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涡流传感器

2019年8月16日
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今天我们一起来了解一下涡流传感器构成以及应用。     
  探头、(延伸电缆)、前置器以及被测体构成基本工作系统。前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈,在探头头部的线圈中产生交变的磁场。如果在这一交变磁场的有效范围内没有金属材料靠近,则这一磁场能量会全部损失;当有被测金属体靠近这一磁场,则在此金属表面产生感应电流,电磁学上称之为电涡流。与此同时该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,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。
   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的距离。它是一种非接触的线性化计量工具。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的状态分析,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。在所有与机械状态有关的故障征兆中,机械振动测量是最具权威性的,这是因为它同时含有幅值、相位和频率的信息。机械振动测量占有优势的另一个原因是:它能反应出机械所有的损坏,并易于测量。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。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、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点,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
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