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系統(tǒng)簡(jiǎn)介

為何采用電渦流傳感器

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。

系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要包括探頭、延伸電纜（用戶可以根據(jù)需要選擇）、前置器和附件。

與美國(guó)本特利（BN）公司產(chǎn)品兼容

   DF3100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(guó)本特利（BN）公司產(chǎn)品水平，可直接替換（BN）公司3300、7200、及3300 XL系列產(chǎn)品。

傳感器系統(tǒng)的工作原理是電渦流效應(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的范圍沒有金屬導(dǎo)體接近，則發(fā)射到這一范圍內(nèi)的能量都會(huì)被釋放；反之，如果有金屬導(dǎo)體接近探頭頭部，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，既改變了線圈的有效阻抗。這種變化即與電渦流效應(yīng)有關(guān)，又與靜磁學(xué)效應(yīng)有關(guān)，既與金屬導(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)體的距離參數(shù)有關(guān)。假定金屬導(dǎo)體是均質(zhì)的，其性能是線形和各向同性的，則線圈——金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的磁導(dǎo)率u、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（u，r，I，ω）來表示。  

如果控制u，σ，r，I，ω恒定不變，那么阻抗Z就成為距離的單值函數(shù)，由麥克斯韋爾公式，可以求得此函數(shù)為一非線形函數(shù)，其曲線為“S”型曲線，在一定范圍內(nèi)可以近似為一線形函數(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)化成電壓或電流輸出。這個(gè)電子線路并不是直接測(cè)量線圈的阻抗，而是采用并連諧振法，見圖1-3，即在前置器中將一個(gè)固定電容C0=C1×C2/（C1+C2）和探頭線圈LX并連與晶體管T一起構(gòu)成一個(gè)振蕩器，振蕩器的振蕩幅值UX與線圈阻抗成比例，因此振蕩器的振動(dòng)幅度UX會(huì)隨探頭與被測(cè)間距δ改變。UX經(jīng)檢波濾波，放大，非線形修正后輸出電壓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，即在線形區(qū)中點(diǎn)δ0處（對(duì)應(yīng)輸出電壓UO）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)

探 頭

探頭對(duì)正被測(cè)量表面，它能精確地探測(cè)出被測(cè)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。

   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，由于線圈直徑取決傳感器系統(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)镈F3100系列設(shè)計(jì)了Φ5、Φ8、Φ11、Φ25、Φ35、Φ50六種標(biāo)準(zhǔn)直徑的頭部體，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。為了能適應(yīng)不同的應(yīng)用和安裝場(chǎng)合，探頭殼體具有不同的形式和不同的螺紋及尺寸規(guī)格.

 高頻電纜是用于連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(zhǎng)度有0.5m、1m、5m、9m四種選擇，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(zhǎng)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(chǎng)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)于安裝現(xiàn)場(chǎng)安裝探頭電纜無管道布置的情況，應(yīng)該選擇鎧裝。

   探頭電纜接頭是符合美用規(guī)范MIL-C-39012的高頻同軸接頭。

   探頭整體各部件通過機(jī)械變形連接，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）用來連接和延長(zhǎng)探頭與前置器之間的距離，您可以對(duì)延伸電纜長(zhǎng)度和是否需要帶鎧裝進(jìn)行選擇，選擇延伸電纜的長(zhǎng)度應(yīng)該使延伸電纜長(zhǎng)度與配套前置器所要求的長(zhǎng)度一致（5m或9m），鎧裝選擇的情況同探頭電纜。

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(cè)金屬導(dǎo)體間隙線性變化的輸出電壓或電流信號(hào)。

DF3100系列前置器統(tǒng)一一種安裝尺寸，提供兩種輸出方式：

   前置器如圖1-7所示。

• 外型尺寸：77mm*37mm*61mm
• 安裝尺寸：面板安裝：51mm*51mm,采用四個(gè)M4*15螺栓安裝；（作為產(chǎn)品附件提供）

導(dǎo)軌安裝：直接卡入DIN軌道，安裝方便。（作為產(chǎn)品附件提供）

• 電壓輸出：供電電源Ut:-20Vdc～ -26Vdc,輸出電壓極限：-0.7～(Ut+1)V；

• 線性范圍輸出起始電壓：-2V。（一般為：-2～-18Vdc輸出）

• 電流輸出：供電電源Ut:+18Vdc～+30Vdc,輸出電流：4-20mA。
• 探頭插座是與探頭和延伸電纜接頭同一系列的高頻插座，電源、輸出端子是標(biāo)準(zhǔn)的重載隔離型三端接線端子。
• 前置器外殼是用鋁鑄造而成，表面已進(jìn)行噴塑處理。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）連接；在底板和安裝孔處都加裝了工程塑料絕緣，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”）。
• 將工程塑料底板扳開，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，一般不要打開底板。前置器的使用設(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。
• 四端接線端子鑲嵌固定，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)。（一般要求在接線時(shí)，請(qǐng)仔細(xì)檢查端子是否接錯(cuò)后，才給傳感器通電）
• 前置器的核心是電子線路板，除個(gè)別校準(zhǔn)用的元件外，其它元件均用還氧樹脂灌封，這樣可以提高前置器的抗振，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。