机械量测量仪表.pptx

6.2.3 电涡流式传感器测量电路
6.2.3.1 电桥电路
R1
~ 振荡器 R2
检测器
C1
A
C2 B
△
图6-5 电桥法测量电路原理图
电桥法是将传感器线圈的阻抗变化转化为电压 或电流的变化。图6-5是电桥法的电原理图，图 中线圈A和B为传感器线圈。传感器线圈的阻抗 作为电桥的桥臂，起始状态，使电桥平衡。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。 电桥法主要用于两个电涡流线圈组成的差动式传 感器。
机械量测量仪表一般由传感器、测量电路、显 示(或记录)器和电源组成, 如图6-1所示。
图6-1 机械量测量仪表框图
测量电路包括变换、放大等，把传感器的输出信 号转换成电信号；显示单元以模拟形式、数字形式， 或以图像形式给出被测量的数值。
机械量测量仪表可按测量对象和测量原理分类。 按测量对象可分为位移测量仪表、厚度测量仪表、 转矩测量仪表等。按测量原理位移测量仪表可分 为电容式、电感式、光电式、超声波式、射线式 等。
轴向位移时，传感器的输出电压与轴向位移成比例。 当位移值超过规定的允许值时，传感器的输出电 压可控制报警电路发出报警信号。
本章重点介绍广泛应用于大型转动设备(如汽轮 机、压缩机等)轴位移、轴振动测量仪表—“电涡 流式传感器”
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6.2 电涡流式传感器
电涡流式传感器属于电感式传感器的一种， 是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的 变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来 实现测量的。
一般讲，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有关。如果控 制上述参数中的一个参数改变，而其余参恒定不 变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。如 其他参数不变，阻抗的变化就可以反映线圈到被 测金属导体间的距离大小变化。
在电感式位移检测方法中最常见的是涡流式电感 位移检测器，如图6-3所示是电涡流式传感器检测 探头，探头端部装有高度密封的、发射高频信号 的线圈。由于被测物体的端部（一般为转动机器 的轴）距离线圈很近，仅有几mm，线圈通电后 产生一个高频磁场，轴的表面在磁场的作用下产 生涡流电流。同样，涡流电流也会产生磁场，其 场强大小与距离有关，该场强抵消由线圈产生的
表6-1 各种机械量检测参数可采用的测量原理
这里讨论的是过程控制中大型转动设备(如汽轮 机、压缩机等)轴的位移。汽轮机在启停和运行中， 如果转子轴推力轴瓦已烧坏，则转子就要发生前 后窜动，因而引起转子轴的轴向位移增大，使汽 轮机内部动、静部件间发生摩擦和碰撞，导致大 批叶片折断，隔板和叶轮碎裂，造成严重事故。 因此，一般汽轮机都设置了轴向位移的监测和保 护装置，电涡流传感器的检测探头与转子轴端面 保持一定的初始距离。当汽轮机转子轴产生
图6-4 高频反射式电涡流传感器
电涡流传感器的线圈与被测金属导体间是磁性 耦合，电涡流传感器是利用这种耦合程度的变化 来进行测量的。因此，被测物体的物理性质，以 及它的尺寸和开关都与总的测量装置特性有关。 一般来说，被测物的电导率越高，传感器的灵敏 度也越高。
为了充分有效地利用电涡流效应，当被测物体 是圆柱体时，被测导体直径必须为线圈直径的 3.5倍以上，否则灵敏度要降低。
6.2.3.2 谐振法
这种方法是将传感器线圈的等效电感的变化转换 为电压或电流的变化。传感器线圈与电容并联组 成LC并联谐振回路。
并联谐振回路的谐振频率为:wenku.baidu.com
1
f0 2 LC
（6-1）
且谐振时回路的等效阻抗最大，等于 （6-2）
式中，R’为回路的等效损耗电阻。 当电感L发生变化时，回路的等效阻抗和谐振频
率都将随L的变化而变化，因此可以利用测量回路 阻抗的方法或测量回路谐振频率的方法间接测出 传感器的被测值。
调频式测量电路的原理是被测量变化引起传感 器线圈电感的变化，而电感的变化导致振荡频率 发生变化，频率变化间接反映了被测量的变化。 见图6-7电涡流式传感器外形图。
图6-7 ST-1电涡流式传感器外形图
见图6-8安装两个邻近传感器时应保证传感头之 间有足够的距离以防止交叉失真（如图a），一般 应保留40mm的间隙。在径向轴承附近安装传感 器时（如图b），传感器中心线与轴承座表面的 距离应大于三倍传感头直径，同时避免把传感器 安装在不显示任何振动的结点上（如图c）。
6.2.1 原理与特性
如下图6-2所示，一个扁平线圈置于金属导体附 近，当线圈中通有交变电流I1时，线圈周围就产 生一个交变磁场H1。置于这一磁场中的金属导体 就产生电涡流I2，电涡流也将产生一个新磁场H2， H2与H1方向相反，因而抵消部分原磁场，使通电 线圈的有效阻抗发生变化。
图6-2 电涡流传感器原理图
6.2.4 电涡流式传感器使用注意事项
被测物体的表面要光滑、平坦。非钢材被测体 和小于三倍传感器直径的被测表面影响传感器输 出特性。传感器出厂时使用45#钢标定，被测对 象不符合规定时应重新标定（型号不同的钢材灵 敏度误差小于10%）。应当保持传感器探头周围 有足够的空间，在3倍探头直径范围内，不应由金 属体，传感器安装应远离转动体台阶面，这样可 避免周围金属结构的干扰，准确测量振动值。传 感器可在有酸碱腐蚀的环境中使用。
第六章 机械量测量仪表
主要内容
6.1 概述 6.2 电涡流式传感器 6.3 电容式位移检测方法 6.4 转速检测 6.5 振动检测 6.6 电感式传感器的典型应用
6.1 概述
机械量通常包括各种几何量和力学量，如长度、 位移、厚度、转矩、转速、 振动和力等。本章主 要讨论机组控制中常用的位移、振动和转速三种 机械量的测量方法及测量仪表。
磁场强度，影响检测线圈的等效阻抗，而等效阻抗 与线圈电感量有关，因此就测得位移量。
图6-3 涡流检测探头
6.2.2 高频反射式电涡流传感器
这种传感器的结构很简单，主要由一个固定在 框架上的扁平线圈组成。线圈可以粘贴在框架的 端部，也可以绕在框架端部的槽内。图6-4为某 种型号的高频反射式电涡流传感器。