转子微扬度测量仪的研制

　　0　引言

　　在大型机电工程安装调试中,经常需要对工程机械或机架装置进行调平校准,并且要对施工质量进行检测。这时遇到最多的问题就是水平与倾斜的测量,如汽轮机组转子扬度(微倾斜度)的调整是安装调试检修中的一项重要工作。由于测量精度要求非常高,当前所采用的水平检测手段方法有一些局限性,个人主观经验起着重要作用。设计一种高精度便携倾角测量仪,用以代替基于水泡的各种水平尺等简陋工具,既可以安装到这些施工机械上用于自动调平,又可以作为对施工质量进行检测的仪表,本文阐述了一种分辨率为2″,适用于汽轮发电机转子扬度测量的微倾角测量仪的研制。

　　1　精度要求分析以及传感器的选择

　　当前电力机电安装工程中,如汽轮机转子扬度、水轮机安装的水平度要求都在0. 02mm/m以上,换算成绝对角度为0.001 4°,即4.12″。这样的分辨率要求非常高,因此,就对传感器的选择及测量电路设计提出了更高的要求。

　　测量倾角的传感器种类繁多,按照其工作原理主要可以分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”式和“力加速度计”式四种倾角传感器。对于固体摆式倾角传感器的研究已经比较成熟,且应用广泛,但其易受外界干扰,如机械振动冲击;而液体摆式倾角传感器具有灵敏度高、耐腐蚀、耐潮湿等特点,但温度变化会影响其工作特性;气体摆式倾角传感器结构简单、抗振动和抗冲击能力强,但其受环境温影响较大、测试精度不高;基于表面微电子机械的加速度计原理的倾角,具有极低的功耗和噪声、体积小、重量轻,但精度较低,而且对温度变化敏感。SX-003D-NULL型倾角传感器是一种液摆式电解质倾角传感器,测量范围为-15°~+15°,分辨率为0. 5″,重复精度为0. 000 3°,时间常数为0.5 s。

　　2　传感器的工作特性

　　电解质型倾角传感器如图1所示,单轴倾角传感器有三个引脚,电解质传感器在小瓶中。当传感器微微倾斜,电解质液体流动;当传感器倾斜,在重力的作用下,电解质液体表面保持水平。电解质液体是导电的,电导率在两个电极间与电极浸入电解质液体的深度成比例。其工作原理如图1所示,R1、R2两个电极间的电阻大于R2、R3两个电极之间的电阻,电阻与倾角成比例变化,传感器类似一个分压计。

　　传感器的电解质单元功能类似于一个铅酸电池,但它不是把化学能转换成电能。直流电流将引起电极在电解质液体中产生化学反应,带正电荷的离子会向阴极迁移,它们结合后会产生逸出电子,从而损失一些电荷。同样,负离子在电解质液体中迁移会产生逸出质子,损失部分电荷。从而使电解质液体失去导电特性,为了保证电解质正常工作,传感器必须使用交流激励电流,交流激励电源的频率以及对称度取决于电解质液体的化学特性和电极合成物的特性。频率一般在1 000~4 000Hz之间。