时0.25至0.75mm2（18至23AWG）]。建议使用三芯屏蔽电缆。从3300XL前置器到监测器的最大长度为305米（1000英尺）图1-7前置器前置器的实用设计：前置器的结构使高频插座内凹，不易损坏高频插座。三端接线端子镶嵌固定，直接与内部电路连接，确保连接可靠性。前置器的容错性：电源端、公共端(信号地)、输出端任意接线错误不会损坏前置器，电源极性错误保护，输出短路保护。前置器的核心是电子线路板，除个别校准用的元件外，其它元件均用环氧树脂胶灌封，这样可以提高前置器的抗振、防潮性。第四节被测体尺寸与材料的影响在系统的工作原理部分，介绍了被测金属导体的磁导率μ、电导率σ、尺寸因子r对测量也有影响，因此除了探头、延伸电缆、前置器决定传感器系统的性能外，严格地讲被测体也是传感器系统的一部分，即被测体的性能参数也会影响整个传感器系统的性能。被测体尺寸的影响探头线圈产生的磁场范围是一定的，在被测体表面形成的涡流场也是一定的，如图1-8所示的涡流区作应范围，几何尺寸可按下列公式计算：C=0.86rasri=0.52rasra=1.39ras所以，当被测面为平面时，以正对探头中心线的点为中心，被测面直径应当大于探头头部直径1.5倍以上；当被测体为圆轴而且探头中心线与轴心线正交时，一般要求被测轴直径为探头头部直径的3倍以上，否则灵敏度就会下降，一般当被测面大小与探头头部直径相同时，灵敏度会下降至70%左右。被测体的厚度也会影响测量结果。在被测体中电涡流场作用的深度由频率、材料导电、导磁率决定，深度br可按下式求得：br=⋅503.δμf(单位：cm)其中δ—导电率、μ—导磁率、f—频率(通常为1MHz左右)bscra=1.39ras线圈rasrisbrrari被测体中涡流作应范围图1-8被测体中电涡流对应范围因此如果被测体太薄，将会造成电涡流作用不够，使传感器灵敏度下降，一般厚度大于0.1mm以上的钢等导磁材料及厚