电涡流传感器(位移)

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2 电涡流传感器测量电路
调幅式电路
图中Lx为传感器线圈电感，与一个微调电容组C0成并联谐振回路，晶 体振荡器提供高频激励信号。在电涡流探头远离被测导体时，调节C0， 使LxC0并联谐振回路调谐频率等于晶体振荡器频率f0。这时谐振回路 阻抗最大，LxC0并联谐振回路的压降U0也最大 。 当传感器接近被测导体时，损耗功率增大，回路失谐，输出电压 U0相 应变小。这样，在一定范围内，输出电压幅值与位移成近似线性关系。 由于输出电压的频率 f0始终恒定，因此称定频调幅式。
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1 电涡流式传感器原理
电涡流探头结构
1—电涡流线圈 2—探头壳体 3—壳体上的位置调节螺纹 4—印制线路 板 5—夹持螺母 6—电源指示灯 7—阈值指示灯 8—输出屏蔽电缆线 9—电缆插头
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2 电涡流传感器测量电路
电桥测量电路 在进行测量时，由于传感器线圈的阻抗发生变化，使电桥 失去平衡，将电桥不平衡造成的输出信号进行放大并检波， 就可得到与被测量成正比的输出。 谐振法 谐振法主要有调幅式电路和调频式电路两种基本形式。调 幅式由于采用了石英晶体振荡器，因此稳定性较高，而调 频式结构简单，便于遥测和数字显示。
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3 电涡流传感器的应用
转速测量 若转轴上开z 个槽(或齿)，频率计的读数为f（单位为Hz），则 转轴的转速n（单位为r/min）的计算公式为
涡流探伤 利用电涡流式传感器可以检查金属表面裂纹，热处理裂纹，以及焊接 的缺陷等。在探伤时，传感器应与被测导体保持距离不变。检测时， 由于裂陷出现，将引起导体电导率，磁导率的变化，从而引起输出电 压的突变。
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1 电涡流式传感器原理
电涡流传感器分类 涡流传感器在金属体上产生的电涡流， 涡流传感器在金属体上产生的电涡流，其渗透深度从传感器线圈自身 原因来讲主要与励磁电流的频率有关， 原因来讲主要与励磁电流的频率有关，所以涡流传感器主要可分高频 反射的低频投射两类。 反射的低频投射两类。
利用电涡流效应将被测量转换为传感器线圈阻抗 的变化这一原理就可以制成相应的电涡流传感器
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1 电涡流式传感器原理
测位移原理 线圈等效阻抗与金属导体的导电率 、磁导率 、几何形状、线圈的 几何参数 r 、激磁电流频率f 以及线圈到金属导体的距离x等参数有关。 假定金属导体是均质的，其性质是线性和各向同性，线圈的阻抗可用 如下函数表示：
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4 问题及优化
3、被测体表面磁效应对传感器的影响 、 电涡流效应主要集中在被测体表面，如果由于加工过程中形成残磁效 应，以及淬火不均匀、硬度不均匀、金相组织不均匀、结晶结构不均 匀等都会影响传感器特性。在进行振动测量时，如果被测体表面残磁 效应过大，会出现测量波形发生畸变。 4、被测体表面尺寸对传感器的影响 、 当被测体表面为平面时，以正对探头中心线的点为中心，被测面直径 应大于探头头部直径的1.5倍以上；当被测体为圆轴且探头中心线与轴 心线正交时，一般要求被测轴直径为探头头部直径的3倍以上，否则传 感器的灵敏度会下降，被测体表面越小，灵敏度下降越多。
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4 注意事项
1、被测体材料对传感器的影响 、 当被测体为导磁材料（如普通钢、结构钢等）时，由于涡 流效应和磁效应同时存在，磁效应反作用于涡流效应，使 得涡流效应减弱，即传感器的灵敏度降低。而当被测体为 弱导磁材料（如铜，铝，合金钢等）时，由于磁效应弱， 相对来说涡流效应要强，因此传感器感应灵敏度要高。 2、被测体表面平整度对传感器的影响 、 不规则的被测体表面，会给实际的测量带来附加误差，因 此对被测体表面应该平整光滑，不应存在凸起、洞眼、刻 痕、凹槽等缺陷。一般要求，对于振动测量的被测表面粗 糙度要求在0.4um～0.8um之间；对于位移测量被测表面 粗糙度要求在0.4um～1.6um之间。
电涡 传感 （
）
Contents
1
电涡流传感器的原理
2
测量电路电路
3
应
4
问题、 问题、 决
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1 电涡流式传感器原理
电涡流效应 根据法拉第电磁感应原理，块状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，此电流叫电涡流，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式传感器。 线圈的阻抗变化与导体的 电导率、磁导率、几何形状， 线圈的几何参数，激励电流 频率以及线圈到被测导体间 的距离等因素有关。
(a)汽轮机和空气压缩机常用的监控主轴的径向振动的示意图 (b)测量发动机涡轮叶片的振幅的示意图 (c) 通常使用数个传感器探头并排地安置在轴附近
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3 电涡流传感器的应用
厚度测量
为克服金属板移动过程中上下波动及带材不够平整的影响，常在板材 上下两侧对称放置两个特性相同的传感器2。由图可知，板厚d＝D－ （x1+x2）。工作时，两个传感器分别测得x1和x2。板厚不变时，(x1+x2) 为常值；板厚改变时，代表板厚偏差的(x1+x2)所反映的输出电压发生 变化。测量不同厚度的板材时，可通过调节距离D来改变板厚设定值， 并使偏差指示为零。这时，被测板厚即板厚设定值与偏差指示值的代 数和。
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3 电涡流传感器的应用
位移测量 电涡流传感器可以测量各种形状金属零件的动态位移，测量范围可以 为0～15µm,分辨率为0.05µm；或是0～500mm，分辨率可达0.1%。这种 传感器可用于测量汽轮机主轴的轴向窜动、金属件的热膨胀系数、钢 水液位、纱线张力、流体压力等。 振幅测量
YD9800系列 系列 电涡流位移传感器 （上海测振自动化 仪器有限公司） 仪器有限公司）
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5 总结及发展
1.目前国内关于磁性被测体下的线圈阻抗的理论求解方法研究较少。 线圈阻抗是涡流检测中的重要物理量，被测量的变化主要通过线圈阻 抗的变化来体现，因此对线圈阻抗计算方法的研究对解决涡流检测问 题至关重要。但目前关于线圈阻抗的研究主要集中在对非磁性被测体 下的线圈阻抗进行研究，没有学者或科研院所对磁性被测体下线圈阻 抗的数学模型和求解方法进行深入研究。 2.采用数值计算方法对线圈阻抗进行求解的研究甚少。目前采用数值 计算方法(有限元法、无网格法和有限元—边界元混合法等)对涡流检 测问题的研究主要局限在建立数值计算模型、获得电涡流传感器的磁 场分布，而通过数值计算方法获得线圈阻抗的研究较少。 3.对如何消除涡流检测中被测体电磁特性影响研究很少。涡流检测中 被测体的电磁特性对传感器输出产生很大影响，而且随着涡流检测技 术在工程应用中的日益广泛，这一问题也日益突出。很多著作和论文 都提出了这一问题，但鲜有学着能够提出有效的设计思路和方法。
如果控制上式中的 、 、 、 恒定不变，只改变其中的一个参 数x ，这样阻抗Z就成为间距x的单值函数。被测导体与电涡流线圈的 距离发生变化，线圈的等效阻抗也会发生变化，这就是采用电涡流传 感器进行位移非接触测量的基本原理。
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1 电涡流式传感器原理
4~20mA电涡流位移传感器外形（参考德国图尔克公司资料）
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1 电涡流式传感器原理
高频反射电涡流传感器等效电路
R
M
R
1
U
·
1
I
·
1
I
L
1
·
2
L
2
Z1=R+jωL1 RI1+jωL1I1-jωMI2=U1 -jωMI1+R1I2+jωL2I2=0
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1 电涡流式传感器原理
传感器线圈的等效阻抗
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3 电涡流传感器的应用
电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影响，例如金 属材料的厚度、尺寸、形状、电导率、磁导率、 表面因素、距离等。只要固定其他因素就可以用 电涡流传感器来测量剩下的一个因素。因此电涡 流传感器的应用领域十分广泛。但也同时带来许 多不确定因素，一个或几个因素的微小变化就足 以影响测量结果。所以电涡流传感器多用于定性 测量。 即使要用作 定 量 测量，也必须采用逐点 标定、计算机线性纠正、温度补补偿等措施。
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1 电涡流式传感器原理
电涡流的应用
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1 电涡流式传感器原理
电涡流效应测量原理 若一金属板置于一只线圈的附近，它们之间相互的间距为δ，当线圈输 一 入一交变电流i 时，便产生交变磁通量Φ，金属板在此交变磁场中会产 生感应电流i1，这种电流在金属体内是闭合的，即电涡流。涡流的大 小与金属板的电阻率ρ、磁导率μ、厚度h、金属板与线圈的距离δ、激 励电流角频率ω等参数有关。若固定某些参数，就可根据涡流的变化 测量另一个参数。 根据上边的原理，则可以制成各种电涡流式的传感器，如对汽轮机、 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、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。
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2 电涡流传感器测量电路
调频式电路 调频式测量转换电路如下图所示，图中将电涡流探头的电感量Lx与微 调电容C0构成LxC0振荡器，以振荡器的频率f作为输出量。
当电涡流线圈与被测体的距离x 改变时，电涡流线圈的电感量L 也随 之改变，引起LC 振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机测量。 如果要用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将∆f转换为 电压∆Uo 。