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电涡流位移传感器的优点及对其性能的影响有哪些?

发布日期:2018-11-10 作者:位移传感器 点击:

天津诺沃泰克自动化技术有限公司是机电一体化技术、电子信息技术的开发、咨询、服务型公司。目前本公司授权代理德国Novotechnik品牌的接触式及非接触式位移传感器、角度传感器等产品。并分销瑞士各类直线及角度光栅尺,以满足客户的不同需求。

一、为何采用电涡流位移传感器 

电涡流位移传感器能测量被测体(必须是金属导体)与探头端面的相对位置。

电涡流位移传感器长期工作可靠性好、灵敏度高、抗干扰能力强、非接触测量、响应速度快、不受油水等介质的影响,常被用于对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,可以分析出设备的工作状况和故障原因,有效地对设备进行保护及进行预测性维修。 


从转子动力学、轴承学的理论上分析,大型旋转机械的运行状态主要取决于其核心——转轴,而电涡流位移传感器能直接测量转轴的状态,测量结果可靠、可信。过去对于机械的振动测量采用加速度传感器或速度传感器,通过测量机壳振动,间接地测量转轴振动,测量结果的可信度不高。


二、系统的工作原理

传感器系统的工作机理是电涡流效应。电涡流作用的原理如下图。



当接通传感器系统电源时,在前置器内会产生一个高频电流信号,该信号通过电缆送到探头的头部,在头部周围产生交变磁场H1。如果在磁场H1的范围内没有金属导体材料接近,则发射到这一范围内的能量都会全部释放;反之,如果有金属导体材料接近探头头部,则交变磁场H1将在导体的表面产生电涡流场,该电涡流场也会产生一个方向与H1相反的交变磁场H2。由于H2的反作用,就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位,即改变了线圈的电感。


这种变化既与电涡流效应有关,又与静磁学效应有关,即与金属导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈几何参数、激励电流频率以及线圈到金属导体的距离等参数有关。假定金属导体是均质的,其性能是线性和各向同性的,则线圈——金属导体系统的物理性质通常可由金属导体的磁导率μ、电导率σ、尺寸因子r,线圈与金属导体距离d,线圈激励电流强度I和频率ω等参数来描述。因此线圈的电感可用函数L=F(μ,σ,r,I,ω,d)来表示。

三、被测体尺寸与材料的影响

在系统的工作原理部分,被测金属导体的磁导率μ、电导率σ、尺寸因子r对测量有影响,因此除了探头、延伸电缆、前置器决定传感器系统的性能外,严格地讲被测体也是传感器系统的一部分,即被测体的性能参数也会影响整个传感器系统的性能,主要有:


1、被测体尺寸的影响 

探头线圈产生的磁场范围是一定的,在被测体表面形成的涡流场也是一定的,所以,当被测面为平面时,以正对探头中心线的点为中心,被测面直径应当大于探头头部直径1.5倍以上;当被测体为圆轴而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,否则灵敏度就会下降,一般当被测面大小与探头头部直径相同时,灵敏度会下降至70%左右。 


被测体的厚度也会影响测量结果,如果被测体太薄,将会造成电涡流作用不够,使传感器灵敏度下降,一般厚度大于0.1mm以上的钢等导磁材料及厚度大于0.6mm以上的铜、铝等弱导磁材料,则灵敏度不会受其厚度的影响。 

2、被测体表面加工状况的影响

不规则的被测体表面,会给实际的测量值造成附加误差,特别是对于振动测量,这个附加误差信号与实际的振动信号叠加一起,在电气上很难进行分离,因此被测表面应该光洁,不应该存在刻痕、洞眼、凸台、凹槽等缺陷。 


3、被测体材料的影响 

传感器特性与被测体的导电率和导磁率有关,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,而且磁效应与涡流效应相反,要抵消部分涡流效应,使得传感器感应灵敏度低;而当被测体为非导磁或弱导磁材料(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。


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