涡流探伤的磁饱和工作原理

2024-04-17

涡流探伤的磁饱和工作原理（共2篇）

篇1：涡流探伤的磁饱和工作原理

涡流探伤的磁饱和工作原理

涡流检测适用于导电材料探伤，常见的金属材料可分为两大类：非铁磁性材料和铁磁性材料。后者为铜、铝、钛及其合金和奥氏体不锈钢；前者为钢、铁及其合金。它们的本质差别是材质磁导率μ约为1或远大于1。

在发电厂，除復水器等少量管道使用铜、钛、奥氏体不锈钢非铁磁性材料外，大量管道都采用钢管等铁磁性材料，典型的应用有省煤器、水冷壁等。常规涡流探伤应用于非铁磁性管子，已是非常成熟的技术，它不单能探测出缺陷，并可以利用阻抗平面技术分析出缺陷所在的位置与深度。然而，将它简单地应用于铁磁性材料的钢管，却得不到预期的结果，其原因何在？

这是由于铁磁性材料μ>>1，根据涡流标准渗透公式：δ＝503.3／√fμrσ 可知在这种情况下，涡流只能集中在表面，无法渗透到材料的内部。除此以外，铁磁性材料的磁畴结构，将对涡流检测信号产生极大的干扰，足以把缺陷信号完全淹没，而无法得到有用的信息。

克服铁磁性金属磁导率对探伤影响的方法有两种：其一，采用远场涡流检测方法；其二，对钢管进行饱和磁化后再探伤。前一种方法需要更新仪器，后一种方法只需在原有常规仪器的基础上增加磁饱和装置即可对钢管等进行探伤，具有投资少的优点。经过磁饱和处理后的铁磁性材料可以以非铁磁材料对待。通常钢管涡流探伤采用通过式磁饱和器。它是由通有直流电的线圈来产生稳恒强磁场，并借助于导套等高导磁部件将磁场疏导到被检测钢管的探伤部位，使之达到磁饱和状态。为了充分利用线圈产生的磁场，装置一般都有由铁磁性材料（如纯铁）制作的外壳。由于纯铁的μ值很大，磁阻很小，泄漏在空间中的磁力线会被铁壳收集，也被疏导到钢管的检测部位。由于强大的磁化电流通过磁饱和器线圈，会使线圈发热，因此要有良好导热措施，以防线圈烧毁。磁饱和装置除了用来产生强大的直流磁场外，检测线圈也常常用它来夹持，所以磁饱和装置的结构与检测线圈的外形有着密切关系。在穿过式涡流探伤中，磁饱和装置中的导套与检测线圈必须保持同心，否则会造成较大的周向灵敏度差，导致漏检和误检。

磁饱和涡流探伤方法应使检测线圈附近的磁通密度达到使钢管饱和磁化所需磁通密度的80％以上。为此，探伤前应根据钢管的材质和规格选择磁化电流。磁化电流的选择通常也是在通过对比试样的状态下进行。从理论上讲，选择前应首先计算出所检测钢管达到饱和磁化所需的磁通密度，然后按上述要求调整磁化电流，此种方法要进行繁琐的计算。在实际操作中，可采用简便的调整方法，即在往返通过对比试样中，随着逐步增大磁化电流的同时，观察仪器显示的噪声信号和人工缺陷信号的变化。当噪声信号最小，人工缺陷信号最大时，磁化电流即为基本合适。按一般规律，口径越大，壁厚越厚，材料磁特性越软，所需磁化电流就越大，反之则越小

EM系列磁饱和装置是专门设计用于流动场合的钢管涡流探伤。它由磁饱和器和磁化恒流电源构成。常规的磁饱和器由磁化线圈和铁构件组成，体积大且重量重，适合用在制造钢管的工厂固定场所使用，这种情况下，磁饱和装置无需移动，体积和重量均不必考虑，因此可采用普通材料制作，以降低成本。而对发电厂、石化厂等使用钢管的用户，钢管涡流探伤通常是在流动现场，而不是在车间，为便于使用和移动，装置必须轻便、高效。对此专门设计了EM系列磁饱和装置，采用了合理的紧凑设计，高导磁率材料和精心加工，大大提高了装置的磁化效率，使重量仅为一般装置的40％，体积较少一半。除此之外，磁化电源选用稳压恒流电源，它能很好地避免电压变化或磁化线圈发热引起电阻变大而改变磁化电流的弊病。

篇2：涡流探伤的磁饱和工作原理

关键词：电涡流；传感器；探头；前置放大器

中图分类号： TP212.9 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-187-2

0 引言

在笔者所在单位大空分空气透平压缩机、天然气转化制甲醇合成气压缩机，低密度聚乙烯循环气压缩机等大型旋转机械上都使用本特利电涡流传感器来测量压缩机的轴的位移、振动及转速等，本文说明了电涡流传感器的构成及工作原理，介绍其在大型旋转机械设备监测中的应用、安装方法并总结常见故障。

1 本特利监测系统结构

1.1 本特利电涡流传感器的构成

电涡流传感器系统由三个部分组成，分别是传感器探头、延伸电缆、前置放大器。传感器探头内部含有一个线圈，探头的端部由聚苯撑硫（PPS）材料组成，线圈被厚实的封装到探头的端部，探头壳体材料为不锈钢，线圈与75欧姆宽带同轴电缆相连，同轴电缆中心是导体芯，有中心向外展开依次为绝缘层、内屏蔽层、外屏蔽层（网状屏蔽层）和外护套，内屏蔽层和线圈相连，外屏蔽层不和线圈相连，延伸电缆同样为同轴电缆，两端的接头分别与探头和前置放大器相连接。前置器是一种内部装有振荡电路和调制解调器测量电路的密闭金属盒，接收电涡流传感器和延伸电缆的信号，需要给前置器的电压VT端和公共端COM端输入-17.5VDC～

-26VDC的驱动电压。前置器的VOUT端为输出端。传感器系统的结构构成图如图1所示。

1.2 本特利监测系统结构组成

监测系统由电涡流传感器系统，3500监测模块组成，其中前置器接收由探头和延伸电缆传输的信号，并将其转换为3500监测模块接收的电压信号，通过内部逻辑运算，向各保护装置（DCS和SIS）送出模拟量和数字量信号。3500系统模块组件如图2所示。

1.3 电涡流传感器工作原理

电涡流传感器是一种相对式非接触传感器，前置器的振荡电路产生的高频振荡电流流入探头内部线圈，线圈中便会产生交变的磁场，当被测金属转轴靠近这一交变磁场，就会在转轴表面产生感应电流，同时，该感应电流也产生一方向与探头内部线圈方向相反的交变磁场，两个磁场相叠加，将改变线圈的阻抗。该线圈阻抗可近似看成是探头顶部到金属表面间隙的单值函数，即两者之间成正比例关系。当探头与被测金属物体表面间隙最小时，线圈阻抗最小，反之，线圈阻抗最大。通过前置器调制解调电路检测探头线圈的阻抗变化，再经放大电路将阻抗变化量变换放大，输出正比于探头与被测导体表面之间的距离的电压信号。

2 电涡流传感器探头的安装

在安装过程中应注意以下事项：①两探头之间的距离；②探头与安装面之间的间隙；③轴的最小直径应符合要求；④金属转轴表面应光滑无毛刺。

2.1 轴位移探头的安装间隙的锁定

机组的轴都有一个适当的允许的轴向窜量，机组运行时，当工艺条件或机组设备自身原因造成轴被推向一端时，轻则损坏推力瓦，重则损坏压缩机，造成事故，因此用轴位移的大小反映轴偏离中心的间隙量的大小。这里轴位移的零点（基准点）定在轴窜动量的中间位置。

位移探头安装前，应由设备专业人员把轴调到窜动量的中间位置。再安装探头，首先将探头在安装孔内旋到探头测量面与被测面大约1mm的距离（用塞尺测量），然后将探头，延伸电缆和前置器相连接，送上电源，用万用表测量前置放大器VOUT 和COM端之间的输出电压值，慢慢旋动探头，观察万用表输出，当输出电压调整到-9V即零点基准电压时旋紧探头锁紧螺母，固定探头。

备注：轴振动和转速电涡流探头的安装间隙的锁定方法参考轴位移探头间隙锁定方法。

2.2 延伸电缆的安装

延伸电缆作为连接探头和前置器的中间部分，是电涡流传感器的一个重要组成部分，所以延伸电缆的安装应可靠，使用过程中不易受损坏，当应用在高温环境时，优先选用铠装，大温度范围延伸电缆，探头与延伸电缆的连接处应锁紧，接头用热缩管或绝缘胶、四氟带等包裹好，这样可以避免接地并防止接头松动。在盘放延伸电缆时应避免盘放半径过小而折坏电缆线。一般要求延伸电缆盘放直径不得小于55mm。

注意：探头安装固定好后必须将在大盖之内的电缆布好线并固定，防止压缩机主轴在高速旋转时将电缆绝缘破坏，电缆出机壳的孔必须进行密封，以防止压缩机壳体内润滑油泄露，顺着延伸电缆进入到电缆连接金相接头和前置器接线箱内，而可能造成前置器的稳定性下降，延伸电缆的穿线管一般从前置器接线箱下部进入接线箱内。

2.3 前置器的安装

前置器是整个传感器系统的信号处理部分，前置器的安装环境要求比探头的安装环境要求更高，需将其安装在远离高温环境，周围应干燥，无腐蚀性气体，振动小的场合。前置器的安装有两种方式，它既可以采用导轨安装，也可以采用面板安装，两种形式的安装基板均具有电绝缘性，不需要独立的绝缘板，但在安装时需注意前置器壳体金属部分不要同前置器安装盒或大地再次连接，否则，可能导致不同地电位引起的电势差，对测量带来较大误差，允许在同一个盒内装有多个前置器，以降低安装成本。

3 常见故障及处理方法

压缩机振动，位移与转速的测量对于压缩机组的稳定运行至关重要，其常见的故障有以下几方面：

3.1 探头的安装质量引起的故障

当探头安装好后，探头锁紧螺母未完全紧固到位，导致探头测量值变化较大；延伸电缆中间接头松动，有油污或接触不良；前置器连接接头松动等原因都会引起测量值不准确。处理方法：重新紧固探头锁紧螺母；在切除联锁后将探头延伸电缆的中间接头的油污及杂质处理干净后重新连接中间接头并紧固。

3.2 系统故障

3.2.1 传感器系统故障

①传感器系统接线松动（前置器接线端子，3500系统卡件接线端子松动）。

处理方法：解除联锁，将接线端子紧固。

②延伸电缆破皮，线路屏蔽接地。

处理方法：查找破损处，用绝缘胶布将破损处包好，避免信号干扰。

③探头引起的故障。

处理方法：观察探头端面是否有磨损或碰撞的痕迹，用万用表测量探头本体电缆导体芯与接头锁扣的阻止，若不在规定范围内，则更换探头。注：本特利不同规格的电涡流传感器其探头阻值特性不同。