电涡流传感器的国产化应用分析

崔国栋

（国家能源集团宁夏煤业有限责任公司煤制油仪表管理中心，宁夏 银川 750411）

随着当代煤化工行业大型旋转设备自动化程度及安全生产意识的不断提高，对大型旋转机械设备安全运行的状态进行长期实时监测越来越受到重视。煤制油大型旋转设备长期高负荷运转，其轴系各部位仪表的长周期安全运行是关键，应用电涡流传感器对轴系多种状态包括位移、偏心、不平衡、磨损、裂痕等进行实时连续安全监测已成为不可替代的传感器类型。机组的长时间连续运行，其轴系部位长期处于较高温度及油气恶劣环境，要求这类电涡流传感器在监测中必须保证其自身长期工作的可靠性、稳定性、安全性、低温度漂移特性。

一、电涡流传感器

在生产生活中，传感器的应用愈加的广泛，它也是自动化产品中十分重要的一部分。要想了解某个国家的科技发展水平，其传感器技术水平的发展能够作为一项重要标志。从传感器的种类上来看，现在有许多的类型类别，人们可以按照自身的需求来选择。多种高性能的传感器如今已在多个行业中有很好的应用，包括电涡流传感器。应用较多的行业为汽车制造、机床等等，而这些产业的发展前景在国际中有相当高度的认可。

（一）电涡流传感器的测量原理

传感器的电源在通电之后，会有一个高频电流信号产生于前置器中，在电缆的输送下，此信号会到达探头头部，交变磁场HI 此时就会在此处产生。若无金属导体材料靠近该磁场范围，那么在这个范围内的所发出的能量通通会被释放；若有金属导体材料靠近该磁场范围，那么在导体的表面，就会有电涡流场所产生，进一步会产生一个交变磁场H2，而此磁场的方向相反于HI。在H2的作用之下，探头头部线圈高频电流的相位与幅度则会发生变化，也就是线圈的有效阻抗发生了变化。产生这种改变的原因包括静磁学以及电涡流效应，也就是说基于多种参数包括线圈至金属导体的距离、几何形状等等所发生的改变。

（二）电涡流传感器特点

金属导体和探头断面的相对位置，是电涡流传感器所能够测得的。在大型旋转机械设备上进行长周期实时监测多个轴系参数，包括转速、振动、位移等，电涡流传感器的应用较多，此类传感器能够将设备产生故障的因素以及工作状况准确的分析出来，对于设备的保护较好，这是因其多方面的优势所决定的，在长期使用过程中，这种传感器具有较好的可靠性、较快的响应速度、高灵敏度等的特点。转子是大型旋转机械的核心部分，而该部分决定了其运行状态，这是基于轴承学以及转子动力学而知的，电涡流传感器能够直接测量到转子的状态，且结果准确可信。在以前，对于机械的振动测量采用加速度式振动变送器或速度式振动变送器，通过测量机壳振动，间接地测量转轴振动，测量结果的可信度不高。

二、国产电涡流传感器的技术发展

（一）线圈材质的选型

基于某种特定组分，来对几种稀有惰性合金材料进行配比，进行高温熔炼并加工成一种特定粗细的线径，再包裹高温漆制成漆包线。这种探头线圈材料阻抗特性受温度影响极小，在-50 度到+300 度能长时间可靠稳定工作，是保证探头超低温度漂移系数的关键技术，该技术能够使探头和进口探头完全互换兼容。圆环型的线圈，是为了使整个探头有准确的参数。而温度对于铜质材料线圈阻抗特性会产生较大程度的影响，会导致探头的温度漂移较大，稳定性较差。

（二）探头线圈与电缆的可靠连接技术

压接是探头线圈引线和电缆之间的连接方式，采用这种方式，高温环境中探头线圈引线和电缆的连接能够得到保证，不会因时间的推移，而产生接触不良或者松动等的情况；若采用的是锡焊接工艺，那么探头线圈引线和电缆的连接则难以得到保证，较长时间之后，可靠以及稳定性会越来越差。

（三）探头线圈头部体的形成技术

探头注塑材料选用日本进口的高温PPS为原材料，材料长期可靠工作温度为450℃。采用三步高温高压注塑工艺生产，将稀有惰性合金元素制成的线圈通过高温、高压注塑嵌入高温PPS 材料里模具成型，避免线圈出现氧化与老化的情况，在超低温度、长时间的使用过程中，探头的可靠以及稳定性能够得到保证。

（四）探头线圈头部体与壳体的连接形成技术

壳体内壁与注塑形成的探头头部体的通过锥度螺纹结构进行紧密连接。通过两个锁紧固定孔的设计，使探头头部体和壳体端部注塑成型完整的探头体。由于特殊凹型环形结构的设计，使其精密的配合于头部体“O”型圈，这种设计能够使壳体尾部渗入油污的现象很好地避免。

三、电涡流传感器的行业现状及应用前景

Bently 这一品牌垄断了世界中的冶金、化工以及石油行业，且长达七十多年的时间，据近年权威资料统计显示，在全球范围内的上述三大行业内，其余国外品牌累计也不及全球总需量的15%份额。通过对这些国家的电涡流传感器多次温度漂移测试及系统的长时间稳定性、可靠性测试，分析测试数据得出Bently 产品为最好。上述其余几家国外品牌（含德国epro）产品与Bently 产品在探头、前置器方面的温度漂移及系统的长时间稳定性、可靠性方面差距还比较大，主要是因为它们的探头线圈材料仍然是采用的铜材料制作。Bently 产品之所以能在全球处于长期垄断地位，确是因为它的品质所在。其探头线圈材料的特殊性、探头制作工艺的特殊性、接头工艺等，这一系列环节是决定和保证它产品品质稳定可靠的关键所在，而近些年部分国产电涡流传感器已经可以做到与bently 无缝衔接及互相替换，互换后线性误差及灵敏度误差优于0.5%。

国家能源局联合工信部在三年前已经把“大型旋转机械状态监测保护成套装置装备技术系统国产化”作为一项课题任务。中石化在北京总部也设立了“状态监测保护装置系统国产化办公室”。这类传感器及监测保护仪表装置先进装备技术，中国经过近30年的自主创新，一些先进装备技术已经积累了经验，已经从材料、技术工艺等方面得到完全技术突破，完全能自主独立生产出达到国际先进水平、质量安全稳定可靠的产品。电涡流传感器国产化能避免被发达国家控制中国发展自己的先进技术；能控制国外产品垄断价格，降低企业维护成本；能缩短备件供货时间，减少进口备件产品的长时间库存存货。