浙江ML33系列電渦流位移傳感器

米朗科技電渦流位移傳感器

工作原理  

電渦流傳感器系統的工作原理是電渦流效應，屬于一種電感式測量原理。電渦流效應源自振蕩電路的能量。而電渦流需要在可導電的材料內才可以形成。給傳感器探頭內線圈導入一個交變電流,可以在探頭線圈周圍形成一個磁場。如果將一個導體放入這個磁場,根據法拉第電磁感應定律,導體內會激發出電渦流。根據楞茲定律,電渦流的磁場方向與線圈磁場正好相反,而這將改變探頭內線圈的阻抗值。這個阻抗值的變化與線圈到被測物體之間的距離直接相關。傳感器探頭連接到控制器后,控制器可以從傳感器探頭內獲得電壓值的變化量,并以此為依據,計算出對應的距離值,電渦流測量原理可以測量所有導電材料。

由于電渦流可以穿透絕緣體,即使表面覆蓋有絕緣體的金屬材料,也可以作為電渦流傳感器的被測物體。獨特的圈式繞組設計在實現傳感器外形極致緊湊的同時,可以滿足其運轉于高溫測量環境的要求。

應用范圍

通過測量金屬被測體與探頭端的相對位置、電渦流位移傳感器感應并處理成相應的電信號輸出。傳感器可長期可靠工作、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，在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中被廣泛應用，并且被擴展到衛星發射、材料鑒定、稱重測量、金屬板厚測量、材料形變量等應用領域。

性能參數

接線定義

產品尺寸

ML33傳感器系統有探頭、前置器、電纜以及附件組成。

1、探頭

      通常探頭由線圈、頭部、殼體、高頻電纜、高頻接頭組成，其典型結構見圖所示。

探頭典型結構圖示

    在制作過程中，探頭頭部體一般采用耐高溫PPS工程塑料或耐高溫的聚四氟，通過“二次注塑”成型將線圈密封其中。使探頭在惡劣的環境中能可靠工作。由于頭部體線圈直徑決定傳感器系統的線性量程，因此我們通常用頭部體外部直徑來分類和表征各型號探頭，一般情況下傳感器系統的線性量程大致是探頭頭部直徑的1/2～1/4倍。ML33系列傳感器共有Φ5、Φ8、Φ11，Φ16、Φ25、Φ50、Φ60共7種直徑的頭部 見圖所示：

探頭殼體用于連接和固定探頭頭部，并用為探頭安裝時的裝夾結構。殼體一般采用黃銅鍍鎳工藝制成，上面刻有標準螺紋，并備有鎖緊螺母。為了能適應不同的應用和安裝場合，探頭殼體具有不同的形式和不同的螺紋及尺寸規格。

2、前置器

前置器是整個傳感器系統的信號處理中心。一方面，前置器為探頭線圈提供高頻交流激勵電流使探頭工作；另一方面，前置器通過特殊電路感應出探頭頭部體與頭部體前金屬導體的間隙變化，經過前置器的處理，產生隨間隙線性變化而變化的電壓或電流輸出信號。

ML33系列前置器外形尺寸圖

產品命名規則

1、探頭命名規則

●  A  □□:探頭量程代號選擇

▼   探頭代號分類

●  B□□    無螺紋長選擇

  探頭無螺紋部分是為了方便安裝、減少無效的螺紋長度、使擰接螺栓更為快捷

  ▼公制螺紋探頭

● C □□ 殼體長度選擇

探頭殼體長度根據現場的使用情況而定，為了保證測量精度、避免探頭桿的自身振動帶來測量干擾，建議不要使用超過300㎜長的殼體長度；當必須使用時，應附加一個增強探頭桿強度的安裝附件。

▼公制殼體長度

2、前置器命名規則

● A □    前置器外殼選擇

      A:  A型外殼

        B:  B 型外殼

        R:  RS485專用

● B □    輸出方式選擇

A:  表示電流4—20MA輸出         + 24V DC 供電  

V1-1: 表示電壓0—5V 輸出        ±15V～±18V DC 供電

V1-2: 表示電壓0—5V輸出         + 12V DC 供電

V1-3: 表示電壓0—5V輸出         + 24V DC 供電

V2-1: 表示電壓0—10V 輸出       ±15V～±18V DC 供電

V2-2: 表示電壓0—10V輸出        + 12V DC 供電

V2-3: 表示電壓0—10V輸出        + 24V DC 供電

R:  表示RS485輸出               + 12V DC  供電 

安裝使用

探頭的安裝

1、根據測量部位的量程、安裝空間的環境和尺寸、被測體材料等特性選定傳感器，并檢查傳感器的各部分外觀是否完好、各部分是否配套（如探頭直徑與前置器型號中規定的配套探頭直徑是否一致、探頭電纜長度是否符合前置器對電纜長度的要求等）。通常成套訂購的傳感器，在出廠時提供有數據校驗單，校驗單上注明了配套校準的傳感器各部分的型號、編號，用戶可據此與產品上的標記核對。然后在傳感器的探頭、前置器上分別進行特定標記。

2、探頭的電纜接頭是和內部電路相接的，而且不具備密封性。為了避免接頭和機殼接觸以及加強密封性，應該采用熱縮套管加熱收縮包緊接頭。這樣還能起到防止接頭松動的作用。不要用粘性的電工膠帶來絕緣接頭，因為油霧會溶解膠帶上的粘性物而污染接頭。  

3、探頭電纜長度一經選定，在使用時不能隨意縮短或加長，過長的電纜不能隨意剪斷，否則可能造成傳感器嚴重超差或不能正常工作。探頭電纜長度應該與前置器要求的電纜長度一致。除非特殊規格。

4、將傳感器各部分聯接好，通電檢查傳感器，若超差，則需進行重新校準。檢查時應特別注意校準試件材料是否與被測體材料一致或具有相近成分。

5、如果未定購配套的安裝支架，則應自行加工合適的安裝支架。外部安裝探頭支架比較復雜，一般應訂購。

6、在機座上加工支撐安裝支架的螺孔，內部安裝探頭的支架一般都需要兩個螺孔進行緊固，外部安裝探頭的一般都是在機殼上加工帶螺紋的通孔。

7、緊固安裝探頭支架。如果是外部安裝探頭，則應先將探頭緊固在支架上，再將支架擰進安裝孔內。

8、調整探頭安裝間隙。不同的用途，探頭的初始安裝間隙有不同的要求。

9、緊固安裝探頭。對于內部安裝探頭，如果是采用角鋼支架則用兩個螺母背緊，采用夾塊則用緊固螺釘鎖緊；對于外部安裝探頭，則緊固外部安裝支架。緊固螺釘、螺母都應加彈簧墊圈以防松動。

前置器的安裝

變送器對工作環境的要求比探頭嚴格得多，通常將它安裝在遠離危險區，其周圍環境應該無腐蝕性氣體，干燥、震動小，環境溫度與室溫相差不大。在機器旁安裝，為了保證變送器工作安全可靠，有必要采用專用安裝盒。為了防止不同地電位造成的干擾，必須采用單點接地。

注意事項

1、對探頭安裝間隙的要求

安裝探頭時，應考慮傳感器的線性測量范圍和被測間隙的變化量，當被測間隙總的變化量與傳感器的線性工作范圍接近時，尤其要注意（在訂貨選型時應使所選的傳感器線性范圍大于被測間隙的15%以上）。通常，測量振動時，將探頭的安裝間隙設在傳感器的線性中點；測量位移時，要根據位移往哪個方向變化或往哪個方向的變化量較大來決定其安裝間隙的設定。 當位移向遠離探頭端部的方向變化時，安裝間隙應設定在線性近端；反之，則應設在線性遠端。

　　調整探頭安裝間隙可以采用下列方法

連接好探頭、延伸電纜、前置器，接通傳感器系統電源，用萬用表電壓檔監測前置器的輸出，同時調節探頭與被測面的間隙，當前置器的輸出等于安裝間隙所對應的電壓或電流時（該值可由傳感器校準數據單中查得），再擰緊探頭所帶的兩個緊固螺母即可。

   　通過測量前置器輸出電壓來確定安裝間隙，有可能會產生一種假象：當探頭頭部還未露出安裝孔時，由于安裝孔周圍的金屬影響，可能使得前置器的輸出等于安裝間隙所對應的電壓或電流輸出值。探頭調整到正確的安裝位置，前置器的輸出應該是：首先是較大的飽和輸出（此時探頭還未放進安裝孔中），然后是較小的輸出（此時探頭放進安裝孔內），繼續將探頭塞進安裝孔，前置器的輸出會變為Z大的輸出（ 此時探頭頭部露出安裝孔，但與被測面的間隙較大），再繼續塞進探頭，前置器的輸出等于安裝間隙所對應的值，此時探頭才是正確的安裝間隙。

2、對初始間隙的要求

  各種型號電渦流傳感器，都是在一定的間隙電壓值下它的讀數才有較好的線性度，所以在安裝傳感器時必須調整好合適的初始間隙，對每一套產品都會進行特性試驗，繪出相應的特性曲線，工程技術人員在使用傳感器的時候必須仔細研究配套的校驗證書，認真分析特性曲線，以確定傳感器是否滿足所要測量的間隙，一般傳感器直徑越大所測量間隙也越大。

3、對探頭支架的要求

  電渦流傳感器安裝在固定支架上，因此支架的好壞直接決定測量的效果，這就要求支架應有足夠的剛度以提高自振頻率，避免或減小被測體振動時支架也同時受激自振，支架的自振頻率至少應為機械旋轉速度的10倍，支架應與被測表面切線方向平行，傳感器垂直安裝在支架上，雖然探頭的中心線在垂直方向偏15°角時對系統特性沒有影響，但Z好還是保證傳感器與被測面垂直。

4、被測體材料對傳感器測量結果的影響

 傳感器特性與被測體的電導率磁導率有關，當被測體為導磁材料（如普通鋼、結構鋼等）時，由于渦流效應和磁效應同時存在，且磁效應反作用于渦流效應，使得渦流效應減弱，即傳感器的靈敏度降低。而當被測體為弱導磁材料（如銅，鋁，合金鋼等）時，由于磁效應弱，相對來說渦流效應要強，因此傳感器感應靈敏度要高。

銅：                    14.9V/mm

        鋁：                    14.0V/mm

        不銹鋼（1Cr18Ni9Ti):    10.4V/mm

        45號鋼：                8.2V/mm

        40CrMo鋼：              8.0V/mm

5、被測體表面加工狀況對傳感器測量結果的影響

被測體正對探頭的表面光潔度也會影響測量結果！不光滑的被測體表面，在實際的測量應用中會帶來較大的附加誤差，特別是對于振動測量，誤差信號與實際的振動信號疊加一起，并且在電氣上很難分離，因此被測表面應該光潔，不應存在刻痕、洞眼、凸臺、凹槽等缺陷（對于特意為鍵相器、轉速測量設置的凸臺或凹槽除外）。一般對于振動測量的被測表面粗糙度要求在0.4um～0.8um之間；對于位移測量被測表面粗糙度要求在0.4um～1.6um之間。如果不能滿足，需要對被測面進行衍磨或拋光。

6、被測體表面殘磁效應對傳感器的影響

  電渦流效應主要集中在被測體表面，如果由于加工過程中形成殘磁效應，以及淬火不均勻、硬度不均勻、金相組織不均勻、結晶結構不均勻等都會影響傳感器特性。在進行振動測量時，如果被測體表面殘磁效應過大，會出現測量波形發生畸變。

7、被測體表面鍍層對傳感器的影響

　 被測體表面的鍍層對傳感器的影響相當于改變了被測體材料，視其鍍層的材質、厚薄，傳感器的靈敏度會略有變化。

8、被測體表面尺寸對傳感器的影響

　 由于探頭線圈產生的磁場范圍是一定的，而被測體表面形成的渦流場也是一定的。這樣就對被測體表面大小有一定要求。為了防止電渦流產生的磁場影響儀器的正常輸出安裝時傳感器頭部四周必須留有一定范圍的非導電介質空間，如果在某一部位要同時安裝兩個以上的傳感器，就必須考慮是否會產生交叉干擾，兩個探頭之間一定要保持規定的距離。

通常，當被測體表面為平面時，以正對探頭中心線的點為中心，被測面直徑應大于探頭頭部直徑的1.5倍以上；當被測體為圓軸且探頭中心線與軸心線正交時，一般要求被測軸直徑為探頭頭部直徑的3倍以上，否則傳感器的靈敏度會下降，被測體表面越小，靈敏度下降越多。當被測體表面大小與探頭頭部直徑相同，其靈敏度會下降到72%左右。被測體的厚度也會影響測量結果。被測體中電渦流場作用的深度由頻率、材料導電率、導磁率決定。因此如果被測體太薄，將會造成電渦流作用不夠，使傳感器靈敏度下降，一般要求厚度大于0.1mm以上的鋼等導磁材料及厚度大于0.05mm以上的銅、鋁等弱導磁材料，則靈敏度不會受其厚度的影響。

9、高頻同軸電纜對傳感器的影響

  高頻同軸電纜也是影響電渦流傳感器電氣性能的一個主要原因。由于傳感器工作在高頻狀態（振蕩頻率約1MHZ左右），所以高頻同軸電纜的頻率衰減、溫度特性、阻抗、長度等都成為影響傳感器性能的因素！

10、外界磁場對傳感器的影響

   電渦流傳感器屬于電感式傳感器，由于其主要作用原理就是電渦流效應，所以，對于外界磁場的影響在工程應用中應該充分考慮！強的外界磁場肯定會影響傳感器的性能。

l 對于外界靜磁場，由于靜磁場強度是一定的，方向與渦流磁場可能呈現現各種狀況，而一旦外界靜磁場方向確定，其對渦流磁場的干擾也是一定的了。所以在實際的工程應用中，靜磁場的影響可以通過現場的試驗測量出傳感器靈敏度的變化，通過后續電路或軟件算法排除。

l 對于外界交變磁場，例如大型勵磁機、頻繁啟動的大型電機、啟動機等，其磁場方向和強度都可能不是一個確定的值，因而產生的量使渦流傳感器遠記交變磁場的作用范圍，或采取磁場屏蔽措施使產生的影響Z小。