HK-3300高精度電渦流位移傳感器
基本原理
高精度電渦流位移傳感器從轉(zhuǎn)子動力學(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，能直接非接觸測量轉(zhuǎn)軸的狀態(tài)，對諸如轉(zhuǎn)子的不平衡、不對中、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。
高精度電渦流位移傳感器根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運(yùn)動時，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。
高精度電渦流位移傳感器系統(tǒng)中的前置器中高頻振蕩電流通過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。當(dāng)被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，與此同時該電渦流場也產(chǎn)生一個方向與頭部線圈方向相反的交變磁場，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)來描述。則線圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函數(shù)來表示。通常我們能做到控制τ, ξ, б, I, ω這幾個參數(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，輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間距而變化，電渦流位移傳感器就是根據(jù)這一原理實現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量。
輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間距而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量。按照電渦流在導(dǎo)體內(nèi)的貫穿情況，傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類，但從基本工作原理上來說仍是相似的。
其工作過程是:當(dāng)被測金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時，探頭中線圈的Q值也發(fā)生變化，Q值的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過檢波、濾波、線性補(bǔ)償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓(電流)變化，zui終完成機(jī)械位移(間隙)轉(zhuǎn)換成電壓(電流)。由上所述，電渦流傳感器工作系統(tǒng)中被測體可看作傳感器系統(tǒng)的一半，即一個電渦流位移傳感器的性能與被測體有關(guān)。
電渦流傳感器的原理是，通過電渦流效應(yīng)的原理，準(zhǔn)確測量被測體(必須是金屬導(dǎo)體)與探頭端面的相對位置，其特點(diǎn)是長期工作可靠性好、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、非接觸測量、響應(yīng)速度快、不受油水等介質(zhì)的影響，常被用于對大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸位移、軸振動、軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行長期實時監(jiān)測，可以分析出設(shè)備的工作狀況和故障原因，有效地對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)及預(yù)維修。
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、軸向位移、鑒相器、軸轉(zhuǎn)速、脹差、偏心、油膜厚度等進(jìn)行在線測量和安全保護(hù)，以及轉(zhuǎn)子動力學(xué)研究和零件尺寸檢驗等方面。圖1-1列舉了廣州星科自動貨設(shè)備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與距離成正比的直流電壓。
系列號 | 形式 | 量程 | 工作溫度 | 前置器安裝方式 | |
HK-3300XL | 分體 (探頭+前置器) | 0-25mm(可擴(kuò)量程) | -50℃~ +175°C | 底板安裝和導(dǎo)軌安裝 | |
HK-3300 | 分體 (探頭+前置器) | 0-25mm(可擴(kuò)量程) | -50℃~ +175°C | 底板安裝 | |
HK-3300YT | 一體化 (前置器電路集成在探頭殼體內(nèi)) | 0-25mm(可擴(kuò)量程) | -25℃~+85℃ | 無前置器 | |
特殊定制系列 | 分體、一體化均可 | 可定制 | 根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)適用工作溫度不同 | / | / |
1、線性量程、線性范圍、線性中點(diǎn)、非線性誤差、zui小被測面
探頭直徑 | 線性量程 (mm) | 線性范圍 (mm) | 線性中點(diǎn) (mm) | 非線性誤差 | zui小被測面(mm) |
φ5 | 1 | 0.25~1.25 | 0.75 | ±1% | φ15 |
φ8 | 2 | 0.50~2.50 | 1.5 | ±1% | φ20 |
φ11 | 4 | 1.0~5.0 | 3.0 | ±1% | φ30 |
φ25 | 12 | 1.5~13.5 | 7.5 | ±1.5% | φ50 |
φ50 | 25 | 2.5~27.5 | 15 | ±2% | φ100 |
※ 非線性誤差指實際輸出值與理論值(按標(biāo)準(zhǔn)特性方程計算)zui大誤值。
2、平均靈敏度(線性范圍內(nèi)輸出變化除線性范圍)
探頭直徑 輸出 | φ5 | φ8 | φ11 | φ25 | φ50 |
負(fù)電壓 | 8V/mm | 8V/mm | 4V/mm | 0.8V/mm | 0.4V/mm |
4~20mA | 16mA/mm | 8mA/mm | 4mA/mm | 1.33mA/mm | 0.64mA/mm |
平均靈敏度誤差:≤±5%
3.、動態(tài)特性
頻響:0~10kHz
幅頻特性:0~1kHz衰減小于1%，10kHz衰減小于5%
相頻特性:0~1kHz相位差小于-10°，10kHz相位差小于-100°
4、互換性誤差≤5%
5、工作溫度
探頭:工作溫度-50~ +175°C 溫漂≤0.05%/°C
前置器:工作溫度-50~ +120°C 溫漂≤0.05%/°C
6、工作介質(zhì):空氣、油、水。
7、探頭zui大工作壓力:12Mpa
A、探頭直徑選擇
探頭直徑 | 量程 | 頭部長度 |
φ5 0 5 | 1mm | 5mm |
φ8 0 8 | 2mm | 5mm |
φ11 1 1 | 4mm | 11mm |
φ25 2 5 | 12mm | 23mm |
φ50 5 0 | 25mm | 37mm |
B、螺紋規(guī)格選擇
探頭直徑 | 公制螺紋 | 英制螺紋 |
φ5 | M8×1 | 1/4-28 |
φ8 | M10×1 | 3/8-24 |
φ11 | M14×1.5 | 1/2-20 |
φ25 | M30×2 | 1.25-12 |
φ50 | M14×1.5 | 1/2-20 |
D 無螺紋長選擇
以10mm為單位
zui小無螺紋長0mm 0 0，
zui大無螺紋長250mm 2 5，
遞增量10mm 0 1
探頭的無螺紋部分是為了方便安裝:采用螺孔安裝時,適當(dāng)長度的無螺紋部分可以減少需要旋入螺孔的長度。
E 殼體長度選擇
以10mm為單位
zui小殼體長度20mm 0 2 ，
zui大殼體長度250mm 2 5 ，
遞增量10mm 0 1
探頭殼體長度取決于安裝位置與被測面的距離。
F 電纜長度選擇
0 5 0.5m 5 0 5.0m
1 0 1.0m 9 0 9.0m
電纜長度選擇應(yīng)考慮被測面與前置器安裝位置之間的距離。采用螺孔安裝時，建議選擇05(0.5m)、10(1.0m)，易于保證旋動探頭時，探頭電纜與探頭能一起轉(zhuǎn)動，不易扭斷電纜，而且需選用延伸電纜，延伸電纜長度與探頭總長之和為5m或9m。在機(jī)器內(nèi)部安裝探頭，選擇探頭總長應(yīng)保證電纜接頭能處于機(jī)器外部，以防機(jī)器內(nèi)部的機(jī)油污染接頭。