一、概述

電渦流傳感器能靜態(tài)和動(dòng)態(tài)地非接觸,、高線性度,、高分辨力地測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)體距探頭表面的距離,。它是一種非接觸的線性化計(jì)量工具。電渦流傳感器能準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)體（必須是金屬導(dǎo)體）與探頭端面之間靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的相對(duì)位移變化,。

二,、背景

在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械和往復(fù)式運(yùn)動(dòng)機(jī)械的狀態(tài)分析，振動(dòng)研究,、分析測(cè)量中,，對(duì)非接觸的高精度振動(dòng)、位移信號(hào),，能連續(xù)準(zhǔn)確地采集到轉(zhuǎn)子振動(dòng)狀態(tài)的多種參數(shù),。如軸的徑向振動(dòng)、振幅以及軸向位置,。從轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué),、軸承學(xué)的理論上分析，大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),，主要取決于其核心—轉(zhuǎn)軸,，而電渦流傳感器，能直接非接觸測(cè)量轉(zhuǎn)軸的狀態(tài),，對(duì)諸如轉(zhuǎn)子的不平衡,、不對(duì)中、軸承磨損,、軸裂紋及發(fā)生摩擦等機(jī)械問題的早期判定,，可提供關(guān)鍵的信息。電渦流傳感器以其長(zhǎng)期工作可靠性好,、測(cè)量范圍寬,、靈敏度高、分辨率高,、響應(yīng)速度快,、抗干擾力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)的影響,、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),，在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷中得到廣泛應(yīng)用。

三,、原理

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理,，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)（與金屬是否塊狀無(wú)關(guān)，且切割不變化的磁場(chǎng)時(shí)無(wú)渦流）,，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流,，此電流叫電渦流,，以上現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng),，而根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器,。

前置器中高頻振蕩電流通過(guò)延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場(chǎng),。當(dāng)被測(cè)金屬體靠近這一磁場(chǎng),，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，與此同時(shí)該電渦流場(chǎng)也產(chǎn)生一個(gè)方向與頭部線圈方向相反的交變磁場(chǎng),，由于其反作用,，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變（線圈的有效阻抗）。

這一變化與金屬體磁導(dǎo)率,、電導(dǎo)率,、線圈的幾何形狀、幾何尺寸,、電流頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān),。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項(xiàng)同性，則線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率б,、磁導(dǎo)率ξ,、尺寸因子τ、頭部體線圈與金屬導(dǎo)體表面的距離D,、電流強(qiáng)度I和頻率ω參數(shù)來(lái)描述,，則線圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函數(shù)來(lái)表示。通常我們能做到控制τ, ξ, б, I, ω這幾個(gè)參數(shù)在一定范圍內(nèi)不變,，則線圈的特征阻抗Z就成為距離D的單值函數(shù),，雖然它整個(gè)函數(shù)是一非線性的，其函數(shù)特征為“S”型曲線,，但可以選取它近似為線性的一段,。

于此，通過(guò)前置器電子線路的處理,，將線圈阻抗Z的變化,，即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體的距離D的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。輸出信號(hào)的大小隨探頭到被測(cè)體表面之間的間距而變化,，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬物體的位移,、振動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量。

四,、典型應(yīng)用

電渦流傳感器系統(tǒng)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電力,、石油,、化工、冶金等行業(yè)，對(duì)汽輪機(jī),、水輪機(jī),、發(fā)電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī),、壓縮機(jī),、齒輪箱等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸的徑向振動(dòng)、軸向位移,、鑒相器,、軸轉(zhuǎn)速、脹差,、偏心,、油膜厚度等進(jìn)行在線測(cè)量和安全保護(hù)，以及轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究和零件尺寸檢驗(yàn)等方面,。圖1-1列舉了上海航振儀器儀表有限公司的電渦流傳感器的一些典型應(yīng)用示意,。前置器根據(jù)探頭線圈阻抗的變化輸出一個(gè)與距離成正比的直流電壓。

轉(zhuǎn)速測(cè)量

除了測(cè)量振動(dòng)外,，電渦流傳感器還能測(cè)量轉(zhuǎn)速。

對(duì)于所有旋轉(zhuǎn)機(jī)械而言,，都需要監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸的轉(zhuǎn)速,，轉(zhuǎn)速是衡量機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)重要指標(biāo)。旋轉(zhuǎn)測(cè)量通常有以下幾種傳感器可選：電渦流轉(zhuǎn)速傳感器,、無(wú)源磁電轉(zhuǎn)速傳感器,、有源磁電轉(zhuǎn)速傳感器等。具有需要選擇那類傳感器,，則要根據(jù)轉(zhuǎn)速測(cè)量的要求轉(zhuǎn)速等,，轉(zhuǎn)速發(fā)生裝置有以下幾種：用標(biāo)準(zhǔn)的漸開的線齒數(shù)（M1～M5）作轉(zhuǎn)速發(fā)生信號(hào)，在轉(zhuǎn)軸上開一鍵槽,、在轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)軸上開孔眼,、在軸轉(zhuǎn)上凸鍵等轉(zhuǎn)速發(fā)生信號(hào)裝置。

無(wú)源磁電式傳感器是針對(duì)測(cè)齒輪而設(shè)計(jì)的發(fā)電型傳感器（無(wú)源）,，不適合測(cè)零轉(zhuǎn)速和較低轉(zhuǎn)速,，因低頻時(shí)，幅值信號(hào)小,，抗干擾能力差,，它不需要供電。

有源磁電式傳感器采用了電源供電,，輸出波形為矩形波,，具有負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力,，適合測(cè)量 0.03HZ以上轉(zhuǎn)速信號(hào)。

而電渦流傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的優(yōu)越性是其它任何傳感器測(cè)量沒法比的,，它既能響應(yīng)零轉(zhuǎn)速,，也能響應(yīng)高轉(zhuǎn)速。對(duì)于被測(cè)體轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速發(fā)生裝置要求也很低,，被測(cè)體齒輪數(shù)可以很小，被測(cè)體也可以是一個(gè)很小的孔眼,，一個(gè)凸鍵,，一個(gè)小的凹鍵。電渦流傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速,，通常選用φ3mm,、φ4mm、φ5mm,、φ8mm,、φ10mm的探頭。轉(zhuǎn)速測(cè)量頻響為0～10KHZ,。電渦流傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速,，傳感器輸出的信號(hào)幅值較高（在低速和高速整個(gè)范圍內(nèi)）抗干擾能力強(qiáng)。作轉(zhuǎn)速測(cè)量的電渦流傳感器有一體化和分體兩種,。一體化電渦流轉(zhuǎn)速傳感器取消前置器放大器,、安裝方便、適用于工作溫度在–20℃～100℃的環(huán)境下,帶前置器放大器的電渦流傳感器適合在–50℃～250℃的工作環(huán)境中,。

五,、應(yīng)用場(chǎng)景

測(cè)量徑向振動(dòng)，可以由它分析軸承的工作狀態(tài),，還可以看到分析轉(zhuǎn)子的不平衡,，不對(duì)中等機(jī)械故障。電渦流傳感器系統(tǒng)可以提供對(duì)于下列關(guān)鍵或是基礎(chǔ)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)所需要的信息：

1.相對(duì)振動(dòng)測(cè)量（小型機(jī)械）

振動(dòng)測(cè)量同樣可以用于對(duì)一般性的小型機(jī)械進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè),。電渦流傳感器系統(tǒng)可為如下各種機(jī)械故障的早期判別提供重要信息：

2,、偏心測(cè)量

偏心是在低轉(zhuǎn)速的情況下,，電渦流傳感器系統(tǒng)可對(duì)軸彎曲的程度進(jìn)行測(cè)量，這些彎曲可由下列情況引起：

偏心的測(cè)量,，對(duì)于評(píng)價(jià)旋轉(zhuǎn)機(jī)械全面的機(jī)械狀態(tài),，是非常重要的。特別是對(duì)于裝有透平監(jiān)測(cè)儀表系統(tǒng)（TSI）的汽輪機(jī)，在啟動(dòng)或停機(jī)過(guò)程中,，偏心測(cè)量已成為不可少的測(cè)量項(xiàng)目,。它使你能看到由于受熱或重力所引起的軸彎曲的幅度。轉(zhuǎn)子的偏心位置,，也叫軸的徑向位置,，它經(jīng)常用來(lái)指示軸承的磨損，以及加載荷的大小,。如由不對(duì)中導(dǎo)致的那種情況,，它同時(shí)也用來(lái)決定軸的方位角，方位角可以說(shuō)明轉(zhuǎn)子是否穩(wěn)定,。

3.脹差測(cè)量

對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō),，在其啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)，由于金屬材料的不同,，熱膨脹系數(shù)的不同,，以及散熱的不同，軸的熱膨脹可能超過(guò)殼體膨脹,；有可能導(dǎo)致透平機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件（如機(jī)殼,、噴嘴、臺(tái)座等）的相互接觸,，導(dǎo)致機(jī)器的破壞,。因此脹差的測(cè)量是非常重要的。