電渦流傳感器的應(yīng)用
　　
　　目錄
　　
　　前言2
　　
　　*章綜述2
　　
　　*節(jié)系統(tǒng)簡介2
　　
　　為何采用電渦流位移傳感器2
　　
　　系統(tǒng)組成2
　　
　　與美國本特利（BN）公司產(chǎn)品兼容2
　　
　　第二節(jié)系統(tǒng)的工作原理2
　　
　　第三節(jié)產(chǎn)品說明2
　　
　　探頭2
　　
　　延伸電纜2
　　
　　前置器2
　　
　　產(chǎn)品出廠標(biāo)記2
　　
　　標(biāo)準(zhǔn)配套附件2
　　
　　相關(guān)資料2
　　
　　第四節(jié)被測體尺寸與材料的影響2
　　
　　被測體尺寸的影響2
　　
　　被測體表面加工狀況的影響2
　　
　　被測體材料的影響2
　　
　　被測體表面殘磁效應(yīng)的影響2
　　
　　被測體表面鍍層的影響2
　　
　　第二章使用說明2
　　
　　*節(jié)驗(yàn)收與保存2
　　
　　出廠包裝2
　　
　　到貨驗(yàn)收2
　　
　　貯存2
　　
　　第二節(jié)傳感器的典型應(yīng)用2
　　
　　軸的徑向振動(dòng)測量2
　　
　　軸向位移測量2
　　
　　鑒相器測量2
　　
　　轉(zhuǎn)速測量2
　　
　　第三節(jié)探頭的安裝2
　　
　　安裝探頭時(shí)，您應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：2
　　
　　各探頭間的距離2
　　
　　探頭頭部與安裝面的距離2
　　
　　探頭安裝支架選擇2
　　
　　探頭安裝間隙2
　　
　　探頭所帶電纜的安裝2
　　
　　電纜接頭的密封與絕緣2
　　
　　探頭的抗腐蝕性2
　　
　　探頭的高壓環(huán)境2
　　
　　探頭安裝的一般步驟2
　　
　　第四節(jié)延伸電纜的安裝2
　　
　　延伸電纜轉(zhuǎn)接頭的密封與絕緣2
　　
　　鋪設(shè)延伸電纜管道2
　　
　　延伸電纜安裝的一般步驟2
　　
　　第五節(jié)前置器的安裝2
　　
　　第六節(jié)系統(tǒng)連接2
　　
　　第三章校準(zhǔn)與維修2
　　
　　*節(jié)校準(zhǔn)2
　　
　　什么情況下應(yīng)該對(duì)傳感器進(jìn)行重新校準(zhǔn)？2
　　
　　校準(zhǔn)裝置與設(shè)備2
　　
　　校準(zhǔn)步驟2
　　
　　第二節(jié)故障維修2
　　
　　初步檢查步驟2
　　
　　附錄A型號(hào)命名與選型說明2
　　
　　*節(jié)探頭型號(hào)、規(guī)格2
　　
　　第二節(jié)前置器型號(hào)、規(guī)格2
　　
　　第三節(jié)延伸電纜型號(hào)、規(guī)格2
　　
　　附錄B技術(shù)規(guī)范2
　　
　　*節(jié)技術(shù)要求2
　　
　　傳感器安全可靠性能2
　　
　　技術(shù)指標(biāo)2
　　
　　系統(tǒng)指標(biāo)2
　　
　　探頭指標(biāo)2
　　
　　前置器指標(biāo)2
　　
　　延伸電纜指標(biāo)2
　　
　　外觀2
　　
　　第二節(jié)技術(shù)指標(biāo)測試方法2
　　
　　測試設(shè)備2
　　
　　除有特殊要求外均按下列環(huán)境要求作試驗(yàn)2
　　
　　傳感器測試2
　　
　　前言
　　
　　本手冊適用于對(duì)電子儀表以及對(duì)設(shè)備監(jiān)測有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員。您可以通過本手冊，了解由美國普林斯頓科技有限公司提供技術(shù)，上海航振儀器調(diào)試總裝的HZ891XL系列電渦流位移傳感器系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)組成、產(chǎn)品性能，并獲得傳感器安裝、維修方面的有關(guān)建議。
　　
　　本手冊*章綜合介紹了傳感器的*性能、各部分組成結(jié)構(gòu)以及傳感器系統(tǒng)的基本工作原理和影響傳感器系統(tǒng)工作的一些因素。第二章介紹了對(duì)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)收的一般程序，以及對(duì)傳感器系統(tǒng)zui常見的三種使用方式和系統(tǒng)進(jìn)行安裝時(shí)應(yīng)注意的問題提出了一些建議。第三章介紹了傳感器系統(tǒng)的重新校準(zhǔn)以及故障檢查和維修的方法。另外附錄A提供了傳感器系統(tǒng)的型號(hào)命名和選型說明，附錄B提供了傳感器系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。
　　
　　本手冊中有關(guān)傳感器的型號(hào)規(guī)格的規(guī)定以及傳感器的詳細(xì)技術(shù)規(guī)范是依據(jù)美國石油部標(biāo)準(zhǔn)API670提出的。本手冊提出的一些安裝傳感器系統(tǒng)方面的建議，主要參照API670標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)驗(yàn)所得，可作您參考之用。
　　
　　若有不詳之處，敬請來電來函。
　　
　　*章綜述
　　
　　*節(jié)系統(tǒng)簡介
　　
　　為何采用電渦流位移傳感器
　　
　　●電渦流位移傳感器可以準(zhǔn)確測量被測體（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期工作可靠性好、靈敏度高、抗*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(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)行長期實(shí)時(shí)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(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)及進(jìn)行預(yù)測性維修。
　　
　　●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量轉(zhuǎn)軸的各種運(yùn)行狀態(tài)，測量結(jié)果可靠、可信。過去，對(duì)于機(jī)械的振動(dòng)測量采用加速度傳感器或速度傳感器，通過測量機(jī)殼振動(dòng)，間接地測量轉(zhuǎn)軸振動(dòng)，測量結(jié)果的可信度不高。
　　
　　系統(tǒng)組成
　　
　　系統(tǒng)主要包括前置器、延伸電纜（用戶可以根據(jù)需要選擇）、探頭和附件。
　　
　　與美國本特利（BN）公司產(chǎn)品兼容
　　
　　HZ891XL系列電渦流位移傳感器的各項(xiàng)性能指標(biāo)相當(dāng)或接近美國本特利（BN）公司3300、3300XL系列產(chǎn)品水平，可直接替換BN公司3300、3300XL、7200系列產(chǎn)品。
　　
　　第二節(jié)系統(tǒng)的工作原理
　　
　　圖1-2電渦流作用原理圖
　　
　　圖1-3傳感器原理框圖
　　
　　圖1-4傳感器輸出特性曲線
　　
　　傳感器系統(tǒng)的工作機(jī)理是電渦流效應(yīng)。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H1。如果在磁場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H1將在導(dǎo)體的表面產(chǎn)生電渦流場，該電渦流場也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方向與H1相反的交變磁場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，即改變了線圈的有效阻抗。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δ，線圈激勵(lì)電流強(qiáng)度I和頻率ω等參數(shù)來描述。因此線圈的阻抗可用函數(shù)Z=F（μ,σ,r,I,ω）來表示。
　　
　　如果控制μ、σ、r、δ、I、ω恒定不變，那么阻抗Z就成為距離δ的單值函數(shù)，由麥克斯韋爾公式，可以求得此函數(shù)為一非線性函數(shù)，其曲線為“S”形曲線，在一定范圍內(nèi)可以近似為一線性函數(shù)。
　　
　　在實(shí)際應(yīng)用中，通常是將線圈密封在探頭中，線圈阻抗的變化通過封裝在前置器中的電子線路的處理轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。這個(gè)電子線路并不是直接測量線圈的阻抗，而是采用并聯(lián)諧振法，見圖1-3，即在前置器中將一個(gè)固定電容和探頭線圈Lx并聯(lián)與晶體管T一起構(gòu)成一個(gè)振蕩器，振蕩器的振蕩幅度Ux與線圈阻抗成比例，因此振蕩器的振蕩幅度Ux會(huì)隨探頭與被測間距δ改變。Ux經(jīng)檢波濾波，放大，非線性修正后輸出電壓Uo，Uo與δ的關(guān)系曲線如圖1-4所示，可以看出該曲線呈“S”形，即在線性區(qū)中點(diǎn)δ0處（對(duì)應(yīng)輸出電壓U0）線性，其斜率（即靈敏度）較大，在線性區(qū)兩端，斜率（靈敏度）逐漸下降，線性變差。（δ1，U1）——線性起點(diǎn)，（δ2，U2）——線性末點(diǎn)。
　　
　　第三節(jié)產(chǎn)品說明
　　
　　探頭
　　
　　探頭對(duì)正被測體表面，它能地探測出被測體表面相對(duì)于探頭端面間隙的變化。通常探頭由線圈、頭部、殼體、高頻電纜、高頻接頭組成，其典型結(jié)構(gòu)見圖1-5所示。
　　
　　圖1-5探頭典型結(jié)構(gòu)
　　
　　線圈是探頭的核心，它是整個(gè)傳感器系統(tǒng)的敏感元件，線圈的物理尺寸和電氣參數(shù)決定傳感器系統(tǒng)的線性量程以及探頭的電氣參數(shù)穩(wěn)定性。
　　
　　探頭頭部采用耐高低溫的PPS工程塑料，通過“二次注塑”工藝將線圈密封其中。這項(xiàng)技術(shù)增強(qiáng)了探頭頭部的強(qiáng)度和密封性，在惡劣環(huán)境中可以保護(hù)頭部線圈能可靠工作。頭部直徑取決于其內(nèi)部線圈直徑，由于線圈直徑?jīng)Q定傳感器系統(tǒng)的基本性能——線性量程，因此我們通常用頭部直徑來分類和表征各型號(hào)探頭，一般情況傳感器系統(tǒng)的線性量程大致是探頭頭部直徑的1/2～1/4。我們?yōu)镠Z891XL系列設(shè)計(jì)了φ5、φ8、φ11、φ25、φ50五種直徑的頭部（見附錄A），也可生產(chǎn)其它規(guī)格的頭部體。
　　
　　探頭殼體用于支撐探頭頭部，并作為探頭安裝時(shí)的裝夾結(jié)構(gòu)。殼體采用不銹鋼制成，一般上面刻有標(biāo)準(zhǔn)螺紋，并備有鎖緊螺母。為了能適合不同的應(yīng)用和安裝場合，探頭殼體具有不同的型式和不同的螺紋及尺寸規(guī)格（見附錄A）。
　　
　　高頻電纜是用于聯(lián)接探頭頭部到前置器（有時(shí)中間帶有延伸電纜轉(zhuǎn)接），這種電纜是用氟塑料絕緣的射頻同軸電纜，通常電纜長度有0.5m、1m、5m、9m四種選擇（見附錄A），當(dāng)選擇0.5m和1m時(shí)必須用延伸電纜以保證系統(tǒng)的總的電纜長度為5m或9m，至于選擇5m還是9m應(yīng)該是考慮能滿足將前置器安裝在設(shè)備機(jī)組的同一側(cè)來決定。根據(jù)探頭的應(yīng)用場合和安裝環(huán)境，探頭所帶電纜可以配有不銹鋼軟管鎧裝（可選擇），以保護(hù)電纜不易被損壞，對(duì)于現(xiàn)場安裝探頭電纜無管道布置的情況，應(yīng)該選擇鎧裝。
　　
　　HZ891XL探頭、延伸電纜和前置器都帶有防腐蝕的符合美國軍用規(guī)范MIL-C-39012的鍍金銅接頭。這些接頭只需用手指緊固（接頭會(huì)自動(dòng)“鎖住”），特殊的機(jī)械鎖緊裝置能防止連接松動(dòng)。接頭在安裝或拆卸時(shí)不需要特殊的工具。。
　　
　　探頭整體各部件通過機(jī)械變形聯(lián)接，在惡劣環(huán)境中可以保證探頭的穩(wěn)定性和可靠性。
　　
　　延伸電纜
　　
　　作為系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，延伸電纜（如圖1-6所示）用來聯(lián)接和延長探頭與前置器之間的距離，您可以對(duì)延伸電纜長度和是否需要帶鎧裝進(jìn)行選擇（詳見附錄A），選擇延伸電纜的長度應(yīng)該使延伸電纜長度加探頭電纜長度與配套前置器所要求的長度一致（5m或9m），鎧裝選擇的情況同探頭電纜。
　　
　　圖1-6延伸電纜
　　
　　采用延伸電纜的目的是為了減短探頭所帶電纜長度，對(duì)于用螺紋安裝探頭時(shí)，需轉(zhuǎn)動(dòng)探頭，過長的電纜不便使電纜隨探頭轉(zhuǎn)動(dòng)，容易扭斷電纜，這種情形在探頭安裝部分有進(jìn)一步說明。
　　
　　延伸電纜的兩端接頭不同，帶陽螺紋的接頭（轉(zhuǎn)接頭）與探頭聯(lián)接，帶陰螺紋的接頭與前置器聯(lián)接。
　　
　　前置器
　　
　　前置器是一個(gè)電子信號(hào)處理器。一方面前置器為探頭線圈提供高頻交流電流；另一方面，前置器感受探頭前面由于金屬導(dǎo)體靠近引起探頭參數(shù)的變化，經(jīng)過前置器的處理，產(chǎn)生隨探頭端面與被測金屬導(dǎo)體間隙線性變化的輸出電壓或電流信號(hào)。
　　
　　HZ891XL系列前置器提供兩種安裝方式及兩種輸出方式：
　　
　　前置器及安裝方式如圖1-7所示。
　　
　　●外形尺寸：78mm×61mm×65mm（底板式安裝,與我公司HZ891,BN公司3300系列兼容）;
　　
　　90mm×35mm×70mm（導(dǎo)軌式安裝,與BN公司3300XL系列兼容）。
　　
　　●安裝尺寸：底板安裝，51mm×51mm，采用四個(gè)M4×12GB29-76螺栓安裝（產(chǎn)品附件）；
　　
　　導(dǎo)軌安裝，可以方便地安裝在標(biāo)準(zhǔn)35mm導(dǎo)軌上。
　　
　　●電壓輸出：供電電源Ut：-20Vdc～-26Vdc，輸出電壓極限：-0.7V～（Ut+1）V，線性范圍輸出起始電壓：-2V～-18V；
　　
　　供電電源Ut：±12V～±15V，輸出0V～+5V、+1V～+5V、-5V～+5V、0V～+10V、+2V～+10V、-10V～+10V。
　　
　　●電流輸出：供電電源Ut：+18Vdc～+30Vdc，輸出電流：4～20mA。
　　
　　●接線方式：采用SpringLoc端子，有自動(dòng)緊固的功能，不需要安裝工具即可接線，由于不需要螺栓固定，不會(huì)發(fā)生松動(dòng)，。
　　
　　●前置器外殼是用鋁鑄造而成，為了屏蔽外界干擾，在前置器內(nèi)部已將殼體與信號(hào)公共端（信號(hào)地）聯(lián)接；安裝底板和導(dǎo)軌卡座均為工程絕緣塑料，這樣可以保證在安裝前置器時(shí)，使前置器殼體與大地隔離（即所謂“浮地”）。
　　
　　●將前置器反面的標(biāo)簽撕下，打開蓋板,可以對(duì)前置器進(jìn)行校準(zhǔn)（校準(zhǔn)的詳細(xì)介紹見第三章），除非需要進(jìn)行傳感器系統(tǒng)重新校準(zhǔn)或前置器出現(xiàn)故障，一般不要打開蓋板。
　　
　　●
　　
　　圖1-7前置器
　　
　　前置器的實(shí)用設(shè)計(jì)：
　　
　　●前置器的結(jié)構(gòu)使高頻插座內(nèi)凹，不易損壞高頻插座。
　　
　　●三端SpringLoc端子鑲嵌固定，直接與內(nèi)部電路連接，確保連接可靠性。
　　
　　●前置器的容錯(cuò)性：電源端、公共端（信號(hào)地）、輸出端任意接線錯(cuò)誤不會(huì)損壞前置器，電源極性錯(cuò)誤保護(hù)，輸出短路保護(hù)。
　　
　　●前置器的核心是電子線路板，除個(gè)別校準(zhǔn)用的元件外，其它元件均用環(huán)氧樹脂膠灌封，這樣可以提高前置器的抗振、防潮性能。前置器在出廠校準(zhǔn)后，各校準(zhǔn)元件也用硅膠密封，用戶自行校準(zhǔn)后，也應(yīng)這樣做。關(guān)于校準(zhǔn)的詳細(xì)介紹見第三章。
　　
　　產(chǎn)品出廠標(biāo)記
　　
　　●前置器的型號(hào)和編號(hào)貼在前置器殼體表面。
　　
　　●探頭及延伸電纜的型號(hào)和編號(hào)也分別并封在電纜上靠近高頻接頭處的一段透明熱縮套管里。
　　
　　您可以根據(jù)出廠校驗(yàn)單上所標(biāo)明的各型號(hào)和編號(hào)，對(duì)照產(chǎn)品上的標(biāo)簽，按出廠校準(zhǔn)的情況進(jìn)行系統(tǒng)配套，這樣在出廠后一年內(nèi)使用此傳感器系統(tǒng)時(shí)可以不再校準(zhǔn)。但是，一般要求在傳感器使用前都應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)檢查，尤其是當(dāng)使用條件與出廠校準(zhǔn)條件不同時(shí)，如被測體材料與出廠校準(zhǔn)單注明校準(zhǔn)材料牌號(hào)不同。
　　
　　標(biāo)準(zhǔn)配套附件
　　
　　●每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)安裝探頭配2個(gè)螺母（六角薄螺母GB6173-86，材料1Cr18Ni9Ti，螺紋規(guī)格與探頭螺紋規(guī)格一致）、2個(gè)墊片（GB97-76，規(guī)格與探頭螺紋配套）、2個(gè)彈簧墊圈（GB93-76，規(guī)格與探頭螺紋配套），每個(gè)反裝探頭配1個(gè)螺母、1個(gè)墊圈、1個(gè)彈簧墊圈，無螺紋探頭一般無配套零件。
　　
　　●每個(gè)探頭配熱縮套管：規(guī)格φ8，透明，長200mm（用于編號(hào)及保護(hù)轉(zhuǎn)接頭）。
　　
　　●每個(gè)前置器配安裝面板及導(dǎo)軌底座。
　　
　　●以上附件均可單獨(dú)供貨。
　　
　　相關(guān)資料
　　
　　●產(chǎn)品合格證及出廠校驗(yàn)單
　　
　　●使用手冊（本手冊）
　　
　　●裝箱單
　　
　　第四節(jié)被測體尺寸與材料的影響
　　
　　在系統(tǒng)的工作原理部分，介紹了被測金屬導(dǎo)體的磁導(dǎo)率μ、電導(dǎo)率σ、尺寸因子r對(duì)測量也有影響，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)格地講被測體也是傳感器系統(tǒng)的一部分，即被測體的性能參數(shù)也會(huì)影響整個(gè)傳感器系統(tǒng)的性能。
　　
　　被測體尺寸的影響
　　
　　圖1-8被測體中電渦流效應(yīng)范圍
　　
　　探頭線圈產(chǎn)生的磁場范圍是一定的，在被測體表面形成的渦流場也是一定的，如圖1-8所示的渦流區(qū)效應(yīng)范圍，幾何尺寸可按下列公式計(jì)算：
　　
　　C=0.86ras
　　
　　ri=0.52ras
　　
　　ra=1.39ras