淺談電渦流傳感器測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)干擾的消除

穆衛(wèi)京

(陜西咸陽(yáng)化學(xué)工業(yè)有限公司，陜西 西咸新區(qū) 712000)

電渦流傳感器測(cè)量系統(tǒng)易受外界磁場(chǎng)的干擾，引起測(cè)量值的瞬間跳變，導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)作，電渦流傳感器測(cè)量系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

1) 前置器。前置器內(nèi)置的電子線路可以產(chǎn)生1個(gè)無(wú)線電頻率信號(hào)，通過(guò)該頻率信號(hào)可以探測(cè)到能量的損耗；同時(shí)產(chǎn)生1個(gè)輸出電壓，該電壓與所測(cè)間隙成正比。前置器有兩種： 一種配置5 m電特性的電纜，另一種配置9 m電特性的電纜。在低無(wú)線電頻率下的1 m物理長(zhǎng)度的理想同軸電纜的電特性再加上某安全系數(shù)，即為1 m電特性。對(duì)于一個(gè)完整的傳感器測(cè)量系統(tǒng)，探頭所帶電纜和延伸電纜均應(yīng)有正確的電特性，以保證測(cè)量系統(tǒng)的正確運(yùn)行。

2) 探頭。探頭是測(cè)量系統(tǒng)的傳感器部分，靠近旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸的表面，能探測(cè)出探頭頂部與旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸表面之間的間隙。探頭實(shí)際上是由1個(gè)直徑約5 mm的線圈與厚度約3 mm的聚苯撐硫保護(hù)層組成，從而使探頭直徑增加到約8 mm。聚苯撐硫保護(hù)層可以增加探頭的強(qiáng)度，在危險(xiǎn)環(huán)境中對(duì)探頭起保護(hù)作用。

3) 延伸電纜。延伸電纜兩端連接探頭和前置器，并使整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)配置的電纜滿足5 m或9 m電特性的要求。延伸電纜和探頭所配置的電纜，均帶有編織鎧裝屏蔽層，電纜外部還有一層絕緣的特氟隆外皮。該編織鎧裝與不銹鋼鎧裝屏蔽層不同，編織鎧裝屏蔽層可防止內(nèi)部電纜被切壞。

1 電渦流傳感器測(cè)量系統(tǒng)工作原理

電渦流傳感器測(cè)量系統(tǒng)的前置器會(huì)產(chǎn)生1個(gè)低功率無(wú)線電頻率信號(hào)，該信號(hào)由延伸電纜送至探頭端部的線圈上。在信號(hào)傳輸過(guò)程中，如果周邊不存在導(dǎo)體，則釋放的能量都會(huì)傳送到探頭；如果有導(dǎo)體接近探頭頂端，則該信號(hào)會(huì)在導(dǎo)體表面形成小的電渦流，該電渦流使無(wú)線電頻率信號(hào)產(chǎn)生能量損耗。導(dǎo)體表面距離探頭頂部越近，能量損耗越大，電渦流傳感器測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量該能量損耗，并將其轉(zhuǎn)換為前置器的輸出電壓，用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸位移或軸振動(dòng)。

前置器輸出電壓與探頭頂部和旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸表面之間的間隙在一定的寬度范圍內(nèi)成線性比例關(guān)系。Bently3300系列8 mm電渦流傳感器測(cè)量系統(tǒng)線性測(cè)量范圍為2 mm，在該范圍內(nèi)，該系統(tǒng)前置器輸出電壓與間隙間的曲線斜率為7.78 V/mm，在較大的溫度范圍內(nèi)，測(cè)量間隙時(shí)，系統(tǒng)具有靈敏度高的性能，滿足了測(cè)量精度的需求。

2 傳感器測(cè)量系統(tǒng)存在的問(wèn)題

某公司現(xiàn)有2套空分裝置，單套設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為4.3×104m3/h，每套空分裝置帶有2臺(tái)膨脹機(jī)，一開(kāi)一備。膨脹機(jī)軸系上2個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)呈90°安裝，2個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量值參與膨脹機(jī)的聯(lián)鎖保護(hù)，任意1個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量值達(dá)到聯(lián)鎖值時(shí)，振動(dòng)探頭經(jīng)過(guò)前置器，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為4～20 mA信號(hào)送至控制室，實(shí)現(xiàn)膨脹機(jī)停機(jī)。

2012-02-09T22： 40，該公司空分工段工藝操作人員反映，第2套空分A膨脹機(jī)膨脹端軸向軸承溫度指示出現(xiàn)波動(dòng)。儀表人員先在中心控制室檢查溫度測(cè)點(diǎn)，未發(fā)現(xiàn)溫度測(cè)量信號(hào)異常；現(xiàn)場(chǎng)檢查過(guò)程中，中心控制室監(jiān)測(cè)到A膨脹機(jī)膨脹端軸振動(dòng)B波動(dòng)較大，儀表人員測(cè)量完熱電阻阻值后，返回中心控制室后得知A膨脹機(jī)已跳車。在工程師站服務(wù)器上打開(kāi)SOE事件記錄，查找跳車原因，事件記錄顯示2012-02-09T22： 50 A膨脹機(jī)膨脹端軸振動(dòng)B振動(dòng)值高高，膨脹機(jī)跳車，歷史趨勢(shì)如圖1所示。

圖1 膨脹機(jī)振動(dòng)和溫度測(cè)點(diǎn)DCS歷史趨勢(shì)

從圖1可以看出，故障時(shí)的振動(dòng)值波動(dòng)幅度較為明顯，而且是尖脈沖。停車后經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，模擬事故發(fā)生時(shí)的操作，發(fā)現(xiàn)當(dāng)膨脹機(jī)就地控制柜柜門打開(kāi)測(cè)量溫度測(cè)點(diǎn)時(shí)，振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量值波動(dòng)幅度就很大，最高達(dá)到滿量程100 um。放大曲線觀看，達(dá)到跳車值49.8 um時(shí)的持續(xù)時(shí)間已經(jīng)超過(guò)了3 s的延時(shí)時(shí)間，造成膨脹機(jī)停車，其歷史趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 測(cè)量溫度測(cè)點(diǎn)時(shí)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)波動(dòng)曲線

3 膨脹機(jī)振動(dòng)測(cè)量回路

3.1 工作原理

膨脹機(jī)上有2個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)信號(hào)從電渦流傳感器探頭經(jīng)延伸電纜進(jìn)入膨脹機(jī)就地電控柜，再接入安裝在就地電控柜中的前置器；前置器將轉(zhuǎn)換信號(hào)引至分散控制系統(tǒng)(DCS)，操作人員可以在中心控制室DCS電腦屏幕上監(jiān)視到膨脹機(jī)軸系振動(dòng)的測(cè)量值。

3.2 干擾原因分析

檢查振動(dòng)測(cè)量回路中的所有環(huán)節(jié)，首先檢查現(xiàn)場(chǎng)控制柜至機(jī)柜間的控制電纜，發(fā)現(xiàn)電纜的絕緣性能等良好。對(duì)于膨脹端軸向軸承溫度指示出現(xiàn)波動(dòng)的原因，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，波動(dòng)呈無(wú)規(guī)律且有峰值現(xiàn)象。膨脹機(jī)的振動(dòng)測(cè)量回路和膨脹機(jī)就地控制柜安裝在同一只機(jī)柜內(nèi)，當(dāng)柜門關(guān)閉時(shí)，由于機(jī)柜的屏蔽作用，能起到一定的抗干擾作用；當(dāng)柜門打開(kāi)后，振動(dòng)測(cè)量回路易受環(huán)境中的電磁干擾，測(cè)量值產(chǎn)生波動(dòng)。最初分析主要原因是電磁干擾引起的：

1) 膨脹機(jī)振動(dòng)測(cè)量回路中，從電渦流傳感器出來(lái)的延伸電纜與電氣控制電纜敷設(shè)在同一層電纜橋架內(nèi)，控制電纜與電氣電纜沒(méi)有分開(kāi)，從而導(dǎo)致出現(xiàn)信號(hào)干擾。

2) 前置器是無(wú)線電頻率信號(hào)的發(fā)生和接收裝置，將其安裝在膨脹機(jī)的就地電控柜內(nèi)，是整個(gè)電渦流傳感器測(cè)量系統(tǒng)中易受干擾的環(huán)節(jié)，因此柜門打開(kāi)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)測(cè)量值跳變的現(xiàn)象。

3.3 測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)干擾的消除

膨脹機(jī)振動(dòng)測(cè)量回路中，探頭至前置器是回路中易受電磁干擾的部分；同時(shí)延伸電纜的敷設(shè)及前置器的安裝位置存在缺陷。因此，從上述兩方面入手，可消除膨脹機(jī)軸振動(dòng)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的干擾問(wèn)題：

1) 電渦流傳感器至前置器的延伸電纜敷設(shè)時(shí)，應(yīng)遠(yuǎn)離電氣電纜并單獨(dú)穿管敷設(shè)，以增加延伸電纜的抗干擾能力。

2) 將前置器放置在儀表接線箱內(nèi)，該儀表接線箱應(yīng)密閉且接地良好。

2012年7月檢修過(guò)程中，筆者對(duì)膨脹機(jī)測(cè)量回路進(jìn)行了改造，改造后電渦流傳感器測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量值非常穩(wěn)定，徹底解決了該公司膨脹機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行存在的隱患。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用電渦流傳感器測(cè)量大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸系振動(dòng)時(shí)，傳感器探頭至前置器的測(cè)量回路易受電磁信號(hào)的干擾，設(shè)計(jì)、施工和安裝時(shí)，應(yīng)采取抗干擾措施，將影響降至最低。此外，儀表電纜的規(guī)范敷設(shè)、前置器單端接地等在抗干擾過(guò)程中也是非常必要的。