0 引言

在大型轉動機械的轉速測量工作中，測速探頭搭配測 速齒輪的測速方式是最常用、最成熟的技術方案。測速齒 輪常隨轉動設備一同供貨，更換測速齒輪存在價格昂貴、 定制周期長等問題。此外，部分測速齒輪通過轉動機械的 轉子軸頭銑得，無法更換且修復困難。

1 現存問題描述

在國內某大型轉機的測速環節中，選擇霍爾式傳感器 搭配測速齒輪的技術方案，如圖 1 所示。由于測速齒輪損 傷，測速結果出現大幅波動，測試結果如圖 2 所示。

2 離線試驗

由試驗及現場應用經驗，電渦流探頭在試件損傷的情 況下測速結果較好。將試件安裝至轉速校驗 臺上，安裝測速探頭，并將測速探頭分別接至測速裝置和 快速記錄儀；測速裝置通過以太網連接至調試筆記本，實 時監測實測轉速。通過調試筆記本的轉速曲線和快速記錄 儀的探頭波形記錄曲線，用以分析試件損傷、校驗臺轉速 以及不同探頭類型對測速結果的影響。由于電渦流探頭測速結果良好，為對比分析，將電渦 流探頭和霍爾探頭同時接進轉速測量裝置進行試驗,當低轉速時，轉速測量裝置無法檢測 MPU 的有效信號， 故轉速恒為 0RPM ；當轉速升至 1500RPM 時，轉速測量裝 置可以檢測 MPU 的有效信號， 但轉速波動較大。當實際轉 速為 1500RPM 時，測速結果偏差約為 ±80RPM。隨著轉 速的升高，測速誤差逐漸減小。至 3000RPM 時，測速誤差 約為 ±5RPM。

3 原因分析

MPU 的測量原理為磁 / 電感應，即當穿過線圈的磁通 變化時，線圈會感應出電壓，且磁通變化越快，感應電壓 越大。由于磁通的變化率可通過轉速體現，故轉速越快， 輸出電壓越大。轉速測量裝置中 MPU 測速通道的有效電壓為 1Vrms ～ 35Vrms。當低轉速時，由于磁通變化率小，感應電壓較 低，故轉速測量裝置無 MPU 的測量轉速；隨著實際轉速的 逐漸升高，感應電壓逐漸增大，當某一齒對應的感應電壓 超過最低值時，轉速測量裝置的 MPU 監測通道能夠測量到 轉速信號。MPU 處試件凹面的示意圖如圖 11A 所示。由于凹面為 平面， 故當探頭軸線和凹面垂直時磁通最小，且此時磁通 變化率為 0。由于試件逆時針旋轉，故在此過程中磁通量 先減小后增大，對應感應電動勢由負值變為正值，從而形 成正常過零現象，由于霍爾探頭的輸出波形為邊緣陡峭的頻率信號，故 轉速測量裝置中的閾值調整方法無法完成有效的波形預處 理功能，進而導致轉速測量裝置測量結果波動。前置器通過其內部振蕩器產生高頻電流，通 過延長電纜送至探頭線圈。由于電磁感應，線圈產生交變 磁場并作用于被測體。由于渦流效應，被測體上感應出交 變渦流。交變渦流感應出交變磁場，并反作用于探頭線圈， 引起線圈上交變電流的幅值和相位變化（變化程度受探頭與被測體距離影響）。檢測電路監測該幅值和相位變化，經 放大器等運算電路得到反映探頭與被測體距離的電壓信號。

4 結論

電渦流探頭為位移測量傳感器，其輸出信號為連續電 壓信號。其輸出信號經轉速測量裝置的預處理環節后，能 夠輸出規整的波形，消除試件缺陷的影響，進而獲得良好 的測速效果。電渦流探頭的缺點為元件數量多，單一元件損壞可能 影響整體測量功能，故障率較高。霍爾探頭以霍爾元件為核心，體積小、壽命長、靈敏 度高、抗干擾能力強，輸出信號穩定。此外，該有源探頭 的測量過程不受轉速影響，能夠實現全轉速范圍內的高精 度轉速波形拾取。



 

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