崔國(guó)棟

（國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司煤制油儀表管理中心，寧夏 銀川 750411）

隨著當(dāng)代煤化工行業(yè)大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備自動(dòng)化程度及安全生產(chǎn)意識(shí)的不斷提高，對(duì)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備安全運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)越來越受到重視。煤制油大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，其軸系各部位儀表的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行是關(guān)鍵，應(yīng)用電渦流傳感器對(duì)軸系多種狀態(tài)包括位移、偏心、不平衡、磨損、裂痕等進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)安全監(jiān)測(cè)已成為不可替代的傳感器類型。機(jī)組的長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，其軸系部位長(zhǎng)期處于較高溫度及油氣惡劣環(huán)境，要求這類電渦流傳感器在監(jiān)測(cè)中必須保證其自身長(zhǎng)期工作的可靠性、穩(wěn)定性、安全性、低溫度漂移特性。

一、電渦流傳感器

在生產(chǎn)生活中，傳感器的應(yīng)用愈加的廣泛，它也是自動(dòng)化產(chǎn)品中十分重要的一部分。要想了解某個(gè)國(guó)家的科技發(fā)展水平，其傳感器技術(shù)水平的發(fā)展能夠作為一項(xiàng)重要標(biāo)志。從傳感器的種類上來看，現(xiàn)在有許多的類型類別，人們可以按照自身的需求來選擇。多種高性能的傳感器如今已在多個(gè)行業(yè)中有很好的應(yīng)用，包括電渦流傳感器。應(yīng)用較多的行業(yè)為汽車制造、機(jī)床等等，而這些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景在國(guó)際中有相當(dāng)高度的認(rèn)可。

（一）電渦流傳感器的測(cè)量原理

傳感器的電源在通電之后，會(huì)有一個(gè)高頻電流信號(hào)產(chǎn)生于前置器中，在電纜的輸送下，此信號(hào)會(huì)到達(dá)探頭頭部，交變磁場(chǎng)HI 此時(shí)就會(huì)在此處產(chǎn)生。若無金屬導(dǎo)體材料靠近該磁場(chǎng)范圍，那么在這個(gè)范圍內(nèi)的所發(fā)出的能量通通會(huì)被釋放；若有金屬導(dǎo)體材料靠近該磁場(chǎng)范圍，那么在導(dǎo)體的表面，就會(huì)有電渦流場(chǎng)所產(chǎn)生，進(jìn)一步會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)H2，而此磁場(chǎng)的方向相反于HI。在H2的作用之下，探頭頭部線圈高頻電流的相位與幅度則會(huì)發(fā)生變化，也就是線圈的有效阻抗發(fā)生了變化。產(chǎn)生這種改變的原因包括靜磁學(xué)以及電渦流效應(yīng)，也就是說基于多種參數(shù)包括線圈至金屬導(dǎo)體的距離、幾何形狀等等所發(fā)生的改變。

（二）電渦流傳感器特點(diǎn)

金屬導(dǎo)體和探頭斷面的相對(duì)位置，是電渦流傳感器所能夠測(cè)得的。在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備上進(jìn)行長(zhǎng)周期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)軸系參數(shù)，包括轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、位移等，電渦流傳感器的應(yīng)用較多，此類傳感器能夠?qū)⒃O(shè)備產(chǎn)生故障的因素以及工作狀況準(zhǔn)確的分析出來，對(duì)于設(shè)備的保護(hù)較好，這是因其多方面的優(yōu)勢(shì)所決定的，在長(zhǎng)期使用過程中，這種傳感器具有較好的可靠性、較快的響應(yīng)速度、高靈敏度等的特點(diǎn)。轉(zhuǎn)子是大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核心部分，而該部分決定了其運(yùn)行狀態(tài)，這是基于軸承學(xué)以及轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)而知的，電渦流傳感器能夠直接測(cè)量到轉(zhuǎn)子的狀態(tài)，且結(jié)果準(zhǔn)確可信。在以前，對(duì)于機(jī)械的振動(dòng)測(cè)量采用加速度式振動(dòng)變送器或速度式振動(dòng)變送器，通過測(cè)量機(jī)殼振動(dòng)，間接地測(cè)量轉(zhuǎn)軸振動(dòng)，測(cè)量結(jié)果的可信度不高。

二、國(guó)產(chǎn)電渦流傳感器的技術(shù)發(fā)展

（一）線圈材質(zhì)的選型

基于某種特定組分，來對(duì)幾種稀有惰性合金材料進(jìn)行配比，進(jìn)行高溫熔煉并加工成一種特定粗細(xì)的線徑，再包裹高溫漆制成漆包線。這種探頭線圈材料阻抗特性受溫度影響極小，在-50 度到+300 度能長(zhǎng)時(shí)間可靠穩(wěn)定工作，是保證探頭超低溫度漂移系數(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)能夠使探頭和進(jìn)口探頭完全互換兼容。圓環(huán)型的線圈，是為了使整個(gè)探頭有準(zhǔn)確的參數(shù)。而溫度對(duì)于銅質(zhì)材料線圈阻抗特性會(huì)產(chǎn)生較大程度的影響，會(huì)導(dǎo)致探頭的溫度漂移較大，穩(wěn)定性較差。

（二）探頭線圈與電纜的可靠連接技術(shù)

壓接是探頭線圈引線和電纜之間的連接方式，采用這種方式，高溫環(huán)境中探頭線圈引線和電纜的連接能夠得到保證，不會(huì)因時(shí)間的推移，而產(chǎn)生接觸不良或者松動(dòng)等的情況；若采用的是錫焊接工藝，那么探頭線圈引線和電纜的連接則難以得到保證，較長(zhǎng)時(shí)間之后，可靠以及穩(wěn)定性會(huì)越來越差。

（三）探頭線圈頭部體的形成技術(shù)

探頭注塑材料選用日本進(jìn)口的高溫PPS為原材料，材料長(zhǎng)期可靠工作溫度為450℃。采用三步高溫高壓注塑工藝生產(chǎn)，將稀有惰性合金元素制成的線圈通過高溫、高壓注塑嵌入高溫PPS 材料里模具成型，避免線圈出現(xiàn)氧化與老化的情況，在超低溫度、長(zhǎng)時(shí)間的使用過程中，探頭的可靠以及穩(wěn)定性能夠得到保證。

（四）探頭線圈頭部體與殼體的連接形成技術(shù)

殼體內(nèi)壁與注塑形成的探頭頭部體的通過錐度螺紋結(jié)構(gòu)進(jìn)行緊密連接。通過兩個(gè)鎖緊固定孔的設(shè)計(jì)，使探頭頭部體和殼體端部注塑成型完整的探頭體。由于特殊凹型環(huán)形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使其精密的配合于頭部體“O”型圈，這種設(shè)計(jì)能夠使殼體尾部滲入油污的現(xiàn)象很好地避免。

三、電渦流傳感器的行業(yè)現(xiàn)狀及應(yīng)用前景

Bently 這一品牌壟斷了世界中的冶金、化工以及石油行業(yè)，且長(zhǎng)達(dá)七十多年的時(shí)間，據(jù)近年權(quán)威資料統(tǒng)計(jì)顯示，在全球范圍內(nèi)的上述三大行業(yè)內(nèi)，其余國(guó)外品牌累計(jì)也不及全球總需量的15%份額。通過對(duì)這些國(guó)家的電渦流傳感器多次溫度漂移測(cè)試及系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性、可靠性測(cè)試，分析測(cè)試數(shù)據(jù)得出Bently 產(chǎn)品為最好。上述其余幾家國(guó)外品牌（含德國(guó)epro）產(chǎn)品與Bently 產(chǎn)品在探頭、前置器方面的溫度漂移及系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性、可靠性方面差距還比較大，主要是因?yàn)樗鼈兊奶筋^線圈材料仍然是采用的銅材料制作。Bently 產(chǎn)品之所以能在全球處于長(zhǎng)期壟斷地位，確是因?yàn)樗钠焚|(zhì)所在。其探頭線圈材料的特殊性、探頭制作工藝的特殊性、接頭工藝等，這一系列環(huán)節(jié)是決定和保證它產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定可靠的關(guān)鍵所在，而近些年部分國(guó)產(chǎn)電渦流傳感器已經(jīng)可以做到與bently 無縫銜接及互相替換，互換后線性誤差及靈敏度誤差優(yōu)于0.5%。

國(guó)家能源局聯(lián)合工信部在三年前已經(jīng)把“大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)保護(hù)成套裝置裝備技術(shù)系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化”作為一項(xiàng)課題任務(wù)。中石化在北京總部也設(shè)立了“狀態(tài)監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化辦公室”。這類傳感器及監(jiān)測(cè)保護(hù)儀表裝置先進(jìn)裝備技術(shù)，中國(guó)經(jīng)過近30年的自主創(chuàng)新，一些先進(jìn)裝備技術(shù)已經(jīng)積累了經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)從材料、技術(shù)工藝等方面得到完全技術(shù)突破，完全能自主獨(dú)立生產(chǎn)出達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平、質(zhì)量安全穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品。電渦流傳感器國(guó)產(chǎn)化能避免被發(fā)達(dá)國(guó)家控制中國(guó)發(fā)展自己的先進(jìn)技術(shù)；能控制國(guó)外產(chǎn)品壟斷價(jià)格，降低企業(yè)維護(hù)成本；能縮短備件供貨時(shí)間，減少進(jìn)口備件產(chǎn)品的長(zhǎng)時(shí)間庫存存貨。