电涡流位移传感器

一电涡流位移传感器的认识

二电涡流传位移感器的工作原理

三电涡流传位移感器主要参数

四安装时的注意事项:

绪论

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。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，它是一种非接触的线性化计量工具。涡流传感器在工业基础研究、精密设备的生产制造、设备检测试验中应用广泛。

　　目前涡流传感器主要用于研究测定高速旋转的机械和往复式运动的机械的运动轨迹数据，以及振动等的研究。涡流传感器在分析测量中，特别是对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到振动、转动等轨迹运动的多种参数。

一：电涡流传感器的认识

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。

电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位。对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护。

二电涡流传感器的工作原理

1.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（与金属是否块状无关，且切割不变化的磁场时无涡流），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。

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。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。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。

1—电涡流线圈  2—探头壳体  3—壳体上的位置调节螺纹  4—印制线路板  5—夹持螺母   6—电源指示灯

    7—阈值指示灯  8—输出屏蔽电缆线  9—电缆插头  

三主要参数

1性能参数

以YDYT9800系列一体化电涡流位移传感器为例分析其性能参数：

一体化电涡流位移传感器探头头部采用耐高低温和各种化学腐蚀的聚苯硫醚(PPS)注塑成形保护，线圈被严格密封；电路采用防酸碱不锈钢M16×1螺纹圆管和环氧树脂封装，防潮、防尘；信号电缆采用屏蔽电缆，可选用不锈钢金属软管铠装保护；具有电源极性、输出短路多种保护功能，任意接线错误不会损坏；可在恶劣环境下长期连续工作。

1、非接触测量，永不磨损。

2、抗干扰能力强，高可靠性，长寿命。
3、工作温度：-50～+120℃，温漂0.05%/℃。
4、输出形式：三线制电压或电流输出。

5、频响：0～10kHz，幅频特性0～1kHz衰减小于1％，10kHz衰减小于5％；相频

特性0～1kHz相位差小于-10°，10kHz相位差小于-100°
6、电压输出形式传感器供电电源：+12Vdc～ +30Vdc，输出范围0.1～10.5V或1～ 

 5V，功耗≤12mA(不含输出电流)；电流输出形式传感器供电电源：+18Vdc～ +30Vdc, 4～20mA电流输出, 功耗      ≤12mA(不含输出电流)。   

7、纹波（测量间隙恒定时最大输出噪声峰峰值）：电压输出形式的传感器输出纹波不大于20mV；电流输出形式的传感器输出纹波不大于30uA。

8、负载能力：电压输出形式的传感器输出阻抗不大于10Ω，最大电流40mA，最大驱动信号电缆长度300m；4～20mA电流输出形式的传感器最大负载电阻不小于750Ω，带最大负载电阻时输出变化-1%。

2测量参数

3外形尺寸

4安装说明

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直径的3倍以上，否则传感器的灵敏度会下降，当被测面大小与探头头部直径相同时，灵敏度会下降到70%左右。

被测体的厚度也会影响到测量结果。一般厚度大于0.1mm以上的钢等导磁材料及厚度大于0.05mm以上的铜、铝等弱导磁材料，则灵敏度不会受到影响。

被测表面应光洁，不应有刻痕、洞眼、凸台、凹槽等缺陷（对于特意为键相器、转速测量设置的除外）。对于振动测量要求被测面表面粗糙度在0.4～0.8um；对于位移测量一般表面粗糙度不超过0.8～1.6um。

除非在订货时进行特别说明，通常在出厂前传感器用45#钢材料试件进行校准，只有和它相同系列的被测体材料，产生的特性方程才能相近。

        传感器之间的安装距离不能太近，以免产生相邻干扰。通常情况下传感器探头之间的最小距离见下表。

安装传感器应保证探头的头部与安装面之间不小于一定的距离，工程料头部体要完全露出安装面，否则应将安装面加工成平底孔或倒角。

传感器安装使用的支架的强度应尽量高，其谐振频率至少为机器转速的十倍，这样才能保证测量的准确性。

安装传感器时，应考虑传感器的线性测量范围和被测间隙的变化量，当被测间隙总的变化量与传感器的线性工作范围接近时，尤其要注意(在订货选型时应使所选的传感器线性范围大于被测间隙的15%以上)。通常，测量振动时，将安装间隙设在传感器的线性中点；测量位移时，要根据位移往哪个方向变化或往哪个方向的变化量较大来决定其安装间隙的设定。当位移向远离探头端部的方向变化时，安装间隙应设在线性近端；反之，则应设在远端。

采用测量传感器的输出来调节传感器的安装间隙，当探头头部还未露出安装孔时，由于安装孔周围的金属影响，可能使得传感器输出等于安装间隙所对应的电压或电流值，但这时探头测量的不是需要测量的被测体。探头调整到正确的安装位置，传感器输出应该是：首先是较大的饱和输出(此时探头还未放进安装孔内)，然后是较小的输出(此时探头放进安装孔中)，继续将探头拧进安装孔，传感器输出会变为较大的输出(此时探头头部露出安装孔，但与被测面间隙较大)，再拧进探头，传感器输出等于安装间隙所对应的值，此时探头才是正确的安装间隙。

四、校准

传感器长期不使用达一年以上或连续使用两年以上应进行重新校准。

系列一体化电涡流传感器在壳体尾端设有一个小电位器，通过调节该电位器可以很方便地对传感器的线性和灵敏度进位移行校准，校准装置推荐使用我公司生产的YD－20静态位移校准器，校准后请用硅胶将电位器封牢，以防止使用过程中电位器的阻值变化。

 四．主要应用

1、   位移测量   

电涡流位移传感器是一种输出为模拟电压的电子器件。接通电源后，在电涡流探头的有效（感应工作面）将产生一个交变磁场。  当金属物体接近此感应面时，金属表面将吸取电涡流探头中的高频振荡能量，使振荡器的输出幅度线性地衰减，根据衰减量的变化，可以计算出与被检物体的距离、振动等参数。这种位移传感器属于非接触测量，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，寿命较长，可在各种恶劣条件下使用。

位移测量包含：偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、变形、移动、圆度、冲击、偏心率、冲程、宽度等等。来自不同应用领域的许多量都可归结为位移或间隙变化。

胀差测量

（1） 胀差测量：对于汽轮发电机组来说，在其启动和停机时，由于金属材料的不同，热膨胀系数的不同，以及散热的不同，轴的热膨胀可能超过壳体膨胀；有可能导致透平机的旋转部件和静止部件（如机壳、喷嘴、台座等）的相互接触，导致机器的破坏。因此胀差的测量是非常重要的。

（2） 转速测量：若转轴上开z 个槽(或齿)，频率计的读数为f（单位为Hz），则转轴的转速n（单位为r/min）的计算公式为 ：n=60f/z

 

（3）、相对振动测量：测量径向振动，可以由它分析轴承的工作状态，还可以看到分析转子的不平衡，不对中等机械故障。电涡流传感器系统可以提供对于下列关键或是基础机械状态监测所需要的信息

（4）偏心的测量，对于评价旋转机械全面的机械状态，是非常重要的。特别是对于装有透平监测仪表系统（TSI）的汽轮机，在启动或停机过程中，偏心测量已成为不可少的测量项目。它使你能看到由于受热或重力所引起的轴弯曲的幅度。转子的偏心位置，也叫轴的径向位置，它经常用来指示轴承的磨损，以及加载荷的大小。如由不对中导致的那种情况，它同时也用来决定轴的方位角，方位角可以说明转子是否稳定。

在该工业控制系统中的作用及如何进行测量和控制

如何测量和控制：石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压(100kHz~1MHz）用于激励电涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生电涡流，引起电涡流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最终输出的直流电压Uo反映了金属体对电涡流线圈的影响（例如两者之间的距离等参数）。

五．安装时的注意事项:

1影响因素：被测体材料对传感器的影响

传感器特性与被测体的电导率б、磁导率ξ有关，当被测体为导磁材料（如普通钢、结构钢等）时，由于涡流效应和磁效应同时存在，磁效应反作用于涡流效应，使得涡流效应减弱，即传感器的灵敏度降低。而当被测体为弱导磁材料（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。

被测体表面平整度对传感器的影响

不规则的被测体表面，会给实际的测量带来附加误差，因此对被测体表面应该平整光滑，不应存在凸起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷。一般要求，对于振动测量的被测表面粗糙度要求在0.4um～0.8um之间；对于位移测量被测表面粗糙度要求在0.4um～1.6um之间。

被测体表面磁效应对传感器的影响

电涡流效应主要集中在被测体表面，如果由于加工过程中形成残磁效应，以及淬火不均匀、硬度不均匀、金相组织不均匀、结晶结构不均匀等都会影响传感器特性。在进行振动测量时，如果被测体表面残磁效应过大，会出现测量波形发生畸变。

被测体表面镀层对传感器的影响

被测体表面的镀层对传感器的影响相当于改变了被测体材料，视其镀层的材质、厚薄，传感器的灵敏度会略有变化。

被测体表面尺寸对传感器的影响

由于探头线圈产生的磁场范围是一定的，而被测体表面形成的涡流场也是一定的。这样就对被测体表面大小有一定要求。通常，当被测体表面为平面时，以正对探头中心线的点为中心，被测面直径应大于探头头部直径的1.5倍以上；当被测体为圆轴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，否则传感器的灵敏度会下降，被测体表面越小，灵敏度下降越多。实验测试，当被测体表面大小与探头头部直径相同，其灵敏度会下降到72%左右。被测体的厚度也会影响测量结果。被测体中电涡流场作用的深度由频率、材料导电率、导磁率决定。因此如果被测体太薄，将会造成电涡流作用不够，使传感器灵敏度下降，一般要求厚度大于0.1mm以上的钢等导磁材料及厚度大于0.05mm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安装过程中，首先应确定 电涡流位移传感器已经标定完成后。卸下传感器，连同万用表和电源一起，安装到实际被测体处调整传感器与被测体之间的距离，使变换器的输出读数符合检测要求。一般来说，（以“0-5v”输出为例）测量震动，应使输出指示为2.5v，即线性段的中点，侧位移是双向的野营使输出指示为2.5v

即线性段的中点。如果是单向的，应使输出指示为0v或5v即线性的上限或下限。安装无误后，固定电涡流位移传感器即可。

                    

电涡流传感器安装无误后，接通电源后，请预热10分钟，探头周围一倍于探头直径的地方，不能有其他金属材料。工作时，电涡流位移传感器应避免强磁场和强电场的干扰。传感器和前置变换器之间的插头，插座工作时，不应有抖动，一面引起输出变化。高频电缆的长度不应随意增减。无温度补偿的电涡流位移传感器，测量环境不可出现温度急剧变化，以提高测量精度。

第二篇：电涡流式位移传感器

《自动检测与转换技术》

电涡流式位移传感器

题目:电涡流位移传感器及其应用

学院： 滁州职业技术学院

专业： 应用电子技术

年级：10级

姓名： 胡楠楠

学号：20101502239

目录

绪论…………………………………………………………………...….3

电涡流传感器的工作原理……………………………………..………..4

电涡流传感器的组成结构……………………………………………....3

测量电路原理……………………………………………………..……..4

电涡流式位移传感器KD2306的介绍…………………….……..……..5

内部结构…………………………………………………………………5

工作原理……………………………………………………….………...6

主要特点……………………………………………...………..….……..6

电涡流传感器的应用……………………………………………………7

一、绪论

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。

二、电涡流传感器的工作原理

电涡流传感器利用检测线圈与被测导体之间的涡流效应进行测量，具有非接触测量、灵敏度高、频响特性好、抗干扰能力强等优点，其基本原理如图l所示。当线圈l通以交流电I1时，其产生的交变磁场H1会在被测导体2中产生电涡流I2，而I2又产生一交变磁场H2来阻碍H1的变化，从而使线圈的等效电感L发生变化。当被测导体的电阻率、磁导率都确定，只有x发生变化时，通过分析提取等效电感与测量位移间的关系，就可以建立电涡流位移传感器1。

三、电涡流传感器的组成结构

根据下面的组成框图，构成传感器。

根据组成框图，具体说明各个组成部分的材料：

（1）敏感元件：传感器探头线圈是通过与被测导体之间的相互作用，从而产生被测信号的部分，它是由多股漆包铜线绕制的一个扁平线圈固定在框架上构成，线圈框架的材料是聚四氟乙烯，其顺耗小，电性能好，热膨胀系数小。

（2）传感元件:前置器是一个能屏蔽外界干扰信号的金属盒子，测量电路完全装在前置器中，并用环氧树脂灌封。

（3）测量电路：在下面会具体介绍。

四、电涡流式位移传感器KD2306的介绍

KD2306是KD2300的更新产品，采用轨导DIN式结构。本体系非常适合集成到OEM设备和工业控制应用中。具备卓越的分辨率和速度性能（0.1um分辨率，50kHz高响应），满足各种实际需求，还可选择延长电缆、温度补偿等特殊需求。

内部结构：

工作原理：

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，真尚有电涡流位移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。 按照电涡流在导体内的贯穿情况，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。

　　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。

五、电涡流式位移传感器KD2306的主要特点

真尚有KD2306高性能电涡流位移传感器有非常卓越的分辨率和速度性能(0.1μm分辨率，50KHz高响应)，多传感器同步功能，符合环保RoHS和安全CE标准等顶极性能，获2007美国传感器金奖。

主要应用领域：金属材料精密位移，长度、宽度、高度、厚度、圆度等尺寸；变形、振动等。

主要技术特点：

分辨率：0.1um；          

标准频率50kHz（可定制更高频率）；

可自行调整零位、增益和线性；   

可uxanz延长电流、温度补偿等功能；              

输出：0~5V，0~10V，±5V或4～20Ma；

供电：+15~+30V；

主要特点：

◆ 高分辨率和高采样率；

◆ 可自行调整零位、增益和线性；

◆ 可选择延长电缆、温度补偿等功能；

◆ 可测铁磁和非铁磁所有金属材料；

◆ 具有多传感器同步功能；

◆ 不受潮湿、灰尘的影响，对环境要求低；

六、电涡流传感器的应用

电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位。对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线丈量和保护。如：测量轴的轴向位移

测量轴的轴向位移时，测量面应该与轴是一个整体，这个测量面是以探头的中心线为中心，宽度为1.5倍的探头圆环。探头安装距离距止推法兰盘不应超过305mm，否则测量结果不仅包含轴向位移的变化，而且包含胀差在内的变化，这样测量的不是轴的真实位移值。

可见，电涡流位移传感器在工业的各个领域得到了广泛的应用。