电涡流传感器

040451班AI203◆简介◆传感器原理●产生原理●输出特性●组成结构●工作原理◆电涡流传感器的应用◆电涡流传感器的分类◆电涡流传感器的优缺点◆电涡流传感器的性能提高简介●电涡流传感器定义电涡流传感器是静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离的传感器它是一种非接触的线性化计量工具。●电涡流传感器的用途电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。在高速旋转机械和往复式运动机械的状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。在所有与机械状态有关的故障征兆中，机械振动测量是最具权威性的，这是因为它同时含有幅值、相位和频率的信息。机械振动测量占有优势的另一个原因是：它能反应出机械所有的损坏，并易于测量。从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运动状态，主要取决于其核心—转轴，而电涡流传感器，能直接非接触测量转轴的状态，对诸如转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的早期判定，可提供关键的信息。电涡流传感器原理●产生原理当通邮一定交变电流I(频率为F)的电感线圈L靠近金属物体时,在金属周围产生交变磁场,在金属表面将产生电涡流I1,根据电磁感应理论电涡流也将形成一个方向相反的次行。次电涡流的闭合流线的圆心同线圈的金属板上的投影圆心重合.电涡流传感器是通过传感器端部线圈与被测物体（导电体）间的间隙变化来测物体的振动相对位移量和静位移的，它与被测物之间没有直接的机械接触，具有很宽的使用频率范围（从0～10Hz）。电涡流传感器的变换原理简要介绍如下：在传感器的端部有一线圈，线圈通以频率较高（一般为1MHz～2MHz）的交变电压（见图1-1），当线圈平面靠近某一导体面时，由于线圈磁通链穿过导体，使导体的表面层感应出一涡流ie，而ie所形成的磁通链又穿过原线圈，这样原线圈与涡流“线圈”形成了有一定耦合的互感，最终原线圈反馈一等效电感。而耦合系数的大小又与二者之间的距离及导体的材料有关，当材料给定时，耦合系数K1与距离d有关，K=K1（d），当距离d增加，耦合减弱，K值减小，使等效电感增加，因此，测定等效电感的变化，也就间接测定d的变化。●电涡流传感器的输出特性电涡流传感器的输出特性可用位移-电压曲线示，如图示。图示的横坐标表示位移的变化，纵坐标代表前置器输出电压的变化。理想位移-电压曲线是斜率恒定直线，直线的a-c段为线性区，即有效测量段。b点为传感器线性中点。bac●传感器的结构与组成电涡流传感器系统由传感器探头与壳体、前置器、电缆和接头三部分组成。⑴传感器探头与壳体传感器头部是传感器感受被测信号的部分，它由绕在非金属骨架上的矩形截面线圈组成，传感器壳体用于固定传感器头部，并作为测试时的装夹结构，一般用不锈钢制成，上面加工成标准螺纹并备有螺母。⑵前置器前置器是一个能屏蔽外界干扰信号的金属盒子，内装有全部测量电路，并用环氧树脂灌封。外壳上有三个端子分别为电源、公共端和输出端，一个接头与电缆相连。⑶延长电缆延长电缆为耐高温射频电缆，其两端的接头是传感器探头与前置器相连接而设的。电缆长度为5M或9M。●传感器的工作原理电涡流效应与被测金属间的距离及电导率、磁导率、线圈的几何形状、几何尺寸，电流频率等参数有关．通过电路可将被测金属相对于传感器探头之间的距离变化转换成电压或电流变化．电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移，振动等参数的测量。测量电路原理见图1。电涡流传感器的应用电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位。对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护。一、轴向位移测量对于许多旋转机械，包括蒸汽轮机、燃汽轮机、水轮机、离心式和轴流式压缩机、离心泵等，轴向位移是一个十分重要的信号，过大的轴向位移将会引起过大的机构损坏。轴向位移的测量，可以指示旋转部件与固定部件之间的轴向间隙或相对瞬时的位移变化，用以防止机器的破坏。轴向位移是指机器内部转子沿轴心方向，相对于止推轴承二者之间的间隙而言。有些机械故障，也可通过轴向位移的探测，进行判别：●止推轴承的磨损与失效●平衡活塞的磨损与失效●止推法兰的松动●联轴节的锁住等。轴向位移（轴向间隙）的测量，经常与轴向振动弄混。轴向振动是指传感器探头表面与被测体，沿轴向之间距离的快速变动，这是一种轴的振动，用峰峰值表示。它与平均间隙无关。有些以导致以导致轴向振动。例如压缩机的踹振和不对中即是。二、振动测量测量径向振动，可以由它看到轴承的工作状态，还可以看到转子的不平衡，不对中等机械故障。可以提供对于下列关键或基础机械进行机械状态监测所需要的信息：·工业透平，蒸汽/燃汽·压缩机，空气/特殊用途气体，径向/轴向·膨胀机·动力发电透平，蒸汽/燃汽/水利·电动马达·发电机·励磁机·齿轮箱·泵·风扇·鼓风机·往复式机械振动测量同样可以用于对一般性的小型机械进行连续监测。可为如下各种机械故障的早期判别提供了重要信息。·轴的同步振动·油膜失稳·转子摩擦·部件松动·轴承套筒松动·压缩机踹振·滚动部件轴承失效·径向预载，内部/外部包括不对中·轴承巴氏合金磨损·轴承间隙过大，径向/轴向·平衡（阻气）活塞磨损/失效·联轴器“锁死”·轴弯曲·轴裂纹·电动马达空气间隙不匀·齿轮咬合问题·透平叶片通道共振·叶轮通过现象三、偏心测量偏心是在低转速的情况下，对轴弯曲程度的测量，这种弯曲可由下列情况引起：·原有的机械弯曲·临时温升导致的弯曲·在静止状态下，必然有些向下弯曲，有时也叫重力弯曲。偏心的测量，对于评价旋转机械全面的机械状态，是非常重要的。特别是对于装有透平监测仪表系统（TSI）的汽轮机，在启动或停机过程中，偏心测量已成为不可少的测量项目。它使你能看到由于受热或重力所引起的轴弯曲的幅度。转子的偏心位置，也叫轴的径向位置，它经常用来指示轴承的磨损，以及加载荷的大小。如由不对中导致的那种情况，它同时也用来决定轴的方位角，方位角可以说明转子是否稳定。四、胀差测量对于汽轮发电机组来说，在其启动和停机时，由于金属材料的不同，热膨胀系数的不同，以及散热的不同，轴的热膨胀可能超过壳体膨胀；有可能导致透平机的旋转部件和静止部件（如机壳、喷嘴、台座等）的相互接触，导致机器的破坏。因此胀差的测量是非常重要的。五、转速测量对于所有旋转机械而言，都需要监测旋转机械轴的转速，转速是衡量机器正常运转的一个重要指标。而电涡流传感器测量转速的优越性是其它任何传感器测量没法比的，它既能响应零转速，也能响应高转速，抗干扰性能也非常强。电涡流传感器的典型应用图例图2—1传感器的典型应用实例滚动轴承、电机换向器整流片动态监控对使用滚动轴承的机器预测性维修很重要。探头安装在轴承外壳中，以便观察轴承外环。由于滚动元件在轴承旋转时，滚动元件与轴承有缺陷的地方相碰撞时，外环会产生微小变形。监测系统可以监测到这种变形信号。当信号变形时意味着发生了轴承故障，如滚动元件的裂纹缺陷或者轴承环的缺陷等。还可以测量轴承内环运行状态，经过运算可以测量轴承打滑度。电涡流传感器的分类电涡流传感器是基于涡流效应的原理制成的非接触式位移传感器。该传感器由探头、加长电缆、前置器组成一套用来测量旋转机械轴的各种运行状态参数；如轴的径向振动、轴向位移转速、偏心、差胀等。本系列传感器与美国本特利公司7200系列产品和西德申克公司SD-081、082产品在规格尺寸技术性能上基本相同，可以替换使用。8500系列电涡流位移传感器名称φ8探头前置器φ11探头前置器φ25探头前置器型号85811-01-85745-01(4米)85811-01-85745-01A(8米)85811-02-85745-02(4米)85811-02-85745-02A(8米)85811-03-85745-03(4米)85811-03-85745-03A(8米)量程1.5,2(mm)4(mm)10(mm)灵敏度8(mv/μm)4(mv/μm)0.8(mv/μm)分辨率1(μm)3(μm)10(μm)频率范围0～4000(Hz)0～4000(Hz)0～4000(Hz)线性度(%)1.521.5工作温度-30～+120/-30～+70(℃)-30～+120/-30～+70(℃)-30～+120/-30～+70(℃)温漂%℃0.10.20.2相当美国720022810-18745-0322810-18745-0426179-19049-0126180-19049-0227890-24654-0127891-24654-02相当西德申克SD-052,081,053SDN-082-8DO-2型电涡流传感器DO-2型电涡流传感器是由DO型前置放大器和电涡流探头组合构成，它是一种趋近式传感系统。由于其长期工作可靠性好，灵敏度高，抗干扰能力强，采用非接触测量，响应速度快，耐高温，能在油、汽、水等恶劣环境下长期连续工作,检测不受油污、蒸汽等介质的影响，已广泛应用于电力、石化、冶金、钢铁、航空航天等大中型企业，对各种旋转机械的轴位移、振动、转速、胀差、偏心、油膜厚度等进行在线监测和安全保护，为精密诊断系统提供了全息动态特性，有效地对设备进行保护。电涡流位移传感器系统主要包括探头、延伸电缆（可选）、前置器和附件。线性范围宽、动态响应好、抗干扰能力强。电涡流传感器是以高频电涡流效应为原理的非接触式位移传感器。前置器内产生的高频电流从振荡器流入探头线圈中，线圈就产生了一个高频电磁场。当被测金属的表面靠近该线圈时，由于高频电磁场的作用，在金属表面产生感应电流，即电涡流。该电流产生一个交变磁场，方向与线圈磁场相反，这二个磁场相互迭加就改变了原线圈的阻抗。所以探头与被测金属表面距离的变化可通过探头线圈阻抗的变化来测量。前置器根据探头线圈阻抗的变化输出一个与距离成正比的直流电压。中泰公司生产的系列探头头部直径有Ф3、Ф5、Ф8、Ф11、Ф14、Ф18、Ф25、Ф35、Ф36、Ф50、Ф60等规格，线性量程从0.5mm至50mm，与菲力浦、本特利产品兼容。温漂低于0.05%/℃，机械连接具有高强度、优良的抗拉、扭性能，高频同轴电缆及美观的金属铠装保护。前置器是一个电子信号处理器，它把由探头感应出来的探头端面与被测金属体的间距线性转化为电压或电流信号，送二次仪表或计算机系统。附加PPS工程塑料绝缘，安装方便。容错性设计：任意接线错误前置器不会损坏。电子线路深度负反馈技术，极高的工作稳定性。标准输出特性方程，保证了输出的一致性。可根据用户要求，具常温（0～70℃）和高温（-30℃～100℃）可选。KD系列的高温电涡流位移传感器使用温度：-196ºC～＋25ºC或+25ºC～＋538ºC有三种型号：KD-1925、KD-1950、KD-1975技术指标：KD-1925温漂：零位0.054/ºC,灵敏度0.054/ºC量程：1.27mm输出：0～2V；分辨率：0.76µm；重复性：0.67µm；线性度：±1.5％；频响：0～10KHZKD-1950温漂：零位0.036/ºC,灵敏度0.036/ºC量程：3.81mm输出：0～1.5V；分辨率：1.3µm；重复性：1.3µm；线性度：±1％；频响：0～10KHZKD-1975温漂：零位0.018/ºC,灵敏度0.018/ºC量程：5mm输出：0～2V；分辨率：2.5µm；重复性：2.5µm；线性度：±1％；频响：0～2.5KHZPCD100型一体化电涡流传感器工作原理：PCD100型一体化电涡流传感器采用先进的贴片工艺技术，将涡流探头、电缆、前置器微型集成化，并封装在标准的M14（φ8探头或φ11探头）带螺纹的探头体内。由于涡流测量回路的所有元件都封装在传感器探头内，无需高频同轴电缆及高频探头，提高了系统可靠性。同时也降低了传感器的安装费用。用途：PCD100型一体化涡流