0 引言

在大型轉(zhuǎn)動機(jī)械的轉(zhuǎn)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(shù)方案。測速齒 輪常隨轉(zhuǎn)動設(shè)備一同供貨，更換測速齒輪存在價(jià)格昂貴、 定制周期長等問題。此外，部分測速齒輪通過轉(zhuǎn)動機(jī)械的 轉(zhuǎn)子軸頭銑得，無法更換且修復(fù)困難。

1 現(xiàn)存問題描述

在國內(nèi)某大型轉(zhuǎn)機(jī)的測速環(huán)節(jié)中，選擇霍爾式傳感器 搭配測速齒輪的技術(shù)方案，如圖 1 所示。由于測速齒輪損 傷，測速結(jié)果出現(xiàn)大幅波動，測試結(jié)果如圖 2 所示。

2 離線試驗(yàn)

由試驗(yàn)及現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，電渦流探頭在試件損傷的情 況下測速結(jié)果較好。將試件安裝至轉(zhuǎn)速校驗(yàn) 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(wǎng)連接至調(diào)試筆記本，實(shí) 時(shí)監(jiān)測實(shí)測轉(zhuǎn)速。通過調(diào)試筆記本的轉(zhuǎn)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(yàn)臺轉(zhuǎn)速 以及不同探頭類型對測速結(jié)果的影響。由于電渦流探頭測速結(jié)果良好，為對比分析，將電渦 流探頭和霍爾探頭同時(shí)接進(jìn)轉(zhuǎn)速測量裝置進(jìn)行試驗(yàn),當(dāng)?shù)娃D(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速測量裝置無法檢測 MPU 的有效信號， 故轉(zhuǎn)速恒為 0RPM ；當(dāng)轉(zhuǎn)速升至 1500RPM 時(shí)，轉(zhuǎn)速測量裝 置可以檢測 MPU 的有效信號， 但轉(zhuǎn)速波動較大。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn) 速為 1500RPM 時(shí)，測速結(jié)果偏差約為 ±80RPM。隨著轉(zhuǎn) 速的升高，測速誤差逐漸減小。至 3000RPM 時(shí)，測速誤差 約為 ±5RPM。

3 原因分析

MPU 的測量原理為磁 / 電感應(yīng)，即當(dāng)穿過線圈的磁通 變化時(shí)，線圈會感應(yīng)出電壓，且磁通變化越快，感應(yīng)電壓 越大。由于磁通的變化率可通過轉(zhuǎn)速體現(xiàn)，故轉(zhuǎn)速越快， 輸出電壓越大。轉(zhuǎn)速測量裝置中 MPU 測速通道的有效電壓為 1Vrms ～ 35Vrms。當(dāng)?shù)娃D(zhuǎn)速時(shí)，由于磁通變化率小，感應(yīng)電壓較 低，故轉(zhuǎn)速測量裝置無 MPU 的測量轉(zhuǎn)速；隨著實(shí)際轉(zhuǎn)速的 逐漸升高，感應(yīng)電壓逐漸增大，當(dāng)某一齒對應(yīng)的感應(yīng)電壓 超過最低值時(shí)，轉(zhuǎn)速測量裝置的 MPU 監(jiān)測通道能夠測量到 轉(zhuǎn)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(dāng)探頭軸線和凹面垂直時(shí)磁通最小，且此時(shí)磁通 變化率為 0。由于試件逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故在此過程中磁通量 先減小后增大，對應(yīng)感應(yīng)電動勢由負(fù)值變?yōu)檎担瑥亩?成正常過零現(xiàn)象，由于霍爾探頭的輸出波形為邊緣陡峭的頻率信號，故 轉(zhuǎn)速測量裝置中的閾值調(diào)整方法無法完成有效的波形預(yù)處 理功能，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)速測量裝置測量結(jié)果波動。前置器通過其內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生高頻電流，通 過延長電纜送至探頭線圈。由于電磁感應(yīng)，線圈產(chǎn)生交變 磁場并作用于被測體。由于渦流效應(yīng)，被測體上感應(yīng)出交 變渦流。交變渦流感應(yīng)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(jiān)測該幅值和相位變化，經(jīng) 放大器等運(yùn)算電路得到反映探頭與被測體距離的電壓信號。

4 結(jié)論

電渦流探頭為位移測量傳感器，其輸出信號為連續(xù)電 壓信號。其輸出信號經(jīng)轉(zhuǎn)速測量裝置的預(yù)處理環(huán)節(jié)后，能 夠輸出規(guī)整的波形，消除試件缺陷的影響，進(jìn)而獲得良好 的測速效果。電渦流探頭的缺點(diǎn)為元件數(shù)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(qiáng)，輸出信號穩(wěn)定。此外，該有源探頭 的測量過程不受轉(zhuǎn)速影響，能夠?qū)崿F(xiàn)全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的高精 度轉(zhuǎn)速波形拾取。



 

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