你的位置:首页 > 知识课堂 > 正文

电涡流位移传感器的工作原理

发布时间:2019-08-15

【导读】电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。
 
电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。在高速旋转机械和往复式运动机械状态分析,振动研究、分析测量中,对非接触的高精度振动、位移信号,能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高等优点,在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。
 
严格来讲,电涡流位移传感器测量原理应该属于一种电感式测量原理。电涡流效应源自振荡电路的能量。而电涡流需要在可导电的材料内才可以形成。给传感器探头内线圈提供一个交变电流,可以在传感器线圈周围形成一个磁场。如果将一个导体放入这个磁场,根据法拉第电磁感应定律,导体内会激发出电涡流。根据楞兹定律,电涡流的磁场方向与线圈磁场正好相反,而这将改变探头内线圈的阻抗值。而这个阻抗值的变化与线圈到被测物体之间的距离直接相关。
 
电涡流位移传感器探头连接到控制器后,控制器可以从传感器探头内获得电压值的变化量,并以此为依据,计算出对应的距离值。电涡流测量原理可以运用于所有导电材料。由于电涡流可以穿透绝缘体,即使表面覆盖有绝缘体的金属材料,也可以作为电涡流位移传感器的被测物体。独特的圈式绕组设计在实现传感器外形极致紧凑的同时,可以满足其运转于高温测量环境的要求。
 
电涡流位移传感器可以承受有灰尘,潮湿,油污和压力的测量环境。尽管如此,电涡流位移传感器的使用也有一些限制。举例来讲,对于不同的应用,都需要做相应的线性度校准。而且,传感器探头的输出信号也会受被测物体的电气和机械性能影响。然而,正是这些使用过程中的限制电涡流位移传感器拥有达到纳米级别的分辨率。目前,电涡流位移传感器可以满足100μm到100mm的测量量程。根据量程的不同,安装空间也可以达到2mm到140mm的范围。
 
电涡流位移传感器被用来控制不同的运动,监控液位,检查产品质量以及其他很多应用。传感器经常被应用于非常恶劣的环境,例如油污,热蒸汽或者剧烈波动的温度。一些传感器还要在振动部件上使用,在强电磁场内或者需要离开被测物体一定的距离使用。对一些重要的应用,还需要对精度,温度稳定性,分辨率和截止频率提出要求。针对这些限制,不同的测量原理各有优劣。这也意味着没有统一的优化测量原理的方法。
 
电涡流位移传感器的工作原理
 
电涡流位移传感器的工作原理: 
电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。在高速旋转机械和往复式运动机械状态分析,振动研究、分析测量中,对非接触的高精度振动、位移信号,能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高等优点,在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。 
 
从转子动力学、轴承学的理论上分析,大型旋转机械的运动状态,主要取决于其核心—转轴,而电涡流传感器,能直接非接触测量转轴的状态,对诸如转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的早期判定,可提供关键的信息。 
 
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。
 
电涡流位移传感器的工作原理
 
前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈,
 
电涡流位移传感器的工作原理
 
在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场,则在此金属表面产生感应电流,与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场,由于其反作用,使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变(线圈的有效阻抗),这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性,则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来表示。
 
通常我们能做到控制τ, ξ, б, I, ω这几个参数在一定范围内不变,则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数,虽然它整个函数是一非线性的,其函数特征为“S”型曲线,但可以选取它近似为线性的一段。于此,通过前置器电子线路的处理,将线圈阻抗Z的变化,即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化,电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。 
 
电涡流位移传感器的工作原理
 
其工作过程是:当被测金属与探头之间的距离发生变化时,探头中线圈的Q值也发生变化,Q值的变化引起振荡电压幅度的变化,而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压(电流)变化,最终完成机械位移(间隙)转换成电压(电流)。由上所述,电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器系统的一半,即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关。 
 
按照电涡流在导体内的贯穿情况,此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类,但从基本工作原理上来说仍是相似的。电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、 应力、材料损伤等进行非接触式连续测量,另外还具有体积小,灵敏度高,频率响应宽等特点,应用极其广泛。


 
推荐阅读:
环形变压器原理图及绕线机原理
详述环形变压器如何接线及应用
环形变压器绕制方法和手工绕制分析
环形变压器和方形变压器的区别
接地变压器的接线方法及参数
特别推荐
技术文章更多>>
技术白皮书下载更多>>
热门搜索

关闭

关闭