電渦流傳感器簡(jiǎn)介

一、組成

探頭 

探頭是采集信號(hào)的核心部件。STV7探頭線圈采用特殊合金元素，大大降低了電渦流傳感器系統(tǒng)的溫度漂移系數(shù)值，提高了測(cè)量精度。是渦流傳感器的一次技術(shù)改革，探頭有Ф5~Ф50多種規(guī)格供選擇，可滿足不同測(cè)量的需要，探頭是傳感器系統(tǒng)的必要組成部分。

前置器 

前置器內(nèi)部的電子線路可以產(chǎn)生一個(gè)特定頻率的電信號(hào)，它能探測(cè)到能量的損耗，并能產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓/電流，該電壓/電流正比于所測(cè)間隙的變化量。前置器對(duì)系統(tǒng)電纜長(zhǎng)度有特殊要求，前置器有多種輸出方式可提供選擇，前置器是分體電渦流傳感器系統(tǒng)的必要組成部分。

延伸電纜 

延伸電纜接在探頭和前置器之間，延伸電纜與探頭電纜長(zhǎng)度的總和為整個(gè)系統(tǒng)的電纜長(zhǎng)度。延伸電纜有多種長(zhǎng)度規(guī)格供選擇，延伸電纜是系統(tǒng)的必要組成部分。

被測(cè)體 

被測(cè)體（如旋轉(zhuǎn)軸）的材質(zhì)、形狀等因素對(duì)傳感器系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果有著直接的影響。被測(cè)體是傳感器測(cè)量系統(tǒng)的一部分。標(biāo)準(zhǔn)傳感器采用的測(cè)試材料為AISI4140鋼，特殊材料用戶可與公司通過(guò)合同約定。

安裝附件 

安裝附件是為了方便前置器的現(xiàn)場(chǎng)安裝特別設(shè)計(jì)的，有底板和導(dǎo)軌安裝兩種形式供選擇。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

電渦流傳感器廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、冶金等科研單位。對(duì)汽輪機(jī)、水輪機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、空分機(jī)、齒輪箱、大型冷卻泵等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸的徑向振動(dòng)、軸向位移、鍵相器、軸轉(zhuǎn)速、脹差、偏心、以及轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究和零件尺寸檢驗(yàn)等進(jìn)行在線測(cè)量和保護(hù)。

三、技術(shù)規(guī)格

電渦流傳感器系統(tǒng)嚴(yán)格執(zhí)行美國(guó)石油協(xié)會(huì)API670標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 644-2003）。

靈敏度：

（注：橫坐標(biāo)：探頭直徑　縱坐標(biāo)：輸出方式）

線性量程、線性范圍、線性誤差、最小被測(cè)面積直徑

該系列電渦流傳感器系統(tǒng)技術(shù)特性

1）溫度穩(wěn)定性

探頭、延伸電纜、前置器受溫度影響小，性能指標(biāo)穩(wěn)定；

探頭線圈采用特殊合金元素材料制成，溫度漂移系數(shù)小；

延伸電纜采用稀有合金元素材料制成，溫度漂移系數(shù)小；

前置器設(shè)計(jì)了多處線性/溫度漂移補(bǔ)償電路。

2）兼容性和互換性

電渦流探頭、延伸電纜、前置器的零部件可互換，互換后的非線誤差仍優(yōu)于±1%，靈敏度偏差優(yōu)于±1%。

3）防腐蝕性和可靠性

延伸電纜與探頭、前置器的連接頭采用鎖緊裝置結(jié)構(gòu)，有效防止現(xiàn)場(chǎng)接頭松動(dòng)造成測(cè)量誤差；

延伸電纜及探頭的接頭可選用不銹鋼材料，以適用在化工等強(qiáng)腐蝕性環(huán)境中使用；

探頭頭部線圈和電纜連接處采用真空超聲波焊接技術(shù)，有效防止合金線圈接頭處老化，大大延長(zhǎng)了探頭的使用壽命；

前置器有接線容錯(cuò)保護(hù)功能，防止因錯(cuò)接線而損壞前置器；

鎧裝結(jié)尾處和電纜接觸處有特殊結(jié)構(gòu)，防止劃傷電纜線；

探頭線圈保護(hù)罩選用新型PPS工程塑料（耐溫250℃）與探頭線圈注塑成型，防止線圈松動(dòng)，降低探頭溫度漂移系數(shù)；

探頭和探頭殼體連接處有特殊鎖緊鎧裝結(jié)構(gòu)和密封裝置，可有效防止油污從鎧裝和電纜或鎧裝和聚四氟保護(hù)管鍵滲出。

4）抗干擾性

前置器專門設(shè)計(jì)抗無(wú)線電波、抗電磁場(chǎng)干擾功能；

前置器有防雷擊、抑制電網(wǎng)尖峰干擾的可靠能力；

延伸電纜采用雙屏蔽電纜線，更大程度地減少了外界電磁噪聲的干擾。

5）探頭的特性

▲ 概述

傳感器探頭是傳感器系統(tǒng)的一個(gè)必要組成部分，它是采集、感受被測(cè)體信號(hào)的重要部分，它能有效地探測(cè)出被測(cè)體表面相對(duì)于探頭端面間隙的變化。

通常探頭又由以下幾個(gè)部分組成：u 線圈 u 線圈保護(hù)套 u 不銹鋼殼體 u 高頻電纜 u 高頻電纜接頭

▲ 各組成部分功能特點(diǎn)

u 線圈：探頭的核心部分，整個(gè)傳感器系統(tǒng)的敏感元件。STV7探頭線圈采用特殊合金元素材料，具有極小的溫度漂移系數(shù)。

u 線圈保護(hù)罩：STV7探頭線圈保護(hù)罩采用PPS○注材料，通過(guò)“模具成型”和“二次真空注塑工藝”將線圈很好地密封在頭部保護(hù)罩內(nèi)，以保證線圈長(zhǎng)時(shí)間不受氧化，可在惡劣的環(huán)境中穩(wěn)定地工作。同時(shí)，探頭頭部保護(hù)罩和殼體連接應(yīng)用了鎖緊技術(shù)，防止保護(hù)罩松動(dòng)。
注釋：PPS為工程塑料，具有耐高低溫、抗腐蝕、高強(qiáng)度和高韌性的特點(diǎn)。

u 不銹鋼殼體：用于連接保護(hù)罩和現(xiàn)場(chǎng)安裝需要。STV7探頭殼體內(nèi)部采用特殊結(jié)構(gòu)，有效地將殼體、膠、保護(hù)罩凝結(jié)成一體；殼體材料為不銹鋼，通常殼體上有標(biāo)準(zhǔn)螺紋和兩個(gè)緊固螺母；為了適應(yīng)不同的安裝要求，備有光面殼體和不同尺寸、螺距的殼體供選擇。

u 高頻電纜：用于連接探頭頭部到前置器。STV7高頻電纜選用雙屏蔽電纜，電纜芯線采用合金材料制成，是耐高溫的射頻同軸電纜。通常約定電纜長(zhǎng)度有（0.5m、1.5m、1.0m、2.0m、4.0m、5.0m、6.0m、8.0m、9.0m、10.0m）供用戶選擇。如需選擇延伸電纜，則必須確保系統(tǒng)總的電纜長(zhǎng)度（探頭電纜線線長(zhǎng)+延伸電纜線長(zhǎng)）為（3.5m、4.0m、4.5m、5.0m、5.5m、6.0m、6.5m、7.0m、7.5m、8.0m、8.5m、9.0m、9.5m、10.0m）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用環(huán)境需要，探頭所帶電纜可配不銹鋼鎧裝管(外加聚四氟管（耐高溫350℃）)，以保護(hù)電纜不受損壞和防止過(guò)線孔漏油。

u 高頻電纜接頭：選用黃金鎖緊接頭或不銹鋼鎖緊接頭，球面針設(shè)計(jì)，接觸電阻小，可靠性高。殼體尾部的出線孔采用圓弧過(guò)度，保證電纜線不在此處扭傷。

▲ 探頭的抗腐蝕性

探頭頭部材料：PPS工程塑料；殼體材料：1Cr18Ni9Ti耐酸堿不銹鋼；電纜外表皮材料：聚四氟乙烯，這些材料可以抵抗絕大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)的腐蝕，但有些化學(xué)物質(zhì)仍可能會(huì)對(duì)探頭造成腐蝕，安裝時(shí)應(yīng)注意被測(cè)體的環(huán)境是否安全。

對(duì)探頭的抗腐蝕性說(shuō)明：

探頭可以連續(xù)接觸下列物質(zhì)：空氣、水、汽油、酒精、潤(rùn)滑油、酸、氫氧化鈉

探頭不可以連續(xù)接觸下列物質(zhì)：無(wú)氧水、苯甲酸、硝酸、二氧化碳（過(guò)量）、磷（濕的）、、二氧化硫、98%硫酸、鹽酸

探頭的高壓、高溫環(huán)境：探頭頭部最大能承受14Mpa的壓力，一般型探頭最大能承受220℃的溫度環(huán)境。

6）前置器的特性

▲ 概述

前置器內(nèi)部的高頻電子線路為探頭線圈提供高頻交流激勵(lì)信號(hào)，探頭線圈能感應(yīng)到探頭端面與被測(cè)面的相對(duì)位移（間隙）變化，前置器將探頭探測(cè)到的相對(duì)位移變化線性轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電壓或電流輸出。

系列前置器的結(jié)構(gòu)具有絕緣裝置以減少形成地面回路的可能性。前置器的外殼結(jié)構(gòu)可以保護(hù)黃金鎖緊接頭不會(huì)因?yàn)榍爸闷饔捎诓簧饔筛咛幍涠斐傻膿p傷。

前置器有底板螺釘安裝或35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝方式供選擇，方便更換。

▲ 主要性能指標(biāo)

■ 特點(diǎn)

該系列前置器外形尺寸、安裝尺寸、安裝方式一致（可參考后圖）。

該系列同類規(guī)格前置器互換后的非線性誤差仍＜±1%，靈敏度偏差＜±1%。

■ 技術(shù)指標(biāo)

被測(cè)目標(biāo)材料：AISI 4140鋼（42CrMo4）

電源：-23～-27VDC（-2～-18VDC或-4～-20VDC輸出）；22～26VDC（4～20mA輸出）；±12～±15VDC（0～5V或-5～+5V或-10～+10V輸出）

頻響：0～10KHz

溫度范圍：-25～85℃ 

本安設(shè)計(jì)

■ 安裝方式選擇

底板螺釘安裝

35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝

■使用注意事項(xiàng)

為保證每套傳感器都工作在線性狀態(tài)，每個(gè)前置器應(yīng)匹配對(duì)應(yīng)的探頭規(guī)格，如前置器標(biāo)牌上有11mm字樣，它只能匹配Φ11探頭；

前置器標(biāo)牌上標(biāo)注了前置器對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)電纜長(zhǎng)度，即探頭電纜長(zhǎng)度與延伸電纜長(zhǎng)度之和；

前置器標(biāo)牌上標(biāo)注了前置器的靈敏度及輸出方式，不同探頭規(guī)格、不同輸出方式的前置器的靈敏度不同；

前置器有錯(cuò)誤接線保護(hù)（容錯(cuò)保護(hù)）；

前置器最大的消耗電流﹤10mA（負(fù)電源型，正負(fù)電源型）；

前置器線性起始點(diǎn)為-2.00V；

前置器輸出紋波＜10mV（P-P）（負(fù)電源型，正負(fù)電源型）

7）延伸電纜的特性

延伸電纜是為了安裝方便而設(shè)計(jì)的、與探頭電纜通過(guò)接頭進(jìn)行連接的那部分電纜，它是傳感器系統(tǒng)的組成部分。延伸電纜用于增加探頭頭部到前置器之間信號(hào)傳輸?shù)木嚯x。延伸電纜的長(zhǎng)度加上探頭本身所帶電纜的長(zhǎng)度之和即為傳感器系統(tǒng)電纜的長(zhǎng)度。

延伸電纜的長(zhǎng)度可選：3.0m、3.5m、4.0m、4.5m、5.0m、5.5m、7.0m、7.5m、8.0m、8.5m、9.0m、9.5m。

STV7延伸電纜有兩種接頭可供選擇：黃金鎖緊接頭或不銹鋼接頭（在化工行業(yè)等具有強(qiáng)腐蝕性氣體的環(huán)境中，推薦選用不銹鋼接頭）。

STV7延伸電纜和探頭電纜都采取雙層屏蔽：電纜線外殼采用軟管鎧裝保護(hù)；軟管外面還套有一層絕緣的特氟龍外皮。STV7的編織鎧裝和裝在某些類型電纜上的不銹鋼鎧裝不同，它在保護(hù)內(nèi)部電纜不被損傷的同時(shí)也可防止地面回流問(wèn)題對(duì)其造成傷害。

8）被測(cè)體對(duì)傳感器系統(tǒng)的影響

▲ 傳感器系統(tǒng)的校準(zhǔn)及其精度，取決于被測(cè)體的一些特性：

u 被測(cè)體材料 u 被測(cè)體表面尺寸 u 被測(cè)體表面磁效應(yīng) u 被測(cè)體表面平整度 u 被測(cè)體表面鍍層材質(zhì)

▲ 被測(cè)體材料對(duì)電渦流傳感器特性的影響

傳感器特性與被測(cè)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)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)，由于渦流效應(yīng)和磁效應(yīng)同時(shí)存在，磁效應(yīng)反作用于渦流效應(yīng)使得渦流效應(yīng)弱，因此傳感器的靈敏度降低；而當(dāng)被測(cè)體為弱導(dǎo)磁材料（如銅、鋁、合金鋼等）時(shí)，由于磁效應(yīng)弱、渦流效應(yīng)相對(duì)強(qiáng)，因此傳感器感應(yīng)靈敏度高。

下表列出同一套Φ8探頭傳感器測(cè)量幾種典型材料的輸出平均靈敏度：

AISI41410 7.87（8.0）mV/um

45#鋼 7.97（8.1）mV/um

不銹鋼 10.41 mV/um

鋁 14.1 mV/um

銅 15.0 mV/um

▲ 被測(cè)體表面尺寸對(duì)電渦流傳感器系統(tǒng)特性的影響

由于探頭線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)范圍及被測(cè)體表面形成的渦流場(chǎng)都是一定的，這樣就對(duì)被測(cè)體表面大小有一定要求。通常，當(dāng)被測(cè)體表面為平面時(shí)，以正對(duì)探頭中心線的點(diǎn)為中心，被測(cè)面直徑應(yīng)大于探頭頭部直徑的1.5倍以上；當(dāng)被測(cè)體為圓軸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，否則傳感器的靈敏度會(huì)下降，被測(cè)體表面越小，靈敏度下降越多。

被測(cè)體的厚度也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，被測(cè)體中電渦流場(chǎng)作用的大小由頻率、材料導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率決定，因此如果被測(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。一般要求被測(cè)體使用厚度大于0.1mm以上的鋼等導(dǎo)磁材料或厚度大于0.05mm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。

▲ 被測(cè)體表面磁效應(yīng)對(duì)電渦流傳感器系統(tǒng)特性的影響

電渦流效應(yīng)主要集中在被測(cè)體表面，如果由于加工過(guò)程中形成殘磁效應(yīng)或淬火不均勻、硬度不均勻、金相組織不均勻、結(jié)晶結(jié)構(gòu)不均勻等都會(huì)影響傳感器性能。

API670標(biāo)準(zhǔn)推薦被測(cè)體表面殘磁不超過(guò)0.5微特斯拉。在進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量時(shí)，如果被測(cè)體表面殘磁效應(yīng)過(guò)大，會(huì)出現(xiàn)測(cè)量波形發(fā)生畸變。

▲ 被測(cè)體表面平整度對(duì)電渦流傳感器系統(tǒng)特性的影響

不規(guī)則的被測(cè)體表面，會(huì)給實(shí)際的測(cè)量帶來(lái)附加誤差，因此要求被測(cè)體表面應(yīng)平整光滑，不應(yīng)存在凸起、洞眼、劃痕、凹槽等缺陷。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于振動(dòng)測(cè)量的被測(cè)表面粗糙程度要求在0.4um～0.8um之間，對(duì)于位移測(cè)量則要求在0.4um～1.6um之間。

▲ 被測(cè)體表面鍍層材料對(duì)電渦流傳感器系統(tǒng)特性的影響

被測(cè)體表面的鍍層對(duì)傳感器的影響相當(dāng)于改變了被測(cè)體材料。鍍層的材質(zhì)、薄厚會(huì)略微改變傳感器的靈敏度。因?yàn)樘筋^能探測(cè)到被測(cè)體表層材質(zhì)之下，其靈敏度會(huì)受鍍層厚度及其特性的影響，一般要求鍍層一定要均勻，并且有一定的厚度。

4、外型尺寸

5mm電渦流傳感器 正裝

8mm電渦流傳感器 正裝

8mm電渦流傳感器 反裝

11mm電渦流傳感器 正裝

25mm電渦流傳感器 正裝

50mm電渦流傳感器 反裝