汽轮机监测系统TSI课件

汽轮机监控与保护汽轮机监控与保护2013年年4月月汽轮发电机组监控保护v监视：监视：汽轮机监测仪表汽轮机监测仪表系统系统TSIv保护：保护：危急遮断保护危急遮断保护系统系统ETS1 概述一、汽轮机安全监控的必要性一、汽轮机安全监控的必要性二、汽轮机安全监控的意义二、汽轮机安全监控的意义三、汽轮机安全监控措施三、汽轮机安全监控措施四、汽轮机安全监视的内容四、汽轮机安全监视的内容一、汽轮机安全监控的必要性一、汽轮机安全监控的必要性v(1)大容量机组系统复杂，监控范围大、项目繁大容量机组系统复杂，监控范围大、项目繁多，操作也越益复杂，常规监视仪表已越来越不适多，操作也越益复杂，常规监视仪表已越来越不适应，为了应，为了避免避免操作人员的疏忽大意以致操作人员的疏忽大意以致误操作误操作，建，建立一种完善的、保证机组安全的新的监视体系已成立一种完善的、保证机组安全的新的监视体系已成为必要。为必要。(2)汽轮机是一种大容量高速旋转的精密机械，汽轮机是一种大容量高速旋转的精密机械，任何意外都将引起不良的后果，必然对机组安全提任何意外都将引起不良的后果，必然对机组安全提出更高的要求。（出更高的要求。（防止意外）防止意外）v (3)高参数大容量机组价格昂贵，事故波及面大，高参数大容量机组价格昂贵，事故波及面大，对经济和社会的影响重大，一种有效的对机组的安对经济和社会的影响重大，一种有效的对机组的安全监视体系，对保证人身和设备的安全，减少负面全监视体系，对保证人身和设备的安全，减少负面影响，具有重要的意义。（影响，具有重要的意义。（保证经济性）保证经济性）二、汽轮机安全监控的意义二、汽轮机安全监控的意义v对机组的运行状态进行连续、准确和可靠的在对机组的运行状态进行连续、准确和可靠的在线监控，也是一种对机组安全的保护，它除了向控线监控，也是一种对机组安全的保护，它除了向控制系统发出控制和安全信息外，还可帮助操作人员制系统发出控制和安全信息外，还可帮助操作人员及时掌握机组的运行信息，了解机组的安全、经济及时掌握机组的运行信息，了解机组的安全、经济状态，状态，避免事故的发生和加强科学管理；避免事故的发生和加强科学管理；根据参数根据参数监控对机组进行在线诊断，为监控对机组进行在线诊断，为发展和丰富发展和丰富一种更为一种更为完善的智能监控完善的智能监控专家系统专家系统，开辟了广阔的前景。，开辟了广阔的前景。v这种技术的运用和发展，将使得设备的维修方式从这种技术的运用和发展，将使得设备的维修方式从传统的传统的“事故维修事故维修”和和“定期维修定期维修”过渡到现在的过渡到现在的“预知预知性维修性维修”，从而大大提高了设备的可利用率，减少停，从而大大提高了设备的可利用率，减少停机维修时间，降低维修费用，同时也压缩了备件的机维修时间，降低维修费用，同时也压缩了备件的库存量可以减少意外事故的发生和不必要的浪费、库存量可以减少意外事故的发生和不必要的浪费、损耗，提高对机组设备的保护损耗，提高对机组设备的保护。v 提出问题提出问题v如何对汽轮机进行监控保护呢？如何对汽轮机进行监控保护呢？v对汽轮机系统及其辅助设备的重要参数严密对汽轮机系统及其辅助设备的重要参数严密监视。参数越限，发出报警信号，当超过极监视。参数越限，发出报警信号，当超过极限值，发出紧急停机信号，关闭主汽门，实限值，发出紧急停机信号，关闭主汽门，实现紧急停机。现紧急停机。三、汽轮机安全监控措施三、汽轮机安全监控措施v广义上说汽轮机安全监控措施有以下几方面：广义上说汽轮机安全监控措施有以下几方面：v通过通过TSI进行参数检测与监视，当参数达到报警值时进行参数检测与监视，当参数达到报警值时发出报警信息，当参数达到危险值时送出保护信息发出报警信息，当参数达到危险值时送出保护信息给给ETS。v通过通过DEH对各种参数进行监视和控制，当超速或出对各种参数进行监视和控制，当超速或出现甩负荷以及负荷不平衡时，由现甩负荷以及负荷不平衡时，由OPC进行转速限制进行转速限制和保护。和保护。vETS则是当出现危急情况时实现汽轮机的紧急跳闸则是当出现危急情况时实现汽轮机的紧急跳闸保护。保护。v此外还有此外还有机械超速保护机械超速保护和和后备保护后备保护等。等。四、四、汽轮机安全监控的内容汽轮机安全监控的内容v大型汽轮机热工保护涉及的内容大型汽轮机热工保护涉及的内容v（1）汽轮机本体机械参数监控。）汽轮机本体机械参数监控。轴向位移，振动参数，胀差轴向位移，振动参数，胀差v（2）汽轮机防进水保护。）汽轮机防进水保护。v（3）汽轮机辅机保护（凝汽器真空、除氧器）汽轮机辅机保护（凝汽器真空、除氧器水位等）。水位等）。（4）汽轮机紧急跳闸保护。（）汽轮机紧急跳闸保护。（ETS）2、汽轮机监测仪表系统汽轮机监测仪表系统TSI TSI(Turbine Supervisory Instrument)系系统即统即汽轮机轴系监测系统汽轮机轴系监测系统，是一种可靠的多，是一种可靠的多通道监测仪表，能连续不断地测量汽轮机发通道监测仪表，能连续不断地测量汽轮机发电机组转子和汽缸的机械运行参数和相关参电机组转子和汽缸的机械运行参数和相关参数，显示机器的运行状况，提供输出信号给数，显示机器的运行状况，提供输出信号给信号显示、记录仪；并在超过设定的运行极信号显示、记录仪；并在超过设定的运行极限时发出报警，甚至使汽机自动停机以及提限时发出报警，甚至使汽机自动停机以及提供可用于故障诊断的测量。供可用于故障诊断的测量。一、TSI的作用v汽轮机监视仪表汽轮机监视仪表(turbine supervisory instru-ment，TSI)是为了保护汽轮机的安全而设计的监是为了保护汽轮机的安全而设计的监视装置，是汽轮机的重要组成视装置，是汽轮机的重要组成 部分。部分。v作用作用是对运行中的汽轮机的重要参数进行是对运行中的汽轮机的重要参数进行 有效而有效而准确的监视，并将测量信号送至二次仪表和数准确的监视，并将测量信号送至二次仪表和数 据据采集系统，以供实时显示和打印记录，以及历史采集系统，以供实时显示和打印记录，以及历史数据积累和运行状态分析数据积累和运行状态分析;参数越限时，还可以发参数越限时，还可以发出信号供出信号供 报警和驱动保护系统。报警和驱动保护系统。二、汽轮机监测仪表的组成从功能方面来看，从功能方面来看，TSI包括以下两大部分：包括以下两大部分：汽轮汽轮机本体参数监视和机本体参数监视和故障分析和专家决策系统故障分析和专家决策系统从结构方面来看，从结构方面来看，TSI包括以下三大部分：包括以下三大部分：传感传感器、前置器、监视器（显示器）器、前置器、监视器（显示器）传感器系统将机械量（如转速，轴位移，差胀，缸胀，振动和传感器系统将机械量（如转速，轴位移，差胀，缸胀，振动和偏心等）转换成电参数（频率偏心等）转换成电参数（频率f，电感，电感L，品质因素，品质因素Q，阻抗，阻抗Z等）等），传感器输出的电参数信号经过现场连线送到监测系统，由监，传感器输出的电参数信号经过现场连线送到监测系统，由监测系统转换为测量参数进行显示、记录及相关的信息处理测系统转换为测量参数进行显示、记录及相关的信息处理1.传感器传感器v目前应用广泛的传感器有：电涡流传感器，目前应用广泛的传感器有：电涡流传感器，电感式速度传感器，电感式线性差动变压器电感式速度传感器，电感式线性差动变压器和磁阻式测速传感器等等。和磁阻式测速传感器等等。v对于应用得最多的电涡流传感器系统来说，对于应用得最多的电涡流传感器系统来说，它由探头、接长电缆和前置器组成。它由探头、接长电缆和前置器组成。2.前置器前置器v前置器具有一个电子线路，它可以产生一个前置器具有一个电子线路，它可以产生一个低功率无线电频率信号（低功率无线电频率信号（RF），这一），这一RF信号，信号，由延伸电缆送到探头端部里面的线圈上，在由延伸电缆送到探头端部里面的线圈上，在探头端部的周围都有这一探头端部的周围都有这一RF信号。信号。v如果在这一信号的范围之内，没有导体材料，则释放到这一如果在这一信号的范围之内，没有导体材料，则释放到这一范围内的能量都会回到探头。如果有导体材料的表面接近于范围内的能量都会回到探头。如果有导体材料的表面接近于探头顶部，则探头顶部，则RF信号在导体表面会形成小的电涡流。这一信号在导体表面会形成小的电涡流。这一电涡流使得这一电涡流使得这一RF信号有能量损失。该损失大小是可以测信号有能量损失。该损失大小是可以测量的。导体表面距离探头顶部越近，其能量损失越大。传感量的。导体表面距离探头顶部越近，其能量损失越大。传感器系统可以利用这一能量损失产生一个输出电压，该电压正器系统可以利用这一能量损失产生一个输出电压，该电压正比于所测间隙。比于所测间隙。由高频振荡器、检波器、滤波器、直流放大器、由高频振荡器、检波器、滤波器、直流放大器、线性网络及输出放大器等组成前置器线性网络及输出放大器等组成前置器3.监测系统监测系统v监测系统又称为框架，一个框架由三部分组成：电源、系统监测器和监测表。v电源为装在框架内的监测表及相应的传感器提供规电源为装在框架内的监测表及相应的传感器提供规定的电源，电源总被放在框架的第一位置；定的电源，电源总被放在框架的第一位置；v系统检测器检验供电水平以确保系统正常运行，同系统检测器检验供电水平以确保系统正常运行，同时，它还具有控制系统时，它还具有控制系统“OK”的功能。的功能。“OK”（正常（正常工作）表明系统的传感器及现场接线是在规定的水工作）表明系统的传感器及现场接线是在规定的水平上进行。系统检测器也控制报警点的设置和系统平上进行。系统检测器也控制报警点的设置和系统复位。系统检测器总被放在框架的第二位置；复位。系统检测器总被放在框架的第二位置；v监测表不仅可以显示传感器系统是否正常运行，还监测表不仅可以显示传感器系统是否正常运行，还可以指示传感器的测量值，并在越限时报警。可以指示传感器的测量值，并在越限时报警。三、汽轮机本体参数监视内容三、汽轮机本体参数监视内容 v机械参数的监视机械参数的监视v各处温度的监视各处温度的监视包括包括1.对汽轮机本体机械参数的主要监视内容对汽轮机本体机械参数的主要监视内容 v轴轴 向位移向位移;v汽缸热膨胀汽缸热膨胀;v转子与汽缸的热膨胀差转子与汽缸的热膨胀差;v转速和零转速转速和零转速;v轴承振动和轴振动轴承振动和轴振动;v偏心度；偏心度；v相位相位2.TSI对温度的监视v汽轮机组本体参数的检测尚有推力轴瓦金属汽轮机组本体参数的检测尚有推力轴瓦金属温度，缸体、法兰螺栓等金属温度和发电机温度，缸体、法兰螺栓等金属温度和发电机定子和绕组温度，轴承金属温度和润滑油温定子和绕组温度，轴承金属温度和润滑油温度等，这些监视均应在机组设计制造时度等，这些监视均应在机组设计制造时 一并一并考虑配备。考虑配备。四、故障分析和专家决策系统四、故障分析和专家决策系统 v对于大型汽轮机，一对于大型汽轮机，一 般都配有汽轮机数据采集和故般都配有汽轮机数据采集和故障分析计算机系统，它障分析计算机系统，它 利用专门的汽轮机故障分利用专门的汽轮机故障分析软件和专家决策软件，对析软件和专家决策软件，对 采集到的参数进行分采集到的参数进行分析和判断。析和判断。汽轮机故障分析软件通过实时、自动、汽轮机故障分析软件通过实时、自动、连续地采连续地采 集和存储汽轮发电机轴系的振动振幅、集和存储汽轮发电机轴系的振动振幅、相位等数据，提供相位等数据，提供 给操作员和工程师一个实时的给操作员和工程师一个实时的轴系运行档案，包括表征轴系运行档案，包括表征 轴系是否正常运转的可轴系是否正常运转的可接受区域图，以及轴系的轴心接受区域图，以及轴系的轴心 轨迹图、颇谱图、轨迹图、颇谱图、波德图、级联图等多种形式的分析画波德图、级联图等多种形式的分析画 面和数据，面和数据，用以支持轴系的早期故障诊断和预测维修。用以支持轴系的早期故障诊断和预测维修。续v专家决策软件是一个实时的专家系统，包括专家决策软件是一个实时的专家系统，包括专专 门用于汽轮机故障分析的门用于汽轮机故障分析的知识知识库和相应的库和相应的推理逻辑软件推理逻辑软件.它可以根据汽轮机监视系统采它可以根据汽轮机监视系统采集到的数据来检查集到的数据来检查 汽轮机的运行状态，并根汽轮机的运行状态，并根据据知识知识库软件中存储的经验库软件中存储的经验 数据对设备进行数据对设备进行自动地故障诊断和机械信息管理，最自动地故障诊断和机械信息管理，最 后给出后给出带有严重程度的故障结果和推荐的改正措施带有严重程度的故障结果和推荐的改正措施.关于专家系统v专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说，专家系统是解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题，简而言之，专家便解决那些需要人类专家处理的复杂问题，简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。专家系统的基本结构如图所示，其中箭头方向为数据流动的专家系统的基本结构如图所示，其中箭头方向为数据流动的方向。专家系统通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释方向。专家系统通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取等器、综合数据库、知识获取等6个部分构成。个部分构成。知识库知识库v知识库用来存放专家提供的知识和经验。知识库用来存放专家提供的知识和经验。v人工智能中的知识表示形式大多数是以人工智能中的知识表示形式大多数是以IFTHENOR ELSE的形式出现，就像的形式出现，就像BASIC等编程语言里的条件语句等编程语言里的条件语句一样，一样，IF后面跟的是条件（前件），后面跟的是条件（前件），THEN后面的是结论后面的是结论（后件），条件与结论均可以通过逻辑运算（后件），条件与结论均可以通过逻辑运算AND、OR、NOT进行复合。在这里，产生式规则的理解非常简单：如果进行复合。在这里，产生式规则的理解非常简单：如果前提条件得到满足，就产生相应的动作或结论。前提条件得到满足，就产生相应的动作或结论。其它组成部分作用v推理机推理机针对当前问题的条件或已知信息，反复匹配针对当前问题的条件或已知信息，反复匹配知识库中的规则，获得新的结论，以得到问题求解知识库中的规则，获得新的结论，以得到问题求解结果。结果。v人机界面人机界面是系统与用户进行交流时的界面。是系统与用户进行交流时的界面。v综合数据库专门用于存储推理过程中所需的原始数综合数据库专门用于存储推理过程中所需的原始数据、中间结果和最终结论，往往是作为暂时的存储据、中间结果和最终结论，往往是作为暂时的存储区。区。v解释器解释器能够根据用户的提问，对结论、求解过程做能够根据用户的提问，对结论、求解过程做出说明，因而使专家系统更具有人情味。出说明，因而使专家系统更具有人情味。v知识获取知识获取是专家系统知识库是否优越的关键，也是是专家系统知识库是否优越的关键，也是专家系统设计的专家系统设计的“瓶颈瓶颈”问题，通过知识获取，可以问题，通过知识获取，可以扩充和修改知识库中的内容，也可以实现自动学习扩充和修改知识库中的内容，也可以实现自动学习功能。功能。五、TSI的产品v美国本特利美国本特利3300系列、系列、3500系列、系列、7200系列：系列：成本低成本低。v德国爱普德国爱普MMS6000系列：监测模块为双通道，系列：监测模块为双通道，内含振动分析功能，内含振动分析功能，v瑞士韦伯瑞士韦伯VM600系列：全数字化系列：全数字化TSI系统，系统，只用一种模块只用一种模块MPC4即可，减少备件及维护即可，减少备件及维护量。量。v德国飞利浦公司德国飞利浦公司 RMS700系列系列 vABB 的的TSI(用用CMM模件组成模件组成)ABB公司开发的公司开发的TSIv 近年来，近年来，ABB公司开发了多功能的四通道公司开发了多功能的四通道CMM状态监视模件，用它组成状态监视模件，用它组成TSI汽轮机保护系统，统汽轮机保护系统，统一集成在一集成在ABB的的SYMPHONY系统中，去监测汽轮系统中，去监测汽轮机轴系除转速外的各项参数，如轴承振动、大轴振机轴系除转速外的各项参数，如轴承振动、大轴振动、偏心、串轴、胀差和绝对膨胀，并输出报警和动、偏心、串轴、胀差和绝对膨胀，并输出报警和停机信号。停机信号。关于CMM模件vCMM从其端子单元采集涡流传感器、加速度传感器、速度传从其端子单元采集涡流传感器、加速度传感器、速度传感器、直流感器、直流LVDT及声波传感器等工业标准传感器的现场信及声波传感器等工业标准传感器的现场信号。经过滤波，鉴别和计算后，通过模件扩展总线与号。经过滤波，鉴别和计算后，通过模件扩展总线与BRC控控制器实现通讯，使机组有关的状态参数送到统一的数据库中，制器实现通讯，使机组有关的状态参数送到统一的数据库中，这样不仅在这样不仅在DCS（或（或DEH）的操作员站上可提供机组的各种）的操作员站上可提供机组的各种轴系参数，产生于与轴系参数，产生于与DCS时标同步的报警清单，还可借助贮时标同步的报警清单，还可借助贮存在上级计算机中的振动分析软件和专家系统生成多种振动存在上级计算机中的振动分析软件和专家系统生成多种振动分析报表，并完成汽轮机的故障诊断，在指导机组安全可靠分析报表，并完成汽轮机的故障诊断，在指导机组安全可靠运行的同时，预测机组的健康状况，为状态检修作准备。运行的同时，预测机组的健康状况，为状态检修作准备。3 传感器系统传感器系统 vTSI系统主要由传感器及智能板件组成。v传感器是将机械振动量、位移、转速转换为电量的机电转换装置。v各种智能测量板件接受相应传感器的电量信号后进行整形、计算、逻辑处理等以后，显示出精确、直观的监测数据和报警指示。输出标准的模拟量信号和继电器接点。传感器传感器种类种类v电涡流传感器，对汽轮机组的转速、偏心、电涡流传感器，对汽轮机组的转速、偏心、轴位移、轴振动、胀差进行测量；轴位移、轴振动、胀差进行测量；v速度传感器对盖振进行测量；速度传感器对盖振进行测量；v线性可变差动变压器（线性可变差动变压器（LVDT）对热膨胀进行）对热膨胀进行测量测量；v差动式磁感应传感器来测量机组的转速。差动式磁感应传感器来测量机组的转速。一、涡流传感器v电涡流传感器是通过传感器端部线圈与被测物体（导电体）间的间隙变化来测物体的振动相对位移量和静位移的，它与被测物之间没有直接的机械接触，具有很宽的使用频率范围（从010Hz）。电涡流式传感器原理电涡流式传感器原理 它能实现非接触测量，如位移、振动、厚它能实现非接触测量，如位移、振动、厚度、转速、应力、硬度等参数。这种传感器度、转速、应力、硬度等参数。这种传感器还可用于无损探伤。原理如下图示。还可用于无损探伤。原理如下图示。这是一种建立在这是一种建立在涡流效应涡流效应原理上的传感器原理上的传感器。1.结构原理与特性结构原理与特性 如左图，当通过金属体的如左图，当通过金属体的磁通变化时，就会在导体中磁通变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就导体中是自行闭合的，这就是所谓是所谓电涡流电涡流。电涡流的产。电涡流的产生必然要消耗一部分能量，生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称发生变化，这一物理现象称为为涡流效应涡流效应。根据阻抗变化根据阻抗变化即可测量被测参数。即可测量被测参数。一般讲，一般讲，线圈的阻抗线圈的阻抗变化与导体的变化与导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到几何参数，激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离有关。如果控制上被测导体间的距离有关。如果控制上述参数中的一个参数改变，而其余参述参数中的一个参数改变，而其余参数恒定不变，则阻抗就成为这个变化数恒定不变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。如其他参数不变，参数的单值函数。如其他参数不变，阻抗的变化就可以反映线圈到被测金阻抗的变化就可以反映线圈到被测金属导体间的距离大小变化。属导体间的距离大小变化。2.电涡流式传感器的复阻抗电涡流式传感器的复阻抗利用涡流效应原理制造的传感器。利用涡流效应原理制造的传感器。等效电阻等效电阻R R等效电感等效电感L L原理图原理图等效电路等效电路等效等效阻抗阻抗距离距离 互感互感 M M 我们可以把被测导体上形成的电我们可以把被测导体上形成的电涡流等效成一个短路环，这样就可得到涡流等效成一个短路环，这样就可得到如图如图5-16的等效电路。图中的等效电路。图中R1、L1为传为传感器线圈的电阻和电感。短路环可以认感器线圈的电阻和电感。短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为为是一匝短路线圈，其电阻为R2、电感、电感为为L2。线圈与导体间存在一个互感。线圈与导体间存在一个互感M，它随线圈与导体间距的减小而增大。它随线圈与导体间距的减小而增大。根据等效电路可列出电路方程组根据等效电路可列出电路方程组：通过解方程组，可得通过解方程组，可得I1、I2。因此传感器线圈的复阻抗为：因此传感器线圈的复阻抗为：线圈的等效电感为线圈的等效电感为 ：（5-12）（5-13）由式由式（5-12）和（）和（5-13）可以看出，线圈与金可以看出，线圈与金属导体系统的阻抗、电感都是该系统互感平方的属导体系统的阻抗、电感都是该系统互感平方的函数。而互感是随线圈与金属导体间距离的变化函数。而互感是随线圈与金属导体间距离的变化而改变的。而改变的。3、电涡流传感器的类型n n高频反射式电涡流传感器高频反射式电涡流传感器n n低频透射式电涡流传感器低频透射式电涡流传感器（1 1）高频反射式电涡流传感器高频反射式电涡流传感器金金属属物物体体 高频反射式电涡流传感器利用线圈与金高频反射式电涡流传感器利用线圈与金属导体之间的磁性耦合程度的变化测量距属导体之间的磁性耦合程度的变化测量距离。离。金属物体的电导率越高，测量灵敏度金属物体的电导率越高，测量灵敏度越高。越高。线圈线圈框架框架框架框架衬套衬套固定螺母固定螺母电缆电缆a.高频反射式电涡流传感器的结构高频反射式电涡流传感器的结构 由一个固定在框架上的扁平线圈组成。由一个固定在框架上的扁平线圈组成。为了充分有效地利用电涡流效应，对于平板为了充分有效地利用电涡流效应，对于平板型的被测体则要求被测体的半径应大于线圈半型的被测体则要求被测体的半径应大于线圈半径的径的1.81.8倍，否则灵敏度要降低。当被测物体是倍，否则灵敏度要降低。当被测物体是圆柱体时，被测导体直径必须为线圈直径的圆柱体时，被测导体直径必须为线圈直径的3.53.5倍以上，灵敏度才不受影响。倍以上，灵敏度才不受影响。b、高频反射式电涡流传感器的原理、高频反射式电涡流传感器的原理 电涡流传感器的线圈与被测金属导体间是电涡流传感器的线圈与被测金属导体间是磁性耦合，电涡流传感器是利用这种耦合程度磁性耦合，电涡流传感器是利用这种耦合程度的变化来进行测量的。因此，被测物体的物理的变化来进行测量的。因此，被测物体的物理性质，以及它的尺寸和开关都与总的测量装置性质，以及它的尺寸和开关都与总的测量装置特性有关。一般来说，被测物的电导率越高，特性有关。一般来说，被测物的电导率越高，传感器的灵敏度也越高。传感器的灵敏度也越高。c.高频反射式电涡流传感器的应用高频反射式电涡流传感器的应用(测距离）测距离）这种传感器的结构很简单，主要由一个固定在框架上的扁平线圈组成。线圈可这种传感器的结构很简单，主要由一个固定在框架上的扁平线圈组成。线圈可以粘贴在框架的端部，也可以绕在框架端部的槽内。下图为某种型号的高频反射式电以粘贴在框架的端部，也可以绕在框架端部的槽内。下图为某种型号的高频反射式电涡流传感器。涡流传感器。（2 2）低频透射式电涡流传感器（测厚度）低频透射式电涡流传感器（测厚度）接收线圈接收线圈发射线圈发射线圈涡流及磁涡流及磁场场 金属板越厚，接收侧磁场越弱，接收线圈的感应电压金属板越厚，接收侧磁场越弱，接收线圈的感应电压u u2 2 越小。发射线圈越小。发射线圈的电源频率取的电源频率取1kHz1kHz左右。左右。发射发射磁场磁场接收侧接收侧磁场磁场4 4、电涡流式传感器的应用电涡流式传感器的应用（a a）测量位移）测量位移被测零件被测零件涡流传感器涡流传感器被测零件被测零件涡流传感器涡流传感器动态位移动态位移测量测量4 4、电涡流式传感器的应用、电涡流式传感器的应用（b b）测量振动）测量振动涡流传感器涡流传感器机械轴机械轴振形图振形图测量测量机械轴机械轴（c c）测量转速）测量转速被测被测零件零件涡流涡流传感器传感器被测被测零件零件涡流涡流传感器传感器 设测出脉冲频率为设测出脉冲频率为f f（HzHz），被测零件齿数为），被测零件齿数为N N，则轴的转速，则轴的转速为：为：（转（转/分）分）（d d）测量厚度）测量厚度涡流涡流传感器传感器1 1涡流涡流传感器传感器2 2测出距离测出距离x x1 1测出距离测出距离x x2 2预置距离预置距离D D（e e）测量温度）测量温度测出等效电感变化测出等效电感变化测出谐振频率变化测出谐振频率变化温度变化温度变化 变化变化 电感变化电感变化 谐振频率变化谐振频率变化 .零件计数零件计数（f f）其他测量）其他测量.连续油管的椭圆度测量连续油管的椭圆度测量Coiled TubeEddy Sensor Reference Circle.无损探伤无损探伤原理原理裂纹检测，缺陷造成涡流变化裂纹检测，缺陷造成涡流变化。二、速度传感器二、速度传感器v它的工作原理是基于一个惯性质量和移动壳体，传感器有一个永久磁铁，它被固定在传感器壳体上。速度传感器速度传感器工作原理工作原理v围绕着磁铁是一个惯性质量线圈，通过弹簧连在壳体围绕着磁铁是一个惯性质量线圈，通过弹簧连在壳体上。测量时，将传感器刚性固定在被测物体上，随着上。测量时，将传感器刚性固定在被测物体上，随着被测物振动，磁铁运动，使其产生磁场运动。而线圈被测物振动，磁铁运动，使其产生磁场运动。而线圈因固定在弹簧上，具有较大的惯性质量，即相对高频因固定在弹簧上，具有较大的惯性质量，即相对高频振动的物体，其是相对静止的。这样，线圈在磁场中振动的物体，其是相对静止的。这样，线圈在磁场中作直线运动，产生感应电动势，其大小与线圈运动的作直线运动，产生感应电动势，其大小与线圈运动的线速度（即：机壳的速度）成正比。通过对感应电动线速度（即：机壳的速度）成正比。通过对感应电动势的检测，即能获得被测物体的线速度。势的检测，即能获得被测物体的线速度。恒定磁通式磁电传感器结构原理图（a）动圈式；(b)动铁式 磁通式磁电传感器磁通式磁电传感器（测振动）（测振动）磁磁路路系系统统产产生生恒恒定定的的直直流流磁磁场场，磁磁路路中中的的工工作作气气隙隙固固定定不不变变，因因而而气气隙隙中中磁磁通通也也是是恒恒定定不不变变的的。其其运运动动部部件件可可以以是是线线圈圈（动动圈圈式式），也也可可以以是是磁磁铁铁（动动铁铁式式），动动圈圈式式（图图6-1（a）和和动动铁铁式式（图图6-1(b)）的的工工作作原原理理是是完完全全相相同同的的。当当壳壳体体随随被被测测振振动动体体一一起起振振动动时时，由由于于弹弹簧簧较较软软，运运动动部部件件质质量量相相对对较较大大，当当振振动动频频率率足足够够高高（远远大大于于传传感感器器固固有有频频率率）时时，运运动动部部件件惯惯性性很很大大，来来不不及及随随振振动动体体一一起起振振动动，近近乎乎静静止止不不动动，振振动动能能量量几几乎乎全全被被弹弹簧簧吸吸收收，永永久久磁磁铁铁与与线线圈圈之之间间的的相相对对运运动动速速度度接接近近于于振振动动体体振振动动速速度度，磁磁铁铁与与线线圈圈的的相相对对运运动动切切割割磁磁力力线线，从从而而产生感应电势产生感应电势.图图6.2是是变变磁磁通通式式磁磁电电传传感感器器，用用来来测测量量旋旋转转物物体体的的角角速速度度。（a)图图为为开开磁磁路路变变磁磁通通式式：线线圈圈、磁磁铁铁静静止止不不动动，测测量量齿齿轮轮安安装装在在被被测测旋旋转转体体上上，随随被被测测体体一一起起转转动动。每每转转动动一一个个齿齿，齿齿的的凹凹凸凸引引起起磁磁路路磁磁阻阻变变化化一一次次，磁磁通通也也就就变变化化一一次次，线线圈圈中中产产生生感感应应电电势势，其其变变化化频频率率等等于于被被测测转转速速与与测测量量齿轮上齿数的乘积。齿轮上齿数的乘积。1.永久磁铁 2.软铁 3.线圈 4.测量齿轮 5.被测旋转体图6.2 变磁通式磁电传感器结构原理图 (a)开磁路变磁通式磁电传感器（变磁通式磁电传感器（测速度）测速度）三、三、LVDT传感器v其工作原理是利用电磁其工作原理是利用电磁感应中的互感现象，实感应中的互感现象，实质上就是一个变压器，质上就是一个变压器，如图所示。如图所示。LVDT传感器原理传感器原理v变压器上初级线圈变压器上初级线圈W和两个参数完全相同的次和两个参数完全相同的次级线圈级线圈W1，W2组成，线圈中心扦入圆柱形铁组成，线圈中心扦入圆柱形铁心，次级线圈心，次级线圈W1和和W2反极性串联，当初级线反极性串联，当初级线圈圈W加上交变电压时，次级加上交变电压时，次级W1和和W2分别产生分别产生感应电势感应电势e1和和e2，其大小与铁心位置有关。，其大小与铁心位置有关。差动变压器差动变压器工作原理工作原理当铁心位于正中，当铁心位于正中，当铁心左移，当铁心左移，E2E2增大增大原边原边副边副边1 1副边副边2 2*+-注意同名端注意同名端当铁心右移，当铁心右移，E2E2减小减小因两个副边反向串联因两个副边反向串联原边原边副边副边1 1副边副边2 2铁心铁心四、差动式磁感应传感器四、差动式磁感应传感器v差动式磁感应传感器的工作原理是利差动式磁感应传感器的工作原理是利用一个差动式敏感元件。该元件由一用一个差动式敏感元件。该元件由一块永久性磁铁上的两个相互串联的磁块永久性磁铁上的两个相互串联的磁敏半导体电阻组成（这两个半导体的敏半导体电阻组成（这两个半导体的材料及几何尺寸相同）。材料及几何尺寸相同）。差动式磁感应传感器差动式磁感应传感器原理原理v在传感器电路中，这两个电阻组成一个差动在传感器电路中，这两个电阻组成一个差动电感电桥（如惠斯顿电桥）。当磁铁或钢的电感电桥（如惠斯顿电桥）。当磁铁或钢的触发体接近或远离传感器且相互成直角（即触发体接近或远离传感器且相互成直角（即传感器探头表面磁铁所产生的磁场与触发体传感器探头表面磁铁所产生的磁场与触发体边沿成直角）时，它干扰了传感器内部的磁边沿成直角）时，它干扰了传感器内部的磁场，使差动电感电桥失去平衡而输出一电压。场，使差动电感电桥失去平衡而输出一电压。通过对这一电压测量，即能获得被测物（即通过对这一电压测量，即能获得被测物（即触发体）与传感器探头间的间隙变化。触发体）与传感器探头间的间隙变化。磁电式振动传感器磁电式振动传感器 磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。磁电式振动传感器的结构原理 图图5-18 磁电式振动传感器的结构原理图磁电式振动传感器的结构原理图1-壳体壳体 2-永久磁铁永久磁铁 3-阻尼器阻尼器 4-引线引线 5-芯杆芯杆 6-外壳外壳 7-线圈线圈 8-弹簧片弹簧片基本工作原理：v该传感器在使用时，把它与被测物体紧固在该传感器在使用时，把它与被测物体紧固在一起，当物体振动时，传感器外壳随之振动，一起，当物体振动时，传感器外壳随之振动，此时永久磁铁、阻尼环和芯杆的整体由于惯此时永久磁铁、阻尼环和芯杆的整体由于惯性而不随之振动，因此它们与壳体产生相对性而不随之振动，因此它们与壳体产生相对运动，位于磁路气隙间的线圈就切割磁力线，运动，位于磁路气隙间的线圈就切割磁力线，于是线圈就产生正比于振动速度的感应电动于是线圈就产生正比于振动速度的感应电动势。该电动势与速度成一一对应关系，可直势。该电动势与速度成一一对应关系，可直接测量速度，经过积分或微分电路便可测量接测量速度，经过积分或微分电路便可测量位移或加速度。位移或加速度。振动监测振动监测 压电式加速度传感器压电式加速度传感器v压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。压电式加速度传感器的原理是利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。压电式加速度传感器具有高频响应以及动态响应特性好的特点。压电式加速度传感器压电式加速度传感器基座基座基座基座压电片压电片质量块质量块m压簧压簧壳体壳体压阻式加速度传感器压阻式加速度传感器v基于世界领先的MEMS硅微加工技术，压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。电容式加速度传感器电容式加速度传感器 图示为差动式电容加速度传感器结构图。它有两个固定极板（与壳体绝缘）,中间有一用弹簧片支撑的质量块,此质量块的两个端面经过磨平抛光后作为可动极板（与壳体电连接）。当传感器壳体随被测对象在垂直方向上作直线加速运动时,质量块在惯性空间中相对静止,而两个固定电极将相对质量块在垂直方向上产生大小正比于被测加速度的位移。此位移使两电容的间隙发生变化,一个增加,一个减小,从而使C1、C2产生大小相等,符号相反的增量,此增量正比于被测加速度。电容式加速度传感器的主要特点是频率响应快和量程范围大,大多采用空气或其它气体作阻尼物质。4 4 测点及传感器安装位置测点及传感器安装位置v1.转速及零转速转速及零转速检测与超速保护检测与超速保护v2.轴振动轴振动与轴承振动（盖或瓦振）与轴承振动（盖或瓦振）v3.偏心偏心v4.轴位移轴位移v5.热膨胀热膨胀与胀差与胀差v6.相位相位1.转速及零转速转速及零转速检测与超速保护检测与超速保护v转速值显示是汽轮机组开车、停车以及稳定转速值显示是汽轮机组开车、停车以及稳定运行时的重要参数运行时的重要参数。转速的测量范围：05000rpm；转速报警值：3240rpm。vv零转速是预先设定的轴旋转速度，当运行的零转速是预先设定的轴旋转速度，当运行的机器需停车时，机器转速达到零转速设置点，机器需停车时，机器转速达到零转速设置点，继电器触点动作，使盘车齿轮啮合，使轴持继电器触点动作，使盘车齿轮啮合，使轴持续慢速旋转，来防止轴产生弯曲，以避免在续慢速旋转，来防止轴产生弯曲，以避免在接踵而来的开车中由于轴弯曲对机器造成损接踵而来的开车中由于轴弯曲对机器造成损坏坏。零转速设定值：小于4rpm；测量装置由两只装于前箱正对测量装置由两只装于前箱正对60（或（或134）齿盘的传）齿盘的传感器和板件组成，如感器和板件组成，如上图所示当机器旋转时，齿盘的上图所示当机器旋转时，齿盘的齿顶和齿底经过探头，探头将周期地改变输出信号，齿顶和齿底经过探头，探头将周期地改变输出信号，即脉冲信号，板件接收到此脉冲信号进行计数、显示，即脉冲信号，板件接收到此脉冲信号进行计数、显示，与设定值比较后，驱动继电器接点输出。与设定值比较后，驱动继电器接点输出。超速保护应具有快速响应和错误冗余表决逻辑，因超速保护应具有快速响应和错误冗余表决逻辑，因此测量装置采用此测量装置采用“三取二三取二”方式，如上图所示。由方式，如上图所示。由三只装于前箱、正对于三只装于前箱、正对于60齿盘的涡流传感器和三块齿盘的涡流传感器和三块转速表组成，设定值为转速表组成，设定值为3300rpm。测量轴振时，常常把涡流探头装在轴承壳上，探头与轴承壳测量轴振时，常常把涡流探头装在轴承壳上，探头与轴承壳变为一体，变为一体，2.轴振动与轴承振动（盖或瓦振）轴振动与轴承振动（盖或瓦振）利用速度传感器测量机壳相对于自由空间的运动速度，板件利用速度传感器测量机壳相对于自由空间的运动速度，板件把从传感器来的速度信号进行检波和积分，变成位移值，并把从传感器来的速度信号进行检波和积分，变成位移值，并计算出相应的峰计算出相应的峰-峰值位置信号如图峰值位置信号如图19-11所示。机组瓦振的所示。机组瓦振的测量范围：测量范围：0100m。2.轴振动与轴承振动（盖或瓦振）轴振动与轴承振动（盖或瓦振）偏心监测板接受两个涡流传感器信号输入，如偏心监测板接受两个涡流传感器信号输入，如上图所示。一上图所示。一个用于偏心的测量，另一个是键相器的测量，它用在峰个用于偏心的测量，另一个是键相器的测量，它用在峰-峰信峰信号调节电路上。键相探头观察轴上的一个键槽，当轴每转一号调节电路上。键相探头观察轴上的一个键槽，当轴每转一转时，就产生一个脉冲电压，这个脉冲可用来控制计算峰转时，就产生一个脉冲电压，这个脉冲可用来控制计算峰-峰峰值。机组偏心的测量范围：值。机组偏心的测量范围：0100m。报警值：大于原始。报警值：大于原始值的值的30m。3.偏心偏心两个涡流探头测量转子的轴向变化，输出探头与被测法兰的两个涡流探头测量转子的轴向变化，输出探头与被测法兰的间隙成正比的直流电压值，板件接受此电压值后，经过计算间隙成正比的直流电压值，板件接受此电压值后，经过计算处理，显示出位移值。为避免误报警，停机逻辑输出为处理，显示出位移值。为避免误报警，停机逻辑输出为“与与”逻辑。机组轴向位移的测量范围：逻辑。机组轴向位移的测量范围：-2+2mm。4.轴位移轴位移把把LVDT传感器的铁芯与汽缸连接，当膨胀时，铁芯运动，传感器的铁芯与汽缸连接，当膨胀时，铁芯运动，产生成比例的电信号，输入测量板件进行线性处理，显示输产生成比例的电信号，输入测量板件进行线性处理，显示输出出420mA信号信号，即是测量缸胀时，传感器外壳固定在汽轮即是测量缸胀时，传感器外壳固定在汽轮机基础上，而铁芯与汽缸相连。机基础上，而铁芯与汽缸相连。5.热膨胀与胀差热膨胀与胀差由于不可能在汽缸内安装涡流传感器，利用滑销系统，传感由于不可能在汽缸内安装涡流传感器，利用滑销系统，传感器被固定在轴承箱的平台上器被固定在轴承箱的平台上。即是测量胀差时，传感器外壳。即是测量胀差时，传感器外壳固定于汽缸上，而铁芯与转轴上的凸缘相连。固定于汽缸上，而铁芯与转轴上的凸缘相连。5.热膨胀与胀差热膨胀与胀差当知道了测振探头与键相探头的夹角时，当知道了测振探头与键相探头的夹角时，就测出了振动的相就测出了振动的相位，也就可找出不平衡质量的位置，即转子高点的位置。位，也就可找出不平衡质量的位置，即转子高点的位置。6.振动相位振动相位关于关于OK检测电路检测电路一般每个监测器内都有一般每个监测器内都有OK检测检测电路，用于电路，用于连续检测每个传感器及其相应的现场连线连续检测每个传感器及其相应的现场连线的完好性。的完好性。传感器输出的直流电压信号传感器输出的直流电压信号1，送到输入阻尼器，送到输入阻尼器2（电（电压跟随放大器），实现输入压跟随放大器），实现输入输出阻抗转换。其输出一路输出阻抗转换。其输出一路经阻尼器经阻尼器3向面板接线插座向面板接线插座提供传感器的输出信号；另提供传感器的输出信号；另一路送到信号调整放大器一路送到信号调整放大器4。信号调整放大器信号调整放大器4将输出电将输出电压转换为压转换为0-10V，然后供，然后供指示仪表指示仪表5指示缸胀，同时指示缸胀，同时经驱动器经驱动器6驱动外接记录仪驱动外接记录仪表记录缸胀。指示仪表的零表记录缸胀。指示仪表的零刻度对应刻度对应0V，满刻度对应，满刻度对应-10V。OK检测电路的作用检测电路的作用 监视器内设有监视器内设有OK电路，用于检验输入到监电路，用于检验输入到监视器的传感器信号是否正常。当信号不正视器的传感器信号是否正常。当信号不正常时，常时，OK电路发出一个电路发出一个“非非OK”信号，该信号，该信号使监视器前仪表盘上的信号使监视器前仪表盘上的OK发光二极管发光二极管熄灭，使信号盘上的系统状态熄灭，使信号盘上的系统状态“非非OK”指指示灯亮。示灯亮。OK电路a 跟随器跟随器 b c 比较器比较器 d 非非OK驱动器驱动器 e OK指示驱动电路指示驱动电路