电涡流传感器剖析电涡流传感器工作原理

2020-11-19作者：电工小雨我要评论

今天小编要和大家分享的是电涡流传感器剖析电涡流传感器工作原理，接下来我将从电涡流传感器的剖析，电涡流传感器的工作原理，电涡流传感器的电涡流检测，电涡流传感器的规范要求，这几个方面来介绍。

电涡流传感器剖析电涡流传感器工作原理

电涡流传感器是一种非接触式的线性化测量工具。它建立在涡流效应的原理上，不但可以实现非接触地测量物体表面为金属导体的多种物理量，也可用于无损探伤。并且，它具有长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响等优点,主要作用于大型旋转机械在线状态监测与故障诊断中。

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电涡流传感器的剖析

电涡流传感器系统由传感器与壳体、前置器、相连。

延长电缆为耐高温射频电缆，其两端的接头是传感器探头与前置器相连接而设的。电缆长度为5M或9M。

其工作过程是，当被测金属与探头之间距离发生变化时，探头中线圈的电感量发生变化，电感量的变化引起了振荡器的振荡电压幅度变化，这个随距离变化的振荡电压经检波，滤波和线性较正后变成了与位移成正比的电压量。

主要应用场合有：

轴转速测量、轴位移测量、轴振动和轴的轨迹测量、轴对中测量、轴偏心测量、差胀测量、壳胀测量、转子动平衡、轴承油膜厚度测量

电涡流传感器的工作原理

电涡流传感器的基本原理是通过测量L、Z、Q的变化量来测量位移。

电涡流传感器主要由一个扁平线圈构成。图1为电涡流传感器原理图，

在离线圈(电涡流传感器)1某一距离d(可变)处有一块金属板导体(被测体)2。当线圈中通以频率为的高频交变电流i时，线圈周围便产生一高频交变的磁场。在此磁场范围的金属板内便会产生高频感应电流i。，由于这种电流在导体内呈闭合旋涡形状，故称之为涡流。同时，此电涡流也将产生一个交变磁场。根据有关电磁定律，电涡流磁场总是抵抗原磁场的存在，使导体内产生电涡流损耗，并引起原边线圈的等效电感L、等效阻抗z和品质因素Q降低。

电感量L的变化大小与线圈的外形尺寸r、被测距离d、金属体材料的电阻率ρ、磁导率μ、激励电流i及激励电流角频率ω等因素有关，即对指定的传感器探头，若金属导体为某一均质材料，激励电流是稳频稳幅的，则r，ρ、μ、ω、i均为定值，L仅与被测距离d有关，即等效电感L的变化可近似认为是距离d变化的单值函数。

事实上，金属导体内的涡流难以直接测量，但涡流所产生的磁场对原激励磁场产生影响，使原边线圈的等效电感L、等效阻抗Z和品质因素Q发生变化。

电涡流传感器的电涡流检测

电涡流检测的工作原理是检测激励线圈磁场和感应涡流磁场之间的交互作用。当敏感线圈通入交流电流时，线圈周围就会产生交变磁场，如图1（a），如果此时将金属导体耙材移入此交变磁场中，耙材表面就会感应出电涡流，而此电涡流又会产生一个磁场，该磁场的方向与原线圈磁场的方向正好相反，而减弱了原磁场。

图1电涡流检测的原理

电涡流传感器通常有两种检测方法。一种是单线圈检测的方法，通过检测敏感线圈阻抗的变化来反映磁场的变化情况。线圈的等效阻抗z一般可表示为函数：

Z=F（σ，μ，f，x，r）

式中：σ，μ分别是被测金属导体的电导率和磁导率；f是激励信号的频率；x是线圈与金属导体的距离；r是线圈的尺寸因子，与线圈的结构、形状以及尺寸相关。

可见，线圈阻抗的变化完整而且唯一地反映了被测金属导体的电涡流效应。实际检测时，对不需要的影响因素加以控制，就可以实现对上式中某个相关量的检测。作为接近式传感器，线圈到金属耙材之间的距离与线圈的阻抗直接相关，而检测金属表面或近表面的缺陷时，缺陷的存在将引起被测导体电导率和磁导率的变化，进而使线圈的阻抗参数发生改变。

另一种方法是双线圈检测，如图1（b），通过使用另外一个线圈作为检测线圈，检测这两个磁场的叠加效果。根据法拉第电磁感应定律，检测线圈中将会产生一个感应电动势：

式中：ψ是通过线圈的交变磁场的磁通量；n是线圈的绕线圈数。

通过测量检测线圈中产生的电压即可非常容易地得到磁场的变化情况。

电涡流传感器的规范要求

探头、延伸电缆在-20℃～150℃，前置器在-20℃～+85℃；相对湿度95[%]环境中。在室温22℃，被测体材料为AISI4140(42CrMoA钢),-24VDC（电源输出电流不小于50mA，纹波小于10mV），负载10KΩ条件下，系统满足：

○供电电压每变化1V，输出变化小于1.8mV。

○前置器功耗不大于12mA。

○输出阻抗不大于10欧，最大输出电流50mA(输出方式出恒流外)，最大驱动信号电缆长度300m。

○频率响应DC0～10KHz；(对Ф3、Ф5、Ф8、Ф10而言，在0～-3dB，300米接线条件下测试)

○线性误差±1[%]（包括互换性误差在内，φ3mm、φ4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm、φ11mm、φ14mm探头规格而言）

线性量程、线性范围、线性误差、最小被测面积

探头直径(mm)线性量程（mm）线性起始点（mm）线性误差最小被测面积（mm）