一、為何采用電渦流位移傳感器
電渦流位移傳感器能測(cè)量被測(cè)體(必須是金屬導(dǎo)體)與探頭端面的相對(duì)位置。
電渦流位移傳感器長(zhǎng)期工作可靠性好、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、非接觸測(cè)量、響應(yīng)速度快、不受油水等介質(zhì)的影響，常被用于對(duì)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(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以分析出設(shè)備的工作狀況和故障原因，有效地對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)及進(jìn)行預(yù)測(cè)性維修。
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)行狀態(tài)主要取決于其核心——轉(zhuǎn)軸，而電渦流位移傳感器能直接測(cè)量轉(zhuǎn)軸的狀態(tài)，測(cè)量結(jié)果可靠、可信。過去對(duì)于機(jī)械的振動(dòng)測(cè)量采用加速度傳感器或速度傳感器，通過測(cè)量機(jī)殼振動(dòng)，間接地測(cè)量轉(zhuǎn)軸振動(dòng)，測(cè)量結(jié)果的可信度不高。
二、系統(tǒng)的工作原理
傳感器系統(tǒng)的工作機(jī)理是電渦流效應(yīng)。電渦流作用的原理如下圖。
電渦流作用原理圖
當(dāng)接通傳感器系統(tǒng)電源時(shí)，在前置器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高頻電流信號(hào)，該信號(hào)通過電纜送到探頭的頭部，在頭部周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)H1。如果在磁場(chǎng)H1的范圍內(nèi)沒有金屬導(dǎo)體材料接近，則發(fā)射到這一范圍內(nèi)的能量都會(huì)全部釋放；反之，如果有金屬導(dǎo)體材料接近探頭頭部，則交變磁場(chǎng)H1將在導(dǎo)體的表面產(chǎn)生電渦流場(chǎng)，該電渦流場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方向與H1相反的交變磁場(chǎng)H2。由于H2的反作用，就會(huì)改變探頭頭部線圈高頻電流的幅度和相位，即改變了線圈的電感。
這種變化既與電渦流效應(yīng)有關(guān)，又與靜磁學(xué)效應(yīng)有關(guān)，即與金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀、線圈幾何參數(shù)、激勵(lì)電流頻率以及線圈到金屬導(dǎo)體的距離等參數(shù)有關(guān)。假定金屬導(dǎo)體是均質(zhì)的，其性能是線性和各向同性的，則線圈——金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)通?？捎山饘賹?dǎo)體的磁導(dǎo)率μ、電導(dǎo)率σ、尺寸因子r，線圈與金屬導(dǎo)體距離d，線圈激勵(lì)電流強(qiáng)度I和頻率ω等參數(shù)來(lái)描述。因此線圈的電感可用函數(shù)L=F(μ,σ,r,I,ω，d)來(lái)表示。
三、被測(cè)體尺寸與材料的影響
在系統(tǒng)的工作原理部分，被測(cè)金屬導(dǎo)體的磁導(dǎo)率μ、電導(dǎo)率σ、尺寸因子r對(duì)測(cè)量有影響，因此除了探頭、延伸電纜、前置器決定傳感器系統(tǒng)的性能外，嚴(yán)格地講被測(cè)體也是傳感器系統(tǒng)的一部分，即被測(cè)體的性能參數(shù)也會(huì)影響整個(gè)傳感器系統(tǒng)的性能，主要有：
1、被測(cè)體尺寸的影響
探頭線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)范圍是一定的，在被測(cè)體表面形成的渦流場(chǎng)也是一定的，所以，當(dāng)被測(cè)面為平面時(shí)，以正對(duì)探頭中心線的點(diǎn)為中心，被測(cè)面直徑應(yīng)當(dāng)大于探頭頭部直徑1.5倍以上；當(dāng)被測(cè)體為圓軸而且探頭中心線與軸心線正交時(shí)，一般要求被測(cè)軸直徑為探頭頭部直徑的3倍以上，否則靈敏度就會(huì)下降，一般當(dāng)被測(cè)面大小與探頭頭部直徑相同時(shí)，靈敏度會(huì)下降至70%左右。
被測(cè)體的厚度也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，如果被測(cè)體太薄，將會(huì)造成電渦流作用不夠，使傳感器靈敏度下降，一般厚度大于0.1mm以上的鋼等導(dǎo)磁材料及厚度大于0.6mm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。
2、被測(cè)體表面加工狀況的影響
不規(guī)則的被測(cè)體表面，會(huì)給實(shí)際的測(cè)量值造成附加誤差，特別是對(duì)于振動(dòng)測(cè)量，這個(gè)附加誤差信號(hào)與實(shí)際的振動(dòng)信號(hào)疊加一起，在電氣上很難進(jìn)行分離，因此被測(cè)表面應(yīng)該光潔，不應(yīng)該存在刻痕、洞眼、凸臺(tái)、凹槽等缺陷。
3、被測(cè)體材料的影響
傳感器特性與被測(cè)體的導(dǎo)電率和導(dǎo)磁率有關(guān)，當(dāng)被測(cè)體為導(dǎo)磁材料(如普通鋼、結(jié)構(gòu)鋼等)時(shí)，由于磁效應(yīng)和渦流效應(yīng)同時(shí)存在，而且磁效應(yīng)與渦流效應(yīng)相反，要抵消部分渦流效應(yīng)，使得傳感器感應(yīng)靈敏度低；而當(dāng)被測(cè)體為非導(dǎo)磁或弱導(dǎo)磁材料(如銅、鋁、合金鋼等)時(shí)，由于磁效應(yīng)弱，相對(duì)來(lái)說(shuō)渦流效應(yīng)要強(qiáng)，因此傳感器感應(yīng)靈敏度要高。
