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电涡流传感器简介

        根据法拉第电磁感应原理,金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时,导体内将产生呈涡旋状的感应电流,以上现象称为电涡流效应。而根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流传感器。通过测量金属被测体与探头端的相对位置、电涡流位移传感器感应并处理成相应的电信号输出。传感器可长期可靠工作、灵敏度高、抗干扰能力强、非接触测量、响应速度度快、不受油水等介质的影响,在大型旋转机械的轴位移、轴振动、轴转速等参数进行长期实时监测中被广泛应用,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。并且被扩展应用与卫星发射、材质鉴定、称重测量、金属板厚测量、材料形变量等应用领域。
        电涡流传感器系统主要包括探头、前置器和附件。米朗ML33系列传感器共有1mm(φ5)、2mm(φ8)、4mm(φ11)、5mm(φ18)、12.5mm(φ25)、25mm(φ50)和50mm(φ60 7种量程规格探头。
         前置器是整个传感器系统的信号处理中心。一方面,前置器为探头线圈提供高频交流激励电流使探头工作;另一方面,前置器通过特殊电路感应出探头头部体与头部体前金属导体的间隙变化,经过前置器的处理,产生随间隙线性变化而变化的电压或电流输出信号。
除此之外还有电涡流传感器必须的配件,下述清单是米朗ML33系列电涡流传感器标准配套附件:
        1. 每个标准安装探头配2个螺母(六角薄螺母GB6173-86,材料1Cr18Ni9Ti,螺纹规格与探头螺纹规格一致)2个弹簧垫圈
        2.  每个探头配热缩管套:规格Φ8,透明,长200mm(用于编号及保护转接头)。
        3.  每台前置器配4M4X8 六角螺丝
安装:
        安装探头时,应考虑传感器的线性测量范围和被测间隙的变化量,通常,测量振动时,将探头的安装间隙设在传感器的线性中点;测量位移时,要根据位移往哪个方向变化或往哪个方向的变化量较大来决定其安装间隙的设定。
轴的径向振动测量
         当需要测量轴的径向振动时,要求轴的直径大于探头直径的三倍以上。每个测点应同时安装两个传感器探头,两个探头应分别安装在轴承两边的同一平面上相隔90度。由于轴承盖一般是水平分割的,因此通常将两个探头分别安装在垂直中心线每一侧45度,从原动机端看,分别定义为X探头(水平方向)Y探头(垂直方向)X方向在垂直中心线的右侧,Y方向在垂直中心线的左侧。探头的安装位置应该尽量靠近轴承,否则由于轴的挠度,得到的值会有偏差。探头中心线应与轴心线正交,探头监测的表面(正对探头中心线的两边1.5倍探头直径宽度的轴的整个圆周面)应无裂痕或其它任何不连续的表面现象(如键槽、凸凹不平、油孔等),且在这个范围内不能有喷镀金属或电镀,其表面的粗糙度应在0.4 um0.8um之间。
轴的轴向位移测量
         测量轴的轴向位移时,测量面应该与轴是一个整体,这个测量面是以探头的中心线为中心,宽度为1.5倍的探头圆环。探头安装距离距止推法兰盘不应过大,否则测量结果不仅包含轴向位移的变化,而且包含胀差在内的变化,这样测量的不是轴的真实位移值。
键相测量
         键相测量就是通过在被测轴上设置一个凹槽或凸键,称键相标记。当这个凹槽或凸键转到探头位置时,探头与被测面间距突变,传感器会产生一个脉冲信号。通过对脉冲计数,可以测量轴的转速;通过将脉冲与轴的振动信号比较,可以确定振动的相位角,用于轴的动平衡分析以及设备的故障分析与诊断等方面。
凹槽或凸键要足够大,以使产生的脉冲信号峰峰值不小于5V。一般若采用φ5、φ8探头,则这一凹槽或凸键宽度应大于7.6mm、深度或高度应大于1.5mm(推荐采用2.5mm以上)、长度应大于0.2mm。凹槽或凸键应平行于轴中心线,其长度尽量长,以防当轴产生轴向窜动时,探头还能对着凹槽或凸键。为了避免由于轴相位移引起的探头与被测面之间的间隙变化过大,应将键相探头安装在轴的径向,而不是轴向的位置。应尽可能地将键相探头安装在机组的驱动部分上,这样即使机组的驱动部分与载荷脱离,传感器仍会有键相信号输出。当机组具有不同的转速时通常需要有多套键相传感器探头对其进行监测,从而可以为机组的各部分提供有效的键相信号。当标记是凹槽时,安装探头要对着轴的完整部分调整初始安装间隙(安装在传感器的线性中点为宜),而不是对着凹槽来调整初始安装间隙。而当标记是凸键时探头一定要对着凸起的顶部表面调整初始安装间隙(安装在传感器的线性中点为宜)
使用注意事项:
        1、被测体正对探头的表面光洁度影响测量结果.不光滑的被测体表面,在实际的测量应用中会带来较大的附加误差,特别是对于振动测量,误差信号与实际的振动信号叠加一起,并且在电气上很难分离,因此被测表面应该光洁,不应存在刻痕、洞眼、凸台、凹槽等缺陷(对于特意为键相器、转速测量设置的凸台或凹槽除外).
        2、传感器特性(这里指灵敏度)与被测体的电阻率和导磁率有关。当被测体为导磁材料(如普通钢、结构钢等)时,由于磁效应和涡流效应同时存在,使得传感器灵敏度降低;而当被测体为非导磁或弱导磁材料(如铜、铝、合金钢等)时,传感器灵敏度要
        3、被测体表面残磁效应影响测量结果。在材料加工过程中形成的残磁效应,以及淬火不均匀,硬度不均匀,结晶结构不均匀等都会影响传感器特性
        4、被测体表面镀层影响测量的结果。不同的镀层材质,传感器灵敏度会发生不同的变化。如果镀层均匀,且厚度大于涡流渗透深度。则传感器按镀层材料重新校准,不会影响使用。
        5、传感器安装与使用应尽量避开强的外界磁场,以免对传感器的性能造成影响。在实际的工程应用中,静磁场的影响可以通过现场的试验测量出传感器灵敏度的变化,通过后续电路或软件算法排除。外界交变磁场,例如大型励磁机、频繁启动的大型电机、启动机等,应使涡流传感器远离交变磁场的作用范围,或采取磁场屏蔽措施使产生的影响最小。
        6、高频同轴电缆也是影响电涡流位移传感器性能的一个主要原因。由于传感器常用于高频状态工作,高频同轴电缆的频率衰减、温度特性、阻抗、长度等因素改变都会影响传感器性能,所以电涡流传感器的高频同轴电缆不可更换。

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