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Products一、電渦流傳感器的基本原理 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，此電流叫電渦流，以上現(xiàn)象稱(chēng)為電渦流效應(yīng)。而根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱(chēng)為電渦流式傳感器。
前置器中高頻振蕩電流通過(guò)延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。當(dāng)被測(cè)金屬體靠近這一磁場(chǎng)，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，與此同時(shí)該電渦流場(chǎng)也產(chǎn)生一個(gè)方向與頭部線圈方向相反的交變磁場(chǎng)，由于其反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變（線圈的有效阻抗），這一變化與金屬體磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項(xiàng)同性，則線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率б、磁導(dǎo)率ξ、尺寸因子τ、頭部體線圈與金屬導(dǎo)體表面的距離D、電流強(qiáng)度I和頻率ω參數(shù)來(lái)描述。則線圈特征阻抗可用Z=F（τ, ξ, б, D, I, ω）函數(shù)來(lái)表示。通常我們能做到控制τ, ξ, б, I, ω這幾個(gè)參數(shù)在一定范圍內(nèi)不變，則線圈的特征阻抗Z就成為距離D的單值函數(shù)，雖然它整個(gè)函數(shù)是一非線性的，其函數(shù)特征為“S”型曲線，但可以選取它近似為線性的一段。于此，通過(guò)前置器電子線路的處理，將線圈阻抗Z的變化，即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體的距離D的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。輸出信號(hào)的大小隨探頭到被測(cè)體表面之間的間距而變化，電渦流傳感器
就是根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬物體的位移、振動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量。
工作過(guò)程
當(dāng)被測(cè)金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時(shí)，探頭中線圈的Q值也發(fā)生變化，Q值的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個(gè)隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過(guò)檢波、濾波、線性補(bǔ)償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓（電流）變化，zui終完成機(jī)械位移（間隙）轉(zhuǎn)換成電壓（電流）。由上所述，電渦流傳感器工作系統(tǒng)中被測(cè)體可看作傳感器系統(tǒng)的一半，即一個(gè)電渦流位移傳感器的性能與被測(cè)體有關(guān)。電渦流傳感器工作原理如圖所示
按照電渦流在導(dǎo)體內(nèi)的貫穿情況，此傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類(lèi)，但從基本工作原理上來(lái)說(shuō)仍是相似的。電渦流式傳感器zui大的特點(diǎn)是能對(duì)位移、厚度、表面溫度、速度、 應(yīng)力、材料損傷等進(jìn)行非接觸式連續(xù)測(cè)量，另外還具有體積小，靈敏度高，頻率響應(yīng)寬等特點(diǎn)，應(yīng)用極其廣泛。
相關(guān)公司
北京拓普瑞晟測(cè)控技術(shù)有限公司自主研制的電渦流傳感器是基于渦流效應(yīng)的原理制成的非接觸式位移傳感器，是目前國(guó)內(nèi)技術(shù)指標(biāo)zui高的電渦流傳感器之一。該傳感器由探頭、加長(zhǎng)電纜、前置器組成，可用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸的各種運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)：如軸的徑向振動(dòng)、軸向位移轉(zhuǎn)速、偏心、差脹等。
編輯本段二、電渦流傳感器的典型應(yīng)用
電渦流傳感器系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、冶金等行業(yè)和一些科研單位。對(duì)汽輪機(jī)、水輪機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、空分機(jī)、齒輪箱、大型冷卻泵等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸的徑向振動(dòng)、軸向位移、鍵相器、軸轉(zhuǎn)速、脹差、偏心、以及轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究和零件尺寸檢驗(yàn)等進(jìn)行在線測(cè)量和保護(hù)。
脹差測(cè)量
斜坡式脹差測(cè)量
補(bǔ)償式脹差測(cè)量
雙斜面脹差測(cè)量
振動(dòng)測(cè)量
軸位移測(cè)量
軸心軌跡測(cè)量
差動(dòng)測(cè)量
動(dòng)力膨脹
轉(zhuǎn)子動(dòng)平徑向運(yùn)動(dòng)分析
轉(zhuǎn)速和相位差測(cè)試
轉(zhuǎn)速測(cè)量
表面不平整度測(cè)量
裂痕測(cè)量
非導(dǎo)電材料厚度測(cè)量
金屬元件合格檢測(cè)
軸承測(cè)量
換向片測(cè)量
1、相對(duì)振動(dòng)測(cè)量
測(cè)量徑向振動(dòng)，可以由它分析軸承的工作狀態(tài)，還可以看到分析轉(zhuǎn)子的不平衡，不對(duì)中等機(jī)械故障。電渦流傳感器系統(tǒng)可以提供對(duì)于下列關(guān)鍵或是基礎(chǔ)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)所需要的信息：
●工業(yè)透平，蒸汽/燃?xì)?●壓縮機(jī)，徑向/軸向
●膨脹機(jī) ●動(dòng)力發(fā)電透平，蒸汽/燃?xì)?水利
●發(fā)動(dòng)馬達(dá) ●發(fā)動(dòng)機(jī)
●勵(lì)磁機(jī) ●齒輪箱
●泵 ●風(fēng)箱
●鼓風(fēng)機(jī) ●往復(fù)式機(jī)械
（1）相對(duì)振動(dòng)測(cè)量（小型機(jī)械）
振動(dòng)測(cè)量同樣可以用于對(duì)一般性的小型機(jī)械進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。電渦流傳感器系統(tǒng)可為如下各種機(jī)械故障的早期判別提供重要信息：
●軸的同步振動(dòng) ●油膜失穩(wěn)
●轉(zhuǎn)子摩擦 ●部件松動(dòng)
●軸承套筒松動(dòng) ●壓縮機(jī)踹振
●滾動(dòng)部件軸承失效 ●徑向預(yù)載，內(nèi)部/外部包括不對(duì)中
●軸承巴氏合金磨損 ●軸承間隙過(guò)大，徑向/軸向
●平衡（阻氣）活塞 ●聯(lián)軸器“鎖死”磨損/失效
●軸裂紋 ●軸彎曲
●齒輪咬合問(wèn)題 ●電動(dòng)馬達(dá)空氣間隙不勻
●葉輪通過(guò)現(xiàn)象 ●透平葉片通道共振
?。?）偏心測(cè)量
偏心是在低轉(zhuǎn)速的情況下，電渦流傳感器系統(tǒng)可對(duì)軸彎曲的程度進(jìn)行測(cè)量，這些彎曲可由下列情況引起：
●原有的機(jī)械彎曲 ●臨時(shí)溫升導(dǎo)致的彎曲
●重力彎曲 ●外力造成的彎曲
偏心的測(cè)量，對(duì)于評(píng)價(jià)旋轉(zhuǎn)機(jī)械全面的機(jī)械狀態(tài)，是非常重要的。特別是對(duì)于裝有透平監(jiān)測(cè)儀表系統(tǒng)（TSI）的汽輪機(jī)，在啟動(dòng)或停機(jī)過(guò)程中，偏心測(cè)量已成為不可少的測(cè)量項(xiàng)目。它使你能看到由于受熱或重力所引起的軸彎曲的幅度。轉(zhuǎn)子的偏心位置，也叫軸的徑向位置，它經(jīng)常用來(lái)指示軸承的磨損，以及加載荷的大小。如由不對(duì)中導(dǎo)致的那種情況，它同時(shí)也用來(lái)決定軸的方位角，方位角可以說(shuō)明轉(zhuǎn)子是否穩(wěn)定。
?。?）脹差測(cè)量
對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，在其啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)，由于金屬材料的不同，熱膨脹系數(shù)的不同，以及散熱的不同，軸的熱膨脹可能超過(guò)殼體膨脹；有可能導(dǎo)致透平機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件（如機(jī)殼、噴嘴、臺(tái)座等）的相互接觸，導(dǎo)致機(jī)器的破壞。因此脹差的測(cè)量是非常重要的。
2、轉(zhuǎn)速測(cè)量
對(duì)于所有旋轉(zhuǎn)機(jī)械而言，都需要監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速是衡量機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)重要指標(biāo)。旋轉(zhuǎn)測(cè)量通常有以下幾種傳感器可選：電渦流轉(zhuǎn)速傳感器、無(wú)源磁電轉(zhuǎn)速傳感器、有源磁電轉(zhuǎn)速傳感器等。具有需要選擇那類(lèi)傳感器，則要根據(jù)轉(zhuǎn)速測(cè)量的要求轉(zhuǎn)速等，轉(zhuǎn)速發(fā)生裝置有以下幾種：用標(biāo)準(zhǔn)的漸開(kāi)的線齒數(shù)（M1～M5）作轉(zhuǎn)速發(fā)生信號(hào)，在轉(zhuǎn)軸上開(kāi)一鍵槽、在轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)軸上開(kāi)孔眼、在軸轉(zhuǎn)上凸鍵等轉(zhuǎn)速發(fā)生信號(hào)裝置。
無(wú)源磁電式傳感器是針對(duì)測(cè)齒輪而設(shè)計(jì)的發(fā)電型傳感器（無(wú)源），不適合測(cè)零轉(zhuǎn)速和較低轉(zhuǎn)速，因低頻時(shí)，幅值信號(hào)小，抗干擾能力差，它不需要供電。
有源磁電式傳感器采用了電源供電，輸出波形為矩形波，具有負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，適合測(cè)量 0.03HZ以上轉(zhuǎn)速信號(hào)。
而電渦流傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的*性是其它任何傳感器測(cè)量沒(méi)法比的，它既能響應(yīng)零轉(zhuǎn)速，也能響應(yīng)高轉(zhuǎn)速。對(duì)于被測(cè)體轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速發(fā)生裝置要求也很低，被測(cè)體齒輪數(shù)可以很小，被測(cè)體也可以是一個(gè)很小的孔眼，一個(gè)凸鍵，一個(gè)小的凹鍵。電渦流傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速，通常選用φ3mm、φ4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm的探頭。轉(zhuǎn)速測(cè)量頻響為0～10KHZ。電渦流傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速，傳感器輸出的信號(hào)幅值較高（在低速和高速整個(gè)范圍內(nèi)）抗干擾能力強(qiáng)。作轉(zhuǎn)速測(cè)量的電渦流傳感器有一體化和分體兩種。一體化電渦流轉(zhuǎn)速傳感器取消前置器放大器、安裝方便、適用于工作溫度在–20℃～100℃的環(huán)境下,帶前置器放大器的電渦流傳感器適合在–50℃～250℃的工作環(huán)境中。
3、滾動(dòng)軸承、電機(jī)換向器整流片動(dòng)態(tài)監(jiān)控
對(duì)使用滾動(dòng)軸承的機(jī)器預(yù)測(cè)性維修很重要。探頭安裝在軸承外殼中，以便觀察軸承外環(huán)。由于滾動(dòng)元件在軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)元件與軸承有缺陷的地方相碰撞時(shí)，外環(huán)會(huì)產(chǎn)生微小變形。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)到這種變形信號(hào)，當(dāng)信號(hào)變形時(shí)意味著發(fā)生了故障，如滾動(dòng)元件的裂紋缺陷或者軸承環(huán)的缺陷等，還可以測(cè)量軸承內(nèi)環(huán)運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算可以測(cè)量軸承打滑度。
電渦流傳感器及其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在汽輪機(jī)上的典型應(yīng)用：
編輯本段三、電渦流傳感器測(cè)量時(shí)的安裝要求
1、軸的徑向振動(dòng)測(cè)量
當(dāng)需要測(cè)量軸的徑向振動(dòng)時(shí)，要求軸的直徑大于探頭直徑的三倍以上。每個(gè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)同時(shí)安裝兩個(gè)傳感器探頭，兩個(gè)探頭應(yīng)分別安裝在軸承兩邊的同一平面上相隔90o±5o。由于軸承蓋一般是水平分割的，因此通常將兩個(gè)探頭分別安裝在垂直中心線每一側(cè)45o，從原動(dòng)機(jī)端看，分別定義為X探頭（水平方向）和Y探頭（垂直方向），X方向在垂直中心線的右側(cè)，Y方向在垂直中心線的左側(cè)。
軸的徑向振動(dòng)測(cè)量時(shí)探頭的安裝位置應(yīng)該盡量靠近軸承，如圖所示，否則由于軸的撓度，得到的值會(huì)有偏差。
軸的徑向振動(dòng)探頭安裝位置與軸承的zui大距離。軸的徑向振動(dòng)測(cè)量時(shí)探頭的安裝：
測(cè)量軸承直徑 zui大距離
0~76mm 25mm
76~510mm 76mm
大于520mm 160mm
探頭中心線應(yīng)與軸心線正交，探頭監(jiān)測(cè)的表面（正對(duì)探頭中心線的兩邊1.5倍探頭直徑寬度的軸的整個(gè)圓周面，如圖）應(yīng)無(wú)裂痕或其它任何不連續(xù)的表面現(xiàn)象（如鍵槽、凸凹不平、油孔等），且在這個(gè)范圍內(nèi)不能有噴鍍金屬或電鍍，其表面的粗糟度應(yīng)在0.4 um至0.8um之間。
2、軸的軸向位移測(cè)量
測(cè)量軸的軸向位移時(shí)，測(cè)量面應(yīng)該與軸是一個(gè)整體，這個(gè)測(cè)量面是以探頭的中心線為中心，寬度為1.5倍的探頭圓環(huán)。探頭安裝距離距止推法蘭盤(pán)不應(yīng)超過(guò)305mm，否則測(cè)量結(jié)果不僅包含軸向位移的變化，而且包含脹差在內(nèi)的變化，這樣測(cè)量的不是軸的真實(shí)位移值。
3、鍵相測(cè)量
鍵相測(cè)量就是通過(guò)在被測(cè)軸上設(shè)置一個(gè)凹槽或凸鍵，稱(chēng)鍵相標(biāo)記。當(dāng)這個(gè)凹槽或凸鍵轉(zhuǎn)到探頭位置時(shí)，相當(dāng)于探頭與被測(cè)面間距突變，傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，軸每轉(zhuǎn)一圈，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，產(chǎn)生的時(shí)刻表明了軸在每轉(zhuǎn)周期中的位置。因此通過(guò)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，可以測(cè)量軸的轉(zhuǎn)速；通過(guò)將脈沖與軸的振動(dòng)信號(hào)比較，可以確定振動(dòng)的相位角，用于軸的動(dòng)平衡分析以及設(shè)備的故障分析與診斷等方面。
凹槽或凸鍵要足夠大，以使產(chǎn)生的脈沖信號(hào)峰峰值不小于5V。一般若采用φ5、φ8探頭，則這一凹槽或凸鍵寬度應(yīng)大于7.6mm、深度或高度應(yīng)大于1.5mm（推薦采用2.5mm以上）、長(zhǎng)度應(yīng)大于0.2mm。凹槽或凸鍵應(yīng)平行于軸中心線，其長(zhǎng)度盡量長(zhǎng)，以防當(dāng)軸產(chǎn)生軸向竄動(dòng)時(shí)，探頭還能對(duì)著凹槽或凸鍵。為了避免由于軸相位移引起的探頭與被測(cè)面之間的間隙變化過(guò)大，應(yīng)將鍵相探頭安裝在軸的徑向，而不是軸向的位置。應(yīng)盡可能地將鍵相探頭安裝在機(jī)組的驅(qū)動(dòng)部分上，這樣即使機(jī)組的驅(qū)動(dòng)部分與載荷脫離，傳感器仍會(huì)有鍵相信號(hào)輸出。當(dāng)機(jī)組具有不同的轉(zhuǎn)速時(shí)通常需要有多套鍵相傳感器探頭對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而可以為機(jī)組的各部分提供有效的鍵相信號(hào)。
鍵相標(biāo)記可以是凹槽，也可以是凸鍵，如圖所示，標(biāo)準(zhǔn)要求用凹槽的形式。當(dāng)標(biāo)記是凹槽時(shí)，安裝探頭要對(duì)著軸的完整部分調(diào)整初始安裝間隙（安裝在傳感器的線性中點(diǎn)為宜），而不是對(duì)著凹槽來(lái)調(diào)整初始安裝間隙。而當(dāng)標(biāo)記是凸鍵時(shí)探頭一定要對(duì)著凸起的頂部表面調(diào)整初始安裝間隙（安裝在傳感器的線性中點(diǎn)為宜），不是對(duì)著軸的其它完整表面進(jìn)行調(diào)整。否則當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可能會(huì)造成凸鍵與探頭碰撞，剪斷探頭。
編輯本段四、被測(cè)體對(duì)電渦流傳感器特性的影響
1、被測(cè)體材料對(duì)傳感器的影響
傳感器特性與被測(cè)體的電導(dǎo)率б、磁導(dǎo)率ξ有關(guān)，當(dāng)被測(cè)體為導(dǎo)磁材料（如普通鋼、結(jié)構(gòu)鋼等）時(shí)，由于渦流效應(yīng)和磁效應(yīng)同時(shí)存在，磁效應(yīng)反作用于渦流效應(yīng)，使得渦流效應(yīng)減弱，即傳感器的靈敏度降低。而當(dāng)被測(cè)體為弱導(dǎo)磁材料（如銅，鋁，合金鋼等）時(shí)，由于磁效應(yīng)弱，相對(duì)來(lái)說(shuō)渦流效應(yīng)要強(qiáng)，因此傳感器感應(yīng)靈敏度要高。
2、被測(cè)體表面平整度對(duì)傳感器的影響
不規(guī)則的被測(cè)體表面，會(huì)給實(shí)際的測(cè)量帶來(lái)附加誤差，因此對(duì)被測(cè)體表面應(yīng)該平整光滑，不應(yīng)存在凸起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷。一般要求，對(duì)于振動(dòng)測(cè)量的被測(cè)表面粗糙度要求在0.4um～0.8um之間；對(duì)于位移測(cè)量被測(cè)表面粗糙度要求在0.4um～1.6um之間。
3、被測(cè)體表面磁效應(yīng)對(duì)傳感器的影響
電渦流效應(yīng)主要集中在被測(cè)體表面，如果由于加工過(guò)程中形成殘磁效應(yīng)，以及淬火不均勻、硬度不均勻、金相組織不均勻、結(jié)晶結(jié)構(gòu)不均勻等都會(huì)影響傳感器特性。在進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量時(shí)，如果被測(cè)體表面殘磁效應(yīng)過(guò)大，會(huì)出現(xiàn)測(cè)量波形發(fā)生畸變。
4、被測(cè)體表面鍍層對(duì)傳感器的影響
被測(cè)體表面的鍍層對(duì)傳感器的影響相當(dāng)于改變了被測(cè)體材料，視其鍍層的材質(zhì)、厚薄，傳感器的靈敏度會(huì)略有變化。
5、被測(cè)體表面尺寸對(duì)傳感器的影響
由于探頭線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)范圍是一定的，而被測(cè)體表面形成的渦流場(chǎng)也是一定的。這樣就對(duì)被測(cè)體表面大小有一定要求。通常，當(dāng)被測(cè)體表面為平面時(shí)，以正對(duì)探頭中心線的點(diǎn)為中心，被測(cè)面直徑應(yīng)大于探頭頭部直徑的1.5倍以上；當(dāng)被測(cè)體為圓軸且探頭中心線與軸心線正交時(shí)，一般要求被測(cè)軸直徑為探頭頭部直徑的3倍以上，否則傳感器的靈敏度會(huì)下降，被測(cè)體表面越小，靈敏度下降越多。實(shí)驗(yàn)測(cè)試，當(dāng)被測(cè)體表面大小與探頭頭部直徑相同，其靈敏度會(huì)下降到72%左右。被測(cè)體的厚度也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。被測(cè)體中電渦流場(chǎng)作用的深度由頻率、材料導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率決定。因此如果被測(cè)體太薄，將會(huì)造成電渦流作用不夠，使傳感器靈敏度下降，一般要求厚度大于0.1mm以上的鋼等導(dǎo)磁材料及厚度大于0.05mm以上的銅、鋁等弱導(dǎo)磁材料，則靈敏度不會(huì)受其厚度的影響。
