TSI的基本测量原理.doc

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1、TSI的基本测量原理汽轮机监视保护仪表（TSI）特指汽轮发电机组的振动、轴向位移、胀差、转速、零转速、偏心键相、汽缸膨胀、油动机行程、阀位开度等热工参数监控仪表的总称，它包括传感器和监视器（二次表）两部分，如图1所示。这些参数有别于一般的热工参数，它们对汽轮发电机组的安全运行特别重要，所以发电厂把这几个参数单独放在一起，组成一个系统，称做为汽轮机监视保护仪表（TSI）系统，并由专门的班组来进行维护和管理。下面将主要介绍这些TSI参数的测量原理与实际测量方法。图1汽轮发电机监视保护仪表安装配置示意图一、传感器TSI参数的测量主要依靠各种传感器，在汽轮发电机组上使用较多的传感器

2、主要有：涡流式位移传感器、磁电式速度传感器、压电式加速度传感器、磁阻式速度传感器和线性可变差动变压式传感器。现将各种传感器的工作原理及其结构特点分别说明如下。1-1涡流式位移传感器在TSI系统中，大量地使用了涡流式位移传感器，它可以用于振动、轴向位移、胀差、转速、零转速、偏心、键相等参数的测量，在行业中有人甚至称汽轮机监视保护仪表为涡流式保护仪表，可见这类传感器在TSI仪表中的中重要性。而且涡流式位移传感器的技术难度最大与国际上的差距也最大。涡流式位移传感器的原理如图1-1所示。如果有一个很高的频率（一般取1MHz）的电流从振荡器流入传感器线圈中，那么传感器线圈就产生一个高

3、频率振荡磁场，如果有一片金属接近这个磁场，那么在此金属的表面就会产生电涡流。电涡流的强度是随着传感器线圈与金属之间的距离的变化而变化的，这是因为这个距离影响了传感器线圈的阻抗，所以可以用测量阻抗的方法来实现距离的测量。涡流式位移传感器输出一个与距离成单值函数的直流电压信号。图1-1涡流式位移传感器1-2磁电式速度传感器如果有一导体作切割磁力线的运动，它会产生一个与它运动速度成比列的电动势，磁电式速度传感器就是按这个原理工作的。在图1-2-1中，弹簧片、线圈骨架和线圈组成了一个惯性质量系统。如果其固有频率很低（一般为10到20Hz），那么当机组的振动频率在这个惯性质量系统的固

4、有频率之上时，线圈相对于大地是静止得，而传感器是刚性地固定在机壳上，所以磁铁与机组的振动是完全一样的，这样就相当于磁铁在线圈内运动，因而在线圈内产生与振动信号成比例的电压信号。然而，当机组振动的频率在这个惯性质量系统的固有频率附近时，线圈输出一个过渡过程的电压信号，如图1-2-2所示的a曲线，是由该图内b曲线所示的由阻尼电阻和阻尼线圈所决定的特性来控制的曲线。但是在低频率时其相位特性变得很差。一般它的频率响应范围是10到1500Hz。图1-2-1磁电式速度传感器的结构图1-2-2磁电式速度传感器在低频区的特性1-3压电式加速度传感器如果有一个外界的力作用在石英晶体或罗谢尔盐

5、晶体（Rochelle）上，就会有一个与外界力成正比的电荷产生。这种现象就称之为压电效应，而晶体就称之为压电元件。如图1-3所示，如果有一个带有电极的压电元件的低端固定在壳体上，而其高端加一重块，发生振动时则元件就会反复向下压缩和向上拉伸，产生一个与振动加速度成正比的电荷。压电式加速度传感器就是利用该原理制成的。电荷产生在两个电极之间并且要用一根低噪声的电缆和一个电荷放大器，但是这种形式的传感器是很容易被从电缆中来的噪声所影响。因此在工业上应用一般就采用一个带有电荷放大器的双线制系统，用恒流源供电给传感器输出一个电压值，其一般频率响应范围为2Hz到10KHz.图1-3压电式

6、加速度传感器的工作原理压电式速度传感器的工作原理实际上和压电式加速度传感器相同，只不过它多了一个装在内部的积分电路将输入信号转变成与运动速度成正比的电压信号。此外内部的积分电路甚至还在低频区能除去外界的噪声干扰，并产生一个无噪声干扰的信号。常见的压电式加速度传感器有CA-700系列，压电式速度传感器有CV-86等等。1-4磁阻式速度传感器如图1-4所示，在传感器内有一个永久性磁铁，在其周围形成一个磁场，当被检测齿轮旋转时，切割磁力线，这样检测线圈就产生感应电动势E。其数值E=BLV式中：B——磁场强度L——检测线圈长度V——被测齿轮盘转速图1-4磁阻式速度传感器的工作原理示

7、意图对于某一成品的传感器而言，B，L为常数，输出电动势与被测量齿轮盘的转速有关，而且E是一个交变信号，其输出频率与旋转机械的转速成正比，所以只要测出传感器的输出信号频率就可以测量出旋转机械的机器转速。1-5线性可变差动变压式传感器（LVDT）如图1-5-1所示，当一个铁芯在螺杆型的线圈内移动时，A与B之间的阻抗和B与C之间的阻抗产生变化。当A和C之间供给恒定的电压时，由于这些阻抗的变化是与铁芯的移动位置成比例，即电压与铁芯的移动成比例，这样就会在VAB和VBC之间发生变化，见图1-5-2。图1-5-1LSLVDT的