Вібрація і все, все, все, вихореструмо датчикову системи
Вихорострумові датчикову системи
Вихорострумові датчикову системи призначені для безконтактного вимірювання вібрації переміщення і частоти обертання електропровідних об'єктів. Вони застосовуються для діагностики стану промислових турбін, компресорів, електромоторів. Найбільш часто об'єктом контролю є осьовий зсув і радіальна вібрація валу ротора щодо корпусу.
Вихрострумовий датчикову система (eddy probe system / proximity sensor system) складається з безконтактного вихрового пробника, подовжувач кабелю і драйвера.
Вихровий пробник являє собою металевий зонд з діелектричним наконечником на одному кінці і невеликим відрізком коаксіального кабелю на іншому. За допомогою коаксіального подовжувального кабелю пробник підключається до драйверу. Драйвер є електронний блок, який виробляє сигнал збудження пробника і здійснює виділення інформативного параметра.
Вихідним сигналом драйвера є, електричний сигнал пропорційний відстані від торця вихрового пробника до контрольованого об'єкта.
У торці діелектричного наконечника вихрового пробника знаходиться котушка індуктивності. Драйвер забезпечує збудження високочастотних коливань в котушці, в результаті чого виникає електромагнітне поле, яке взаємодіє з матеріалом, що контролюється. Якщо матеріал має електропровідність, на його поверхні наводяться вихрові струми, які, в свою чергу, змінюють параметри котушки - її активний і індуктивний опір. Параметри, змінюються при зміні зазору між контрольованим об'єктом і торцем датчика. Драйвер перетворює ці зміни в електричний сигнал, здійснює його линеаризацию і масштабування.
Найбільша кількість варіантів виконання має пробник (зонд), оскільки його конструкція істотно залежить від місця монтажу.
Використання з'єднувального кабелю, що складається з двох частин - кабелю пробника і подовжувач кабелю вигідно з технологічної точки зору. За допомогою типового набору подовжувальних кабелів різної довжини, зручно задавати загальну довжину системи. Для захисту від механічного пошкодження весь кабель або його окремі частини армуються.
Драйвер є герметичною металеву коробку, на якій є коаксіальний з'єднувач для підключення кабелю, а також клеми живлення, землі, загального проводу і вихідного сигналу.
Вихорострумові датчики мають гарний частотним відгуком (реакція на зміну відстані між торцем пробника і об'єктом контролю). Зазвичай частотний діапазон становить 0 - 10000 Гц. При цьому нерівномірність амплітудно-частотної характеристики не перевищує 0,5 дБ.
Вхідним параметром вихретокового датчика є величина зазору між торцем пробника і електропровідним об'єктом. Величина вимірюваного зазору становить кілька міліметрів і залежить від діаметра котушки, укладеної в торці діелектричного наконечника. Вихідний сигнал, пропорційний вимірюваній зазору, може бути представлений у вигляді напруги, струму або в цифровому форматі (визначається типом системи спостереження).
Для драйверів з вихідним сигналом у вигляді напруги вказують чутливість (коефіцієнт перетворення зазору в електричний сигнал), яка в більшості випадків становить 8 МВ / мкм. Часто для сполучення вихретокового датчика з типовими системами моніторингу необхідно додаткове перетворення вихідної напруги в формат 4-20мА струмового петлі або в цифровий вигляд.
Пристрої, що поєднують функції драйвера і додаткового формувача називають трансмітерами.
Пріоритетною сферою використання вихорострумових вимірників є контроль осьового зсуву і поперечного биття валів великих турбін, компресорів, електромоторів, в яких використовуються підшипники ковзання. Застосування для цих цілей датчиків швидкості і прискорення, хоча і допустимо, але невиправдано, оскільки через слабке відгуку на низьких частотах (<10Hz) и значительного поглощения вибрации массивным корпусом установки, результат будет иметь большую погрешность. Вихретоковый метод напротив обладает исключительной точностью, поскольку не только не имеет нижнего предела по частоте, но и не требует математической обработки результатов измерения ввиду прямого соответствия выходного сигнала текущему смещению вала или измерительного буртика относительно корпуса.
У малих турбінах, генераторах і компресорах, де використовуються підшипники кочення і маса корпусу відносно невелика, спектр коливань зміщений в високочастотну область. В цьому випадку для вимірювання вібрації вала доцільно використовувати датчики швидкості і прискорення, що розміщуються на корпусі механізму.
Для вимірювання величини радіальної вібрації, як правило, використовують два датчика встановлені перпендикулярно валу і розгорнуті щодо один одного на 90 градусів.
Ортогональное X-Y розміщення датчиків покращує діагностичні можливості, оскільки при наявності відповідних коштів моніторингу дозволяє візуально спостерігати орбіту руху вала в радіальній площині.
Для вимірювання осьового зсуву датчик розміщують паралельно осі в торці вала та (або) паралельно площині вимірювального буртика.
У деяких випадках для посилення діагностичних можливостей в торці вала рекомендується встановлювати два датчика. Це дозволяє крім зміщення вимірювати кут відхилення вала від осьової лінії.
ЧАСТОТА ОБЕРТАННЯ І КУТ ПОВОРОТУ
Вихорострумові датчики часто використовуються для вимірювання частоти обертання або кутового положення ротора. Формування відгуку датчика забезпечується невеликим виступом або поглибленням на валу. Такий датчик називають фазовим ключем (формувач фазової мітки). Його часто використовують спільно з X-Y датчиками радіальної вібрації для визначення орієнтації орбіти руху вала щодо фазового мітки. Ця інформація дозволяє легко визначити місце установки противаги для усунення дисбалансу вала.
Для вимірювання кутового положення ідеально підходить зубчасте колесо. Кількість імпульсів, що відповідають числу зубів від початку відліку визначає поточне кутове положення вала.
Використання в вихрострумовий системі трансмітера замість драйвера дозволяє отримати на виході сигнал, величина якого прямо пропорційна числу оборотів в хвилину або вібрації від піку до піку в усьому частотному діапазоні.
Вихорострумові системи застосовні:
- для вимірювання ексцентриситету валів;
- для вимірювання товщини діелектричних (лакофарбових) покриттів, на металевому підставі;
- для вимірювання величини температурного розширення механізмів;
- для вимірювання величини зносу деталей, що труться і механізмів;
- в якості безконтактних кінцевих вимикачів;
- для вимірювання шару металізації на діелектричному підставі.