CN115808439A - 一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法，包括步骤：1)传感器的安装：将汽轮机缸体热膨胀传感器安装在校准装置上；2)实施检测：通过校准装置测得汽轮机缸体热膨胀传感器的计量性能；3)检测结果及判定：根据缸胀传感器的技术指标要求按照相对应的计算公式得到被检传感器的各项误差；当汽轮机缸体热膨胀传感器对应检测项目在技术指标的最大允许误差范围内时，则该汽轮机缸体热膨胀传感器适合发电厂使用。本发明解决了传统利用百分表检测汽轮机缸体热膨胀传感器不精确的弊端，通过位移传感器校准装置搭配准确度等级更高的数字多用表等对汽轮机缸体热膨胀传感器的关键指标进行检测，提高了测量精度和检测效率。

Description

一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法

技术领域

本发明涉及一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法，适用于汽轮机缸体热膨胀传感器计量性能的检测与判定。

背景技术

在发电厂TSI系统中，监测汽轮机缸体热膨胀的量值是非常重要的检测指标。汽轮机缸体受热后会产生膨胀，缸体的机械尺寸会发生改变，其膨胀方向受汽缸滑销系统限制。如果汽缸膨胀不均可能引发缸体膨胀不畅、翘起、偏离中心等问题，严重时甚至引发转子与静子发生磨碰等重大恶性事故。因此，汽轮机缸体热膨胀测量值的准确与否，对缸体的膨胀状态至关重要，而测量缸体热膨胀所用传感器的计量准确性检测和评判则是关键环节。

由于受诸多客观条件限制，目前对缸胀传感器常见的检测方法是利用百分表、卡尺或标准量块在安装现场进行测量，但由于百分表和卡尺精度不够，使用量块检测时随着量程增大需要叠加多个量块，效率低且不易操作，此方法检测时仅能大概判断传感器铁芯的伸缩变化能否与TSI系统对应，并不能准确检测出缸胀传感器的计量性能。为了更好的对缸体热膨胀传感器的计量性能进行检测，本次提出一种检测方法，可以在电厂检修期间将缸胀传感器从工作现场拆卸下来送往实验室检测，利用专业仪器针对不同类型的缸胀传感器的计量性能进行判定。使用位移传感器校准装置对汽轮机缸体热膨胀传感器关键性指标进行有效检测，可发现每个汽轮机缸体热膨胀传感器相应指标是否存在误差过大问题，测量精度是否还适用于现场需要，从而对相应汽轮机缸体热膨胀传感器做出适用性的综合评价，进而保障缸胀测量的准确性。

发明内容

本发明的目的是为了应对发电厂汽轮机缸体热膨胀传感器检测不便和相应计量指标不明确带来的缸胀传感器无法溯源问题。本发明提供了一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法，从以前的就地检测转变为将缸胀传感器从现场取下送往实验室检测。目前，将常见的缸胀传感器按输出方式分为四类，分别是：直流电压式缸体热膨胀传感器、直流电流式缸体热膨胀传感器、交流电压式缸体热膨胀传感器和指针式缸体热膨胀传感器。针对不同类型的缸胀传感器相应地增加了灵敏度、线性度、回程误差、重复性、示值误差和零值误差等检测项目并分别规定了其误差范围。只有对汽轮机缸体热膨胀传感器各个指标进行判定，才能全面、客观的评价该传感器的测量准确性和可靠性，确保电厂相应监测系统正常投入运行。因此，提供了一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法，包括以下步骤：

1)传感器的固定与连接

将汽轮机缸体热膨胀传感器固定在位移校准装置上，并按说明书连接电源和数字多用表；

2)实施检测

通过位移校准装置对不同被校汽轮机缸体热膨胀传感器的不同量程，设定不同的步进长度，在满量程内选择不少于7个校准点，在相应测点测量得到汽轮机缸体热膨胀传感器相应的电压/电流值；

3)检测结果及判定

通过检测不同类型汽轮机缸体热胀传感器位移和电压/电流的对应关系，计算它们的灵敏度、线性度、回程误差、重复性、零位误差或示值误差并判断是否满足使用要求。

本发明进一步的改进在于，规定不同类型的汽轮机缸体热膨胀传感器所需检测的项目和性能指标，如下表所示：

汽轮机缸体膨胀热传感器的计量性能要求

按照缸胀传感器的技术指标要求，相应检测项目的误差结果在最大允许误差范围内时，说明被检的汽轮机缸体热膨胀传感器适合发电厂使用。

本发明进一步的改进在于，利用直线导轨和滚珠丝杠结构来步进位移，利用光栅测量系统测量位移，利用数字多用表记录传感器对应的电压或电流值。

本发明进一步的改进在于，汽轮机缸体热膨胀传感器包括直流电压式缸胀传感器、直流电流式缸胀传感器、交流电压式缸胀传感器和指针式缸胀传感器。

本发明进一步的改进在于，直流电压型缸胀传感器的灵敏度误差计算按公式(1)所示：

其中，δ_S1—汽轮机缸体热膨胀传感器灵敏度相对误差；

S₀—汽轮机缸体热膨胀传感器灵敏度出厂值；

S—汽轮机缸体热膨胀传感器灵敏度实际测量值。

本发明进一步的改进在于，限直流电压式缸胀传感器、直流电流式缸胀传感器和交流电压式缸胀传感器线性度的计算按公式(2)所示：

其中，δ_r—直流电压式缸胀传感器/直流电流式缸胀传感器/交流电压式缸胀传感器的线性度；

δ_max—直流电压式缸胀传感器/直流电流式缸胀传感器/交流电压式缸胀传感器输出值和其线性回归值之间的最大差值；

U_N—在上限时直流电压式缸胀传感器/直流电流式缸胀传感器/交流电压式缸胀传感器输出值。

本发明进一步的改进在于，回程误差计算按公式(3)所示：

其中，

δ_hi—传感器各校准点的回程误差δ_hi；

—第i个校准点3次上行程传感器输出值的算术平均值；

—第i个校准点3次下行程传感器输出值的算术平均值；

U_N—在上限时传感器输出值。

本发明进一步的改进在于，限直流电压式缸胀传感器、直流电流式缸胀传感器和交流电压式缸胀传感器的重复性计算按公式(4)所示：

其中，δ_ri—限直流电压式缸胀传感器/直流电流式缸胀传感器/交流电压式缸胀传感器的重复性；

Δ_ri—第i个校准点的Δ_r值；

U_N—在上限时限直流电压式缸胀传感器/直流电流式缸胀传感器/交流电压式缸胀传感器输出值。

本发明进一步的改进在于，指针式缸胀传感器零位误差的计算按公式(5)所示：

其中，e₀—零位误差；

L₀—零位读数值；

L_N—指针式缸胀传感器满量程位移值。

本发明进一步的改进在于，指针式缸胀传感器的示值误差计算按公式(6)所示：

其中，e_Li—示值误差；

L_di—第i个校准点位移测量值；

L_i—第i个校准点位移设定值。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法，该方法是将汽轮机缸体热膨胀传感器从现场拆下来送往实验室，利用位移校准装置对缸胀传感器进行检测，通过检测不同类型缸胀传感器灵敏度、线性度、回程误差、重复性、零位误差或示值误差与其性能指标进行比较来判断被校汽轮机缸体热膨胀传感器是否满足使用要求。通过检测汽轮机缸体热膨胀传感器的这些参数可对汽轮机缸体热膨胀传感器的性能进行全面和准确的了解，同时也可为电厂在选择和使用缸胀传感器时提供一些的建议。

本发明通过对汽轮机缸体热膨胀传感器的关键指标进行检测，来评价该汽轮机缸体热膨胀传感器在电厂的适用性，以及测量精度和可靠性；进而能够验证电厂监测系统通道、报警、保护动作值的准确性，为机组安全运行提供保证。

附图说明

图1是本发明中检测直流电压式缸胀传感器和直流电流式缸胀传感器的安装示意图。

图2是本发明中检测交流电压式缸胀传感器的安装示意图。

图3是本发明中指针式缸胀传感器的局部示意图。

附图标记说明：

1-位移校准装置，2-直流电压式缸胀传感器/直流电流式缸胀传感器，3-数字多用表，4-直流稳压电源，5-铁芯，6-弹簧，7-挡板，8-光栅尺数显表，9-交流电压式缸胀传感器，10-信号发生器，11-指针式缸胀传感器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明提供的一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法，具体实施方法如下：

汽轮机缸体热膨胀传感器检测包括：安装传感器、连接接线回路、根据传感器类型选择相应供电电源类型和数字多用表测量档位(直流电压档、交流电压档或直流电流档)、给定标准位移、读取和记录数据、处理数据和对结果进行判定。最终达到目的：

(1)能够对不同类型的缸胀传感器进行检测；

(2)能够根据缸胀传感器的输出类型确定合适的检测项目；

(3)能够制订符合使用要求的评判标准，方便对缸胀传感器的性能做出评价；

(4)能够根据检测结果对缸胀传感器的适用性做出评价，为客户日后的使用和更换提供建议。

以下对发电厂汽轮机缸体热膨胀传感器检测方法的实施过程进行说明，检测过程一共三个步骤：

根据常见缸胀传感器的输出类型，将传感器的检测分为以下几种情况：

1、第一步：传感器的安装。

(1)直流电压式缸胀传感器/交流电压式缸胀传感器/直流电流式缸胀传感器的安装：将直流电压式缸胀传感器/直流电流式缸胀传感器2或交流电压式缸胀传感器9进行擦拭和清理，给配套的铁芯5装上弹簧6，将铁芯5插入直流电压式缸胀传感器/直流电流式缸胀传感器2或交流电压式缸胀传感器9内部的线圈中，弹簧6连同一部分铁芯5露在外面，将装有铁芯5的一侧对准挡板7，然后通过螺钉将直流电压式缸胀传感器/直流电流式缸胀传感器2或交流电压式缸胀传感器9固定在位移校准装置1的滑块上。

(2)指针式缸胀传感器的安装：将指针式缸胀传感器11进行擦拭和清理，将带有铁芯的一侧对准校准装置的挡板7，用螺钉将其固定在位移校准装置1的滑块上。

2、第二步：实施检测。

(1)直流电压式缸胀传感器的检测：用直流稳压电源4给直流电压式缸胀传感器供电，传感器的输出端接数字多用表3，并将其调至直流电压档；转动位移校准装置1的手轮，调节传感器位置，使铁芯5靠上挡板7，同时观察数字多用表3的电压变化情况，当电压显示变为0V时，将此时传感器所在的位置定为零点，光栅尺数显表8归零；将传感器按照量程均匀的取11个检测点，包括上下量程和线性零点，设定一个合理的步进长度，依次向靠近校准装置挡板7的方向和远离挡板7的方向测量，同时记录光栅尺数显表8所显示的位移值和数字多用表3的电压示值，此为1个循环，一共测三个循环。

(2)交流电压式缸胀传感器的检测：用信号发生器10给交流电压式缸胀传感器供电，传感器的输出端接数字多用表3，并将其调至交流电压档；转动位移校准装置1的手轮，调节传感器位置，使铁芯5靠上挡板7，同时观察数字多用表3的电压变化情况，当传感器的铁芯5刚插进线圈位置，同时数字多用表3的电压随着传感器位置移动而发生明显变化时，将此位置定为线性零点，同时将光栅尺数显表8归零；将传感器按照量程均匀的取11个检测点，包括量程上下限，定一个合理的步进长度，让传感器依次从一端向另一端行进，同时记录光栅尺数显表8的位移值和数字多用表3的电压示值，到达传感器的量程上限时，再反向检测一遍，此为1个循环，一共检测三个循环。

(3)直流电流式缸胀传感器的检测：用直流稳压电源4给传感器供电，传感器的输出端接数字多用表3，并将其调至直流电流档；转动位移校准装置1的手轮，调节传感器位置，使铁芯5靠上挡板7，同时观察数字多用表3的电流变化情况，当电流显示4mA左右(±1％)时，将此时传感器所在的位置定为线性零点，光栅尺数显表8归零；将传感器按照量程均匀的选取11个检测点，包括上下量程和线性零点，设定一个合理的步进长度，当传感器位置变化时，向电流增大的方向移动，同时记录光栅尺数显表8的位移值和数字多用表3的电流示值，到达量程上限时，再反向检测一遍，此为1个循环，一共测三个循环。

(4)指针式缸胀传感器的检测：转动位移校准装置1的手轮，使指针式缸胀传感器11上的指针置于0点位置，光栅尺数显表8归零，设置合理的步长，在传感器量程内均匀选取11个检测点，包括量程的上下限，记录每次步进的位移值和传感器指针指向的刻度值。

3、第三步：检测结果及结果判定。

针对不同类型的缸胀传感器的特点确定其检测项目，具体项目的判定方法表示如下：

①直流电压型缸胀传感器的灵敏度误差的判定：根据三个循环的测量结果，采用最小二乘法计算参比直线方程为：

其中，U₀—截距，

L_i—给定位移，

—传感器输出信号的回归值。

根据给定位移L_i和传感器相应的输出值U_i，按最小二乘法公式计算出S：

其中，S—直流电压型缸胀传感器的灵敏度，

n—测量次数(i＝1,2,3……n)；

—给定位移量平均值

—给定位移量相应输出的平均值

灵敏度偏差δ_S1计算如公式(1)所示：

其中，δ_S1—汽轮机缸体热膨胀传感器灵敏度相对误差；

S₀—汽轮机缸体热膨胀传感器灵敏度出厂值；

S—汽轮机缸体热膨胀传感器灵敏度实际测量值；

②直流电压型缸胀传感器、直流电流型缸胀传感器、交流电压型缸胀传感器的线性度的判定：选取包括上、下限值在内的三次上行程的校准点数据，将数据采用最小二乘法进行线性拟合，算出传感器输出值和其线性回归值之间的最大差值δ_max，线性度δ_r计算如公式(2)所示：

其中，δ_r—传感器的线性度；

δ_max—传感器输出值和其线性回归值之间的最大差值；

U_N—在上限时传感器输出值。

③回程误差的判定：传感器各校准点的回程误差δ_hi，取各校准点中回程差最大的点作为回程误差的测量结果，缸胀传感器的回程误差按照公式(3)计算。

其中，δ_hi—传感器各校准点的回程误差δ_hi；

—第i个校准点3次上行程传感器输出值的算术平均值；

—第i个校准点3次下行程传感器输出值的算术平均值；

U_N—在上限时传感器输出值。

④直流电压式缸胀传感器、直流电流式缸胀传感器和交流电压式缸胀传感器的重复性的判定：传感器重复性由3次循环中同一行程的同一校准点的3次测量的传感器输出值，得出相互间的最大差值Δ_r，重复性δ_ri按照公式(4)所示：

其中，δ_ri—传感器的重复性；

Δ_ri—第i个校准点的Δ_r值；

U_N—在上限时传感器输出值。

⑤指针式缸胀传感器的零位误差的判定：将传感器静止放置，用目力观察。零位误差应在示值误差校准前后各做一次，取两次最大的作为零位误差的测量结果，按照公式(5)计算零位误差e₀：

其中，e₀—零位误差；

L₀—零位读数值；

L_N—传感器满量程位移值。

⑥指针式缸胀传感器的示值误差的判定：在指针式缸胀传感器的测量范围内大致均匀分布取10个校准点(包括上、下限)，分别读出位移测量仪器给出的位移值L0和传感器的指示值Li，以上下两个行程为一个测量循环，共测量2个循环，通过公式(6)计算各校准点示值误差eLi，取各校准点中示值误差最大的作为示值误差的测量结果。

其中，eLi—示值误差；

L_di—第i个校准点位移测量值；

L_i—第i个校准点位移设定值。

表1汽轮机缸体热膨胀传感器的计量性能要求

按照汽轮机缸体热膨胀传感器的技术指标要求，相应检测项目的误差结果都在最大允许误差范围内时，说明被校准汽轮机缸体热膨胀传感器适合电厂使用。

本发明将传统检测方法，即在工作现场利用百分表定性的测量，变成送往实验室利用位移传感器校准装置配合准确度等级更高的数字多用表等精确地、定量地测量，本方法解决了汽轮机缸体热膨胀传感器校准不方便和不准确带来的烦恼。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)传感器的固定与连接

将汽轮机缸体热膨胀传感器(2)固定在位移校准装置(1)上，并按说明书连接电源(4)和数字多用表(3)；

2)实施检测

通过位移校准装置(1)对不同被校汽轮机缸体热膨胀传感器(2)的不同量程，设定不同的步进长度，在满量程内选择不少于7个校准点，在相应测点测量得到汽轮机缸体热膨胀传感器相应的电压/电流值；

3)检测结果及判定

通过检测不同类型汽轮机缸体热胀传感器位移和电压/电流的对应关系，计算它们的灵敏度、线性度、回程误差、重复性、零位误差或示值误差并判断是否满足使用要求。

2.根据权利要求1所述的一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法，其特征在于，规定不同类型的汽轮机缸体热膨胀传感器所需检测的项目和性能指标，如下表所示：

汽轮机缸体膨胀热传感器的计量性能要求

按照缸胀传感器的技术指标要求，相应检测项目的误差结果在最大允许误差范围内时，说明被检的汽轮机缸体热膨胀传感器适合发电厂使用。

3.根据权利要求1所述的一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法，其特征在于，利用直线导轨和滚珠丝杠结构来步进位移，利用光栅测量系统测量位移，利用数字多用表记录传感器对应的电压或电流值。

4.根根据权利要求1所述的一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法，其特征在于，汽轮机缸体热膨胀传感器包括直流电压式缸胀传感器、直流电流式缸胀传感器、交流电压式缸胀传感器和指针式缸胀传感器。

5.根根据权利要求4所述的一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法，其特征在于，直流电压型缸胀传感器的灵敏度误差计算按公式(1)所示：

其中，δ_S1—汽轮机缸体热膨胀传感器灵敏度相对误差；

S₀—汽轮机缸体热膨胀传感器灵敏度出厂值；

S—汽轮机缸体热膨胀传感器灵敏度实际测量值。

6.根根据权利要求4所述的一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法，其特征在于，限直流电压式缸胀传感器、直流电流式缸胀传感器和交流电压式缸胀传感器线性度的计算按公式(2)所示：

其中，δ_r—直流电压式缸胀传感器/直流电流式缸胀传感器/交流电压式缸胀传感器的线性度；

δ_max—直流电压式缸胀传感器/直流电流式缸胀传感器/交流电压式缸胀传感器输出值和其线性回归值之间的最大差值；

U_N—在上限时直流电压式缸胀传感器/直流电流式缸胀传感器/交流电压式缸胀传感器输出值。

7.根根据权利要求4所述的一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法，其特征在于，回程误差计算按公式(3)所示：

其中，

δ_hi—传感器各校准点的回程误差δ_hi；

—第i个校准点3次上行程传感器输出值的算术平均值；

—第i个校准点3次下行程传感器输出值的算术平均值；

U_N—在上限时传感器输出值。

8.根根据权利要求4所述的一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法，其特征在于，限直流电压式缸胀传感器、直流电流式缸胀传感器和交流电压式缸胀传感器的重复性计算按公式(4)所示：

其中，δ_ri—限直流电压式缸胀传感器/直流电流式缸胀传感器/交流电压式缸胀传感器的重复性；

Δ_ri—第i个校准点的Δ_r值；

U_N—在上限时限直流电压式缸胀传感器/直流电流式缸胀传感器/交流电压式缸胀传感器输出值。

9.根根据权利要求4所述的一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法，其特征在于，指针式缸胀传感器零位误差的计算按公式(5)所示：

其中，e₀—零位误差；

L₀—零位读数值；

L_N—指针式缸胀传感器满量程位移值。

10.根根据权利要求4所述的一种汽轮机缸体热膨胀传感器的检测方法，其特征在于，指针式缸胀传感器的示值误差计算按公式(6)所示：

其中，e_Li—示值误差；

L_di—第i个校准点位移测量值；

L_i—第i个校准点位移设定值。

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