章  電渦流位移傳感器簡介

★系統(tǒng)的工作原理簡介：

電渦流傳感器系統(tǒng)的工作原理是電渦流效應(yīng)，屬于一種電感式測量原理。電渦流效應(yīng)源自振蕩電路的能量。而電渦流需要在可導(dǎo)電的材料內(nèi)才可以形成。給傳感器探頭內(nèi)線圈導(dǎo)入一個(gè)交變電流,可以在探頭線圈周圍形成一個(gè)磁場。如果將一個(gè)導(dǎo)體放入這個(gè)磁場,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,導(dǎo)體內(nèi)會(huì)激發(fā)出電渦流。根據(jù)楞茲定律,電渦流的磁場方向與線圈磁場正好相反,而這將改變探頭內(nèi)線圈的阻抗值。這個(gè)阻抗值的變化與線圈到被測物體之間的距離直接相關(guān)。傳感器探頭連接到控制器后,控制器可以從傳感器探頭內(nèi)獲得電壓值的變化量,并以此為依據(jù),計(jì)算出對(duì)應(yīng)的距離值,電渦流測量原理可以測量所有導(dǎo)電材料。由于電渦流可以穿透絕緣體,即使表面覆蓋有絕緣體的金屬材料,也可以作為電渦流傳感器的被測物體。的圈式繞組設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)傳感器外形較致緊湊的同時(shí),可以滿足其運(yùn)轉(zhuǎn)于高溫測量環(huán)境的要求。

                                      
★電渦流位移傳感器的應(yīng)用范圍：

通過測量金屬被測體與探頭端的相對(duì)位置、電渦流位移傳感器感應(yīng)并處理成相應(yīng)的電信號(hào)輸出。傳感器可長期可靠工作、靈敏度高、抗力強(qiáng)、非接觸測量、響應(yīng)速度度快、不受油水等介質(zhì)的影響，在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸位移、軸振動(dòng)、軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行長期實(shí)時(shí)監(jiān)測中被廣泛應(yīng)用，并且被擴(kuò)展到時(shí)衛(wèi)星發(fā)射、材質(zhì)鑒定、稱重測量、金屬板厚測量、材料形變量等應(yīng)用領(lǐng)域。

★電渦流位移傳感器的結(jié)構(gòu)組成：

  一套完整的傳感器系統(tǒng)主要包括探頭、前置器、電纜和附件。產(chǎn)品實(shí)拍圖如下：

★與同類產(chǎn)品的兼容性：

ML33系列電渦流位移傳感器的各各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)于某國外進(jìn)口公司的3300系列水平，優(yōu)于國內(nèi)同類產(chǎn)品。

                     
                                       第二章  ML33電渦流位移傳感器使用說明

節(jié)  產(chǎn)品說明

1、探頭：

常探頭由線圈、頭部、殼體、高頻電纜、高頻接頭組成，其典型結(jié)構(gòu)見圖所示。

                                                      
                                                
探頭典型結(jié)構(gòu)及安裝尺寸圖

 
在制作過程中，探頭頭部體一般采用耐高溫ABS+PC工程塑料，通過“二次注塑”成型將線圈密封其中。使探頭在惡劣的環(huán)境中能可靠工作。由于頭部體線圈直徑?jīng)Q定傳感器系統(tǒng)的線性量程，因此我們通常用頭部體外部直徑來分類和表征各型號(hào)探頭，一般情況下傳感器系統(tǒng)的線性量程大致是探頭頭部直徑的1/2～1/4倍。ML33系列傳感器共有Φ6、Φ8、Φ11，Φ17、Φ30、Φ40、Φ50、Φ60共8種直徑的頭部 見圖所示：

2、前置器

前置器是整個(gè)傳感器系統(tǒng)的信號(hào)處理中心。一方面，前置器為探頭線圈提供高頻交流激勵(lì)電流使探頭工作；另一方面，前置器通過特殊電路感應(yīng)出探頭頭部體與頭部體前金屬導(dǎo)體的間隙變化，經(jīng)過前置器的處理，產(chǎn)生隨間隙線性變化而變化的電壓或電流輸出信號(hào)

ML33系列前置器外形結(jié)構(gòu)如下：

                               
     
    前置器安裝尺寸圖如下：


 前置器是整個(gè)傳感器系統(tǒng)的信號(hào)處理中心。一方面，前置器為探頭線圈提供高頻交流激勵(lì)電流使探頭工作；另一方面，前置器通過特殊電路感應(yīng)出探頭頭部體與頭部體前金屬導(dǎo)體的間隙變化，經(jīng)過前置器的處理，產(chǎn)生隨間隙線性變化而變化的電壓或電流輸出信號(hào)。

3、性能參數(shù)

4、接線定義：

5、產(chǎn)品命名規(guī)則：

6、產(chǎn)品出廠標(biāo)記：

    一套完整的電渦流傳感器應(yīng)該包括前置器、探頭及延伸電纜。電渦流傳感器應(yīng)該一一對(duì)應(yīng)、配套使用，不能錯(cuò)接；在出廠校驗(yàn)單上對(duì)成套的前置器、探頭及延伸電纜都進(jìn)行了編號(hào)，用戶可以很快地找出完整的一套傳感器對(duì)應(yīng)的前置器、探頭及延伸電纜。

   *前置器型號(hào)和流水號(hào)在前置器殼體上表面醒目處。

   *探頭及延伸電纜的型號(hào)和流水號(hào)封在電纜上靠近高頻接頭處的一段透明熱縮套管里。

   用戶可以根據(jù)出廠校驗(yàn)單上所標(biāo)明的各型號(hào)和流水號(hào)，對(duì)照產(chǎn)品上的標(biāo)簽，按出廠校準(zhǔn)的情況進(jìn)行系統(tǒng)配套。一般要求在傳感器使用前都應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)檢查，其是當(dāng)使用條件與出廠校準(zhǔn)條件不同時(shí)，特別是被測體材料與出廠校準(zhǔn)單注明校準(zhǔn)材料牌號(hào)不同時(shí)必須進(jìn)行重新校準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)配套附件如下：

    1、每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)安裝探頭配2個(gè)螺母（六角薄螺母GB6173-86,材料1Cr18Ni9Ti,螺紋規(guī)格與探頭螺紋規(guī)格一致）2個(gè)彈簧墊圈
    2、每個(gè)探頭配熱縮管套：規(guī)格Φ8，透明，長200mm（用于編號(hào)及保護(hù)轉(zhuǎn)接頭）。
    3、每臺(tái)前置器配4顆M4X8 六角螺絲

其他相關(guān)資料如下：

   1、產(chǎn)品合格證及出廠校驗(yàn)單

  2、使用手冊(cè)

  3、裝箱單（一份）

 第三章   電渦流位移傳感器系統(tǒng)安裝

一、探頭安裝間隙      

    1、根據(jù)測量部位的量程、安裝空間的環(huán)境和尺寸、被測體材料等特性選定傳感器，并檢查傳感器的各部分外觀是否完好、各部分是否配套（如探頭直徑與前置器型號(hào)中規(guī)定的配套探頭直徑是否一致、探頭電纜長度是否符合前置器對(duì)電纜長度的要求等）。通常成套訂購的傳感器，在出廠時(shí)提供有數(shù)據(jù)校驗(yàn)單，校驗(yàn)單上注明了配套校準(zhǔn)的傳感器各部分的型號(hào)、編號(hào)，用戶可據(jù)此與產(chǎn)品上的標(biāo)記核對(duì)。然后在傳感器的探頭、前置器上分別進(jìn)行特定標(biāo)記。

    2、探頭的電纜接頭是和內(nèi)部電路相接的，而且不具備密封性。為了避免接頭和機(jī)殼接觸以及加強(qiáng)密封性，應(yīng)該采用熱縮套管加熱收縮包緊接頭。這樣還能起到防止接頭松動(dòng)的作用。不要用粘性的電工膠帶來絕緣接頭，因?yàn)橛挽F會(huì)溶解膠帶上的粘性物而污染接頭。 

    3、探頭電纜長度一經(jīng)選定，在使用時(shí)不能隨意縮短或加長，過長的電纜不能隨意剪斷，否則可能造成傳感器嚴(yán)重超差或不能正常工作。探頭電纜長度應(yīng)該與前置器要求的電纜長度一致。除非特殊規(guī)格。

    4、將傳感器各部分聯(lián)接好，通電檢查傳感器，若超差，則需進(jìn)行重新校準(zhǔn)。檢查時(shí)應(yīng)特別注意校準(zhǔn)試件材料是否與被測體材料一致或具有相近成分。

    5、如果未定購配套的安裝支架，則應(yīng)自行加工合適的安裝支架。外部安裝探頭支架比較復(fù)雜，一般應(yīng)訂購。

    6、在機(jī)座上加工支撐安裝支架的螺孔，內(nèi)部安裝探頭的支架一般都需要兩個(gè)螺孔進(jìn)行緊固，外部安裝探頭的一般都是在機(jī)殼上加工帶螺紋的通孔。

    7、緊固安裝探頭支架。如果是外部安裝探頭，則應(yīng)先將探頭緊固在支架上，再將支架擰進(jìn)安裝孔內(nèi)。

    8、調(diào)整探頭安裝間隙。不同的用途，探頭的初始安裝間隙有不同的要求。

    9、緊固安裝探頭。對(duì)于內(nèi)部安裝探頭，如果是采用角鋼支架則用兩個(gè)螺母背緊，采用夾塊則用緊固螺釘鎖緊；對(duì)于外部安裝探頭，則緊固外部安裝支架。緊固螺釘、螺母都應(yīng)加彈簧墊圈以防松動(dòng)。

二、前置器的安裝：

    變送器對(duì)工作環(huán)境的要求比探頭嚴(yán)格得多，通常將它安裝在遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)，其周圍環(huán)境應(yīng)該無腐蝕性氣體，干燥、震動(dòng)小，環(huán)境溫度與室溫相差不大。在機(jī)器旁安裝，為了保證變送器工作安全可靠，有必要采用專用安裝盒。為了防止不同地電位造成的干擾，必須采用單點(diǎn)接地。

三、安裝注意事項(xiàng)：

1、對(duì)探頭安裝間隙的要求

安裝探頭時(shí)，應(yīng)考慮傳感器的線性測量范圍和被測間隙的變化量，當(dāng)被測間隙總的變化量與傳感器的線性工作范圍接近時(shí)，尤其要注意（在訂貨選型時(shí)應(yīng)使所選的傳感器線性范圍大于被測間隙的15%以上）。通常，測量振動(dòng)時(shí)，將探頭的安裝間隙設(shè)在傳感器的線性中點(diǎn)；測量位移時(shí)，要根據(jù)位移往哪個(gè)方向變化或往哪個(gè)方向的變化量較大來決定其安裝間隙的設(shè)定。 當(dāng)位移向遠(yuǎn)離探頭端部的方向變化時(shí)，安裝間隙應(yīng)設(shè)定在線性近端；反之，則應(yīng)設(shè)在線性遠(yuǎn)端。

　 調(diào)整探頭安裝間隙可以采用下列方法

連接好探頭、延伸電纜、前置器，接通傳感器系統(tǒng)電源，用萬用表電壓檔監(jiān)測前置器的輸出，同時(shí)調(diào)節(jié)探頭與被測面的間隙，當(dāng)前置器的輸出等于安裝間隙所對(duì)應(yīng)的電壓或電流時(shí)（該值可由傳感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)單中查得），再擰緊探頭所帶的兩個(gè)緊固螺母即可。

    通過測量前置器輸出電壓來確定安裝間隙，有可能會(huì)產(chǎn)生一種假象：當(dāng)探頭頭部還未露出安裝孔時(shí)，由于安裝孔周圍的金屬影響，可能使得前置器的輸出等于安裝間隙所對(duì)應(yīng)的電壓或電流輸出值。探頭調(diào)整到正確的安裝位置，前置器的輸出應(yīng)該是：首先是較大的飽和輸出（此時(shí)探頭還未放進(jìn)安裝孔中），然后是較小的輸出（此時(shí)探頭放進(jìn)安裝孔內(nèi)），繼續(xù)將探頭塞進(jìn)安裝孔，前置器的輸出會(huì)變?yōu)榈妮敵觯?此時(shí)探頭頭部露出安裝孔，但與被測面的間隙較大），再繼續(xù)塞進(jìn)探頭，前置器的輸出等于安裝間隙所對(duì)應(yīng)的值，此時(shí)探頭才是正確的安裝間隙。

2、對(duì)初始間隙的要求

     各種型號(hào)電渦流傳感器，都是在一定的間隙電壓值下它的讀數(shù)才有較好的線性度，所以在安裝傳感器時(shí)必須調(diào)整好合適的初始間隙，對(duì)每一套產(chǎn)品都會(huì)進(jìn)行特性試驗(yàn)，繪出相應(yīng)的特性曲線，工程技術(shù)人員在使用傳感器的時(shí)候必須仔細(xì)研究配套的校驗(yàn)證書，認(rèn)真分析特性曲線，以確定傳感器是否滿足所要測量的間隙，一般傳感器直徑越大所測量間隙也越大。

3、對(duì)探頭支架的要求

     電渦流傳感器安裝在固定支架上，因此支架的好壞直接決定測量的效果，這就要求支架應(yīng)有足夠的剛度以提高自振頻率，避免或減小被測體振動(dòng)時(shí)支架也同時(shí)受激自振，支架的自振頻率至少應(yīng)為機(jī)械旋轉(zhuǎn)速度的10倍，支架應(yīng)與被測表面切線方向平行，傳感器垂直安裝在支架上，雖然探頭的中心線在垂直方向偏15°角時(shí)對(duì)系統(tǒng)特性沒有影響，但還是保證傳感器與被測面垂直。

4、被測體材料對(duì)傳感器測量結(jié)果的影響

    傳感器特性與被測體的電導(dǎo)率磁導(dǎo)率有關(guān)，當(dāng)被測體為導(dǎo)磁材料（如普通鋼、結(jié)構(gòu)鋼等）時(shí)，由于渦流效應(yīng)和磁效應(yīng)同時(shí)存在，且磁效應(yīng)反作用于渦流效應(yīng)，使得渦流效應(yīng)減弱，即傳感器的靈敏度降低。而當(dāng)被測體為弱導(dǎo)磁材料（如銅，鋁，合金鋼等）時(shí)，由于磁效應(yīng)弱，相對(duì)來說渦流效應(yīng)要強(qiáng)，因此傳感器感應(yīng)靈敏度要高。

銅：                           14.9V/mm

鋁：                           14.0V/mm

不銹鋼（1Cr18Ni9Ti):    10.4V/mm

45號(hào)鋼：                     8.2V/mm
40CrMo鋼：                 8.0V/mm

5、被測體表面加工狀況對(duì)傳感器測量結(jié)果的影響

     被測體正對(duì)探頭的表面光潔度也會(huì)影響測量結(jié)果！不光滑的被測體表面，在實(shí)際的測量應(yīng)用中會(huì)帶來較大的附加誤差，特別是對(duì)于振動(dòng)測量，誤差信號(hào)與實(shí)際的振動(dòng)信號(hào)疊加一起，并且在電氣上很難分離，因此被測表面應(yīng)該光潔，不應(yīng)存在刻痕、洞眼、凸臺(tái)、凹槽等缺陷（對(duì)于特意為鍵相器、轉(zhuǎn)速測量設(shè)置的凸臺(tái)或凹槽除外）。一般對(duì)于振動(dòng)測量的被測表面粗糙度要求在0.4um～0.8um之間；對(duì)于位移測量被測表面粗糙度要求在0.4um～1.6um之間。如果不能滿足，需要對(duì)被測面進(jìn)行衍磨或拋光。

6、被測體表面殘磁效應(yīng)對(duì)傳感器的影響

    電渦流效應(yīng)主要集中在被測體表面，如果由于加工過程中形成殘磁效應(yīng)，以及淬火不均勻、硬度不均勻、金相組織不均勻、結(jié)晶結(jié)構(gòu)不均勻等都會(huì)影響傳感器特性。在進(jìn)行振動(dòng)測量時(shí)，如果被測體表面殘磁效應(yīng)過大，會(huì)出現(xiàn)測量波形發(fā)生畸變。

7、被測體表面鍍層對(duì)傳感器的影響

　 被測體表面的鍍層對(duì)傳感器的影響相當(dāng)于改變了被測體材料，視其鍍層的材質(zhì)、厚薄，傳感器的靈敏度會(huì)略有變化。

8、被測體表面尺寸對(duì)傳感器的影響

　 由于探頭線圈產(chǎn)生的磁場范圍是一定的，而被測體表面形成的渦流場也是一定的。這樣就對(duì)被測體表面大小有一定要求。為了防止電渦流產(chǎn)生的磁場影響儀器的正常輸出安裝時(shí)傳感器頭部四周必須留有一定范圍的非導(dǎo)電介質(zhì)空間，如果在某一部位要同時(shí)安裝兩個(gè)以上的傳感器，就必須考慮是否會(huì)產(chǎn)生交叉干擾，兩個(gè)探頭之間一定要保持規(guī)定的距離。

通常，當(dāng)被測體表面為平面時(shí)，以正對(duì)探頭中心線的點(diǎn)為中心，被測面直徑應(yīng)大于探頭頭部直徑的1.5倍以上；當(dāng)被測體為圓軸且探頭中心線與軸心線正交時(shí)，一般要求被測軸直徑為探頭頭部直徑的3倍以上，否則傳感器的靈敏度會(huì)下降，被測體表面越小，靈敏度下降越多。當(dāng)被測體表面大小與探頭頭部直徑相同，其靈敏度會(huì)下降到72%左右。被測體的厚度也會(huì)影響測量結(jié)果。被測體中電渦流場作用的深度由頻率、材料導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率決定。因此如果被測體太薄，將會(huì)造成電渦流作用不夠，使傳感器靈敏度下降，一般要求厚度大于0.1mm以上的鋼等導(dǎo)磁材料及厚度大于0.05mm以上的銅、鋁等弱導(dǎo)磁材料，則靈敏度不會(huì)受其厚度的影響。

9、高頻同軸電纜對(duì)傳感器的影響

     高頻同軸電纜也是影響電渦流傳感器電氣性能的一個(gè)主要原因。由于傳感器工作在高頻狀態(tài)（振蕩頻率約1MHZ左右），所以高頻同軸電纜的頻率衰減、溫度特性、阻抗、長度等都成為影響傳感器性能的因素！

10、外界磁場對(duì)傳感器的影響