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子動力學、軸承學的理論上分析，大型旋轉機械的運動狀態，主要取決于其核心-轉軸，而電渦流傳感器，能直接非接觸測量轉軸的狀態，對諸如轉子的不平衡、不對中、軸承磨損、軸裂紋及發生摩擦等機械問題的早期判定，可提供關鍵的信息。
高精度電渦流位移傳感器根據法拉第電磁感應原理，塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導體內將產生呈渦旋狀的感應電流，此電流叫電渦流，以上現象稱為電渦流效應。而根據電渦流效應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生交變的磁場。當被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產生感應電流，與此同時該電渦流場也產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率、電導率、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體表面的距離等參數有關。通常假定金屬導體材質均勻且性能是線性和各項同性，則線圈和金屬導體系統的物理性質可由金屬導體的電導率б、磁導率ξ、尺寸因子τ、頭部體線圈與金屬導體表面的距離D、電流強度I和頻率ω參數來描述。則線圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函數來表示。通常我們能做到控制τ, ξ, б, I, ω這幾個參數在一定范圍內不變，則線圈的特征阻抗Z就成為距離D的單值函數，雖然它整個函數是一非線性的，其函數特征為"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體的距離D的變化轉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這一原理實現對金屬物體的位移、振動等參數的測量。
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這一原理實現對金屬物體的位移、振動等參數的測量。按照電渦流在導體內的貫穿情況，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:當被測金屬與探頭之間的距離發生變化時，探頭中線圈的Q值也發生變化，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過檢波、濾波、線性補償、放大歸一處理轉化成電壓(電流)變化，zui終完成機械位移(間隙)轉換成電壓(電流)。由上所述，電渦流傳感器工作系統中被測體可看作傳感器系統的一半，即一個電渦流位移傳感器的性能與被測體有關。
電渦流傳感器的原理是，通過電渦流效應的原理，準確測量被測體(必須是金屬導體)與探頭端面的相對位置，其特點是長期工作可靠性好、靈敏度高、抗干擾能力強、非接觸測量、響應速度快、不受油水等介質的影響，常被用于對大型旋轉機械的軸位移、軸振動、軸轉速等參數進行長期實時監測，可以分析出設備的工作狀況和故障原因，有效地對設備進行保護及預維修。
電渦流傳感器系統以其獨特的優點，廣泛應用于電力、石油、化工、冶金等行業，對汽輪機、水輪機、發電機、鼓風機、壓縮機、齒輪箱等大型旋轉機械的軸的徑向振動、軸向位移、鑒相器、軸轉速、脹差、偏心、油膜厚度等進行在線測量和安全保護，以及轉子動力學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備有限公司的電渦流傳感器的一些典型應用示意。前置器根據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(可擴量程) | -50℃~ +175°C | 底板安裝和導軌安裝 | |
HK-3300 | 分體 (探頭+前置器) | 0-25mm(可擴量程) | -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) | 0-25mm(可擴量程) | -25℃~+85℃ | 無前置器 | |
特殊定制系列 | 分體、一體化均可 | 可定制 | 根據產品結構適用工作溫度不同 | / | / |
1、線性量程、線性范圍、線性中點、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 (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(按標準特性方程計算)zui大誤值。
2、平均靈敏度(線性范圍內輸出變化除線性范圍)
探頭直徑 輸出 | φ5 | φ8 | φ11 | φ25 | φ50 |
負電壓 | 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: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。在機器內部安裝探頭，選擇探頭總長應保證電纜接頭能處于機器外部，以防機器內部的機油污染接頭。