工控仪表擂台第八十期－测量汽轮机转速的问题 点击：4496 | 回复：11
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1．磁电式传感器的特性 （1）工作原理 磁电式传感器的工作原理如图1 所示，它主要由旋转的触发轮（被等分的齿轮盘,上面有多齿或缺齿）和相对静止的感应线圈两部分组成。磁电式转速传感器由铁芯、磁钢、感应线圈等部件组成的，测量对象转动时，转速传感器的线圈会产生磁力线，齿轮转动会切割磁力线，磁路由于磁阻变化，在感应线圈内产生电动势；磁电式转速传感器的感应电势产生的电压大小，和被测对象转速有关，被测物体的转速越快输出的电压也就越大，也就是说输出电压和转速成正比。但是在被测物体的转速超过磁电式转速传感器的测量范围时，磁路损耗会过大，使得输出电势饱甚至是锐减；如图1
2、输出特性由磁电式传感器工作原理可知，其产生的交流电压信号的频率与齿轮转速和齿数成正比。在齿数确定的情况下，传感器线圈输出的电压频率正比于齿轮的转速：其关系为f=n.z；式中，n 为发动机转速，z 为触发轮被等分的齿数；f 为磁电式传感器的输出信号频率，Hz 。
3、磁电式传感器的输出电压不仅与传感器和触发轮间的间隙（ d ） 有关,而且与n 有关，其公式为V=K*n/d ;式中, V 为传感器输出峰值电压,V；n 为发动机转速；d 为传感器与触发轮间的间隙,mm；K 为与传感器有关的参数。
从上可以看出，设计上汽轮机的速度一般都是几千转的，为了保证这个输出电压有仪表或者控制系统能用这个信号，这个K/d应该是个带小数的东东，当速度很低的时候，其输出电压就会很低，磁电式传感器在转速较低(0~30r/min)时会因信号弱而无法测量，所以一般是大于30rpm才可以正常测量！
磁电式传感器内部有磁性元件容易受到外界电磁场干扰，传感器选型及安装时应重点考虑电磁场的影响范围及被测表面的尺寸大小，见图2，应确保D＞3d。如果不能满足上述条件，将直接影响到传感器输出的线性范围。但由于D是机组结构决定的，所以一般情况下，D尺寸是确定的，在这种情况下，应尽量选用小探头，以确保测量精度。
安装的尺寸要求：(1)当X＞L时，对测量精度无影响；(2)当X＜L时，将影响传感器的线性输出范围及测量精度。d为探头的直径，L为探头端部长度。
要想知道为什么 测量汽轮机转速的磁电式转速传感器为什么不能作为零转速测量，我们首先要了解下 磁电式转速传感器的工作原理是什么：
磁电式传感器又称感应式传感器、电动式传感器，它把被测物理量的变化转变为感应电动势，是一种机械能—— 电能的变换型传感器。它不需要外部供电电源，电路简单，性能稳定，输出阻抗小，又具有一定的频率响应范围(一般为10～1000Hz)，适用于振动、转速、扭矩等测量.①磁电式传感器是由电磁感应原理制成的，根据法拉第电磁感应定律：无论任何原因使通过回路面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率的负值成正比。具有N匝的线圈感应电动势e为e= -Ndφ/dt ，式中，φ为线圈的磁通，常用单位为Wb；N为线圈匝数。
根据工作原理不同，磁电感应式传感器可分为恒定磁通式和变磁通式，其中变磁通式又有动圈式和动铁式两种，而目前次电式传感器主要应用于测速当中。在国内，目前比较有名的是由上海航振仪器仪表有限公司的HZ-60磁电转速传感器，HZ-60磁电转速传感器，能将转角位移转换成电信号供计数器计数，只要非接触就能测量各种导磁材料如：如齿轮、叶轮、带孔（或槽、螺钉）圆盘的转速及线速度。传感器具有：体积小、结实可靠、寿命长、不需电源和润滑油等优点，与一般二次仪表均可配用。 输出波形：近似正弦波（≥50r/min时）。输出信号幅值：50r/min时≥300ｍｖ 传感器铁芯和被测齿轮齿顶间隙 δ＝0.5～1.2mm，被测齿轮模数：m = 2，齿轮 ：Z = 60，材料：电工钢，信号幅值大小，与转速成正比，与铁芯和齿顶间隙的大小成反比；测量范围：50～5000Hz；使用时间：连续使用；工作环境：温度 -20～+60℃ -20～+160℃（特殊定做）；输出形式：X12K4P四芯插头；外形尺寸：外径M16×1 ；M18×1.5总长80mm，超长需定做。重量：约120g（不计输出导线）。③在磁电式传感器的发展上面国内外的差别并不大，而且磁电式传感器主要是应用于发动机的转速测量。
应用分析：
磁电式传感器主要是应用于发动机的转速测量，所以本次以发动机转速测量来分析。汽轮发电机组的振动是机组安全与经济运行的重要指标，高参数、大容量的机组通常都同时将垂直和水平向振动作为汽轮发电机组跳闸保护参数.目前浙江省内各电厂使用的汽轮发电机组振动监测设备多为美国本特利、瑞士VB一600和德国菲力浦的产品，少数使用日本产品，风机则部份使用了国内产品。多数振动传感器的计量检定结果性能比较稳定．投入运行后能正确反映机组的振动变化，但有少数性能不稳定，或因校验、安装、使用不当导致运行中发生异常，影响机组正常运行，甚至导致机组跳闸.④磁电式转速传感器是以磁电感应为基本原理来实现转速测量的。磁电式转速传感器由铁芯、磁钢、感应线圈等部件组成的，测量对象转动时，转速传感器的线圈会产生磁力线，齿轮转动会切割磁力线，磁路由于磁阻变化，在感应线圈内产生电动势。磁电式转速传感器的感应电势产生的电压大小，和被测对象转速有关，被测物体的转速越快输出的电压也就越大，也就是说输出电压和转速成正比。但是在被测物体的转速超过磁电式转速传感器的测量范围时，磁路损耗会过大，使得输出电势饱甚至是锐减。⑤其结构示意图为右所示。工作原理为，传感器由永久磁钢产生恒定的直流磁场，软弹簧一端与测量线圈连接，另一端与外壳连接。传感器紧固在汽轮发电机组轴承盖上并随轴承座起振动时，永久磁钢和外壳随被测物体同时上下振动，由于测量线圈有软弹簧支撑，保持相对静止不动，这样测量线圈切割磁力线产生感应电动势，该电动势与机组的振动速度成正比。工作特点是传感器工作频率范围为5～1 000 Hz，在使用频率范围内能输出较强的电压信号，且不易受电磁场和声场的干扰，测量电路较简单，传感器输出信号与电缆长度没有特定的要求。这种磁电式速度传感器常有电缆绝缘层开裂现象，原因是就地电缆因环境温度高或接触油后老化以及大修装卸时不注意的磨损而引起，导致绝缘下降或多点接地。多点接地在不同的地网间会产生电势差，在屏蔽层产生环流，叠加在信号上会引起模拟量波动或突变，对测量系统产生干扰。所以掌握磁电式速度传感器的工作原理和正确的检定、安装、使用方法，是保证TSI系统可靠运行的前提和及时正确判断机组振动异常原因的基础。为保证机组安全、稳定运行，应对TSI系统定期白查、按周期检定，及时消除缺陷并建立考评制度。配置必要的易损备品备件，损坏时能及时更换，确保TSI系统能正常工作。
参与不热烈，偶来顶一顶。
既然测量汽轮机的转速的仪表是磁电式结构，测量的原理是电磁感应定律，那么其测量的原理就要遵从法拉第电磁感应定律：E=n*ΔΦ/Δt，对于具体的设备仪表n是一定的，所以仪表检测的感应电动势E的大小主要取决于ΔΦ/Δt这个磁通变化率，也就是单位时间内的磁通变化量，其数值越大消耗的时间越小，时间越大磁通变化率越小，对于仪表检测的感应电动势也就是越小。
对于汽轮机在盘车、启动瞬间时的低速转动过程中，其由于转速低，所以磁通变化率就低，对于仪表来说检测的感应电动势就是非常微小，而且由于汽轮机在这个过程中速度处于一个不稳定的增长过程（盘车过程中甚至出现无规律的转速变化），所以其仪表检测的感应电动势也是一个非常不稳定的数值。综合考虑这个过程仪表检测到的感应电动势是非常微小的不稳定甚至毫无规律的变化值。
磁电式转速传感器在汽轮机正常运转后所检测的感应电动势是毫伏级别的数值，由于其是一个电压数值在现场复杂的电磁干扰环境中极易被干扰发生数值改变甚至严重失真，因此对于毫伏信号的磁电式转速传感器内部电路都设有滤波屏蔽抗干扰措施，把弱小的信号屏蔽掉，这个设置势必造成仪表所检测的微小的电磁感应电动势不被处理，而这个情况恰恰阻碍了汽轮机在低转速（盘车过程）情况下的速度检测。所以磁电式转速传感器不能用在零转速情况下。
磁电式转速传感器所检测的感应交流信号理想处理信号是正弦波，所以其稳定工作的最低工作频率也应是50赫兹，对于汽轮机的转速受旋转齿轮的模数、数量、间隙等影响，对于具体的磁电式转速传感器，其说明书上应该具有使用转速范围等参数。对于磁电式转速传感器的安装最好让厂家人员来调试，因为其是一个精密的仪表，安装过程中的微小位置距离偏差都会造成较大的速度偏差，而且汽轮机现场振动强度较大需要有坚固的固定措施，防止运行中受振动影响出现安装位置发生改变。
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