電渦流式位移傳感器

學(xué)院學(xué)院專業(yè)班級(jí)姓名電渦流式位移傳感器北華航天工業(yè)學(xué)院電子信息工程B11211一、設(shè)計(jì)要求：工作在常溫、常壓、穩(wěn)態(tài)、環(huán)境良好；精度滿足：0.1%FS；測(cè)量范圍：1.5—2.5mm設(shè)計(jì)傳感器應(yīng)用電路并畫出電路圖；設(shè)計(jì)傳感器應(yīng)用電路并畫出電路圖。應(yīng)用范圍：測(cè)量物體的位移。二、電渦流傳感器的工作原理電渦流傳感器利用檢測(cè)線圈與被測(cè)導(dǎo)體之間的渦流效應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，具有非接觸測(cè)量、靈敏度高、頻響特性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)其基本原理如圖l所示。當(dāng)線圈l通以交流電II時(shí)，其產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)H1會(huì)在被測(cè)導(dǎo)體2中產(chǎn)生電渦流12,而I2又產(chǎn)生一交變磁場(chǎng)H2來阻礙H1的變化，從而使線圈的等效電感L發(fā)生變化。當(dāng)被測(cè)導(dǎo)體的電阻率、磁導(dǎo)率都確定，只有x發(fā)生變化時(shí)，通過分析提取等效電感與測(cè)量位移間的關(guān)系，就可以建立電渦流位移傳感器①。三、電渦流傳感器的組成結(jié)構(gòu)根據(jù)下面的組成框圖，構(gòu)成傳感器。根據(jù)組成框圖，具體說明各個(gè)組成部分的材料：（1）敏感元件：傳感器探頭線圈是通過與被測(cè)導(dǎo)體之間的相互作用，從而產(chǎn)生被測(cè)信號(hào)的部分，它是由多股漆包銅線繞制的一個(gè)扁平線圈固定在框架上構(gòu)成，線圈框架的材料是聚四氟乙烯，其順耗小，電性能好，熱膨脹系數(shù)小。（2）傳感元件:前置器是一個(gè)能屏蔽外界干擾信號(hào)的金屬盒子，測(cè)量電路完全裝在前置器中，并用環(huán)氧樹脂灌封。（3）測(cè)量電路四、電渦流位移傳感器工作原理從轉(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)動(dòng)狀態(tài)，主要取決于其核心—轉(zhuǎn)軸，而電渦流傳感器，能直接非接觸測(cè)量轉(zhuǎn)軸的狀態(tài)，對(duì)諸如轉(zhuǎn)子的不平衡、不對(duì)中、軸承磨損、軸裂紋及發(fā)生摩擦等機(jī)械問題的早期判定，可提供關(guān)鍵的信息。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，此電流叫電渦流，以上現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。而根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。一'播圖1-4傳感器輸出特性曲線前置器中高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。當(dāng)被測(cè)金屬體靠近這一磁場(chǎng)，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，與此同時(shí)該電渦流場(chǎng)也產(chǎn)生一個(gè)方向與頭部線圈方向相反的交變磁場(chǎng)，由于其反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變(線圈的有效阻抗)，這一變化與金屬體磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項(xiàng)同性，則線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率6、磁導(dǎo)率g、尺寸因子T、頭部體線圈與金屬導(dǎo)體表面的距離D、電流強(qiáng)度I和頻率3參數(shù)來描述。則線圈特征阻抗可用Z=F(t,g,6,D,I,3)函數(shù)來表示。通常我們能做到控制T,g,6,I,3這幾個(gè)參數(shù)在一定范圍內(nèi)不變，則線圈的特征阻抗Z就成為距離D的單值函數(shù)，雖然它整個(gè)函數(shù)是一非線性的，其函數(shù)特征為“S”型曲線，但可以選取它近似為線性的一段。于此，通過前置器電子線路的處理，將線圈阻抗Z的變化，即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體的距離D的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。輸出信號(hào)的大小隨探頭到被測(cè)體表面之間的間距而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬物體的位移、振動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量。其工作過程是：當(dāng)被測(cè)金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時(shí)，探頭中線圈的Q值也發(fā)生變化，Q值的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個(gè)隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過檢波、濾波、線性補(bǔ)償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓（電流）變化，最終完成機(jī)械位移（間隙）轉(zhuǎn)換成電壓（電流）。由上所述，電渦流傳感器工作系統(tǒng)中被測(cè)體可看作傳感器系統(tǒng)的一半，即一個(gè)電渦流位移傳感器的性能與被測(cè)體有關(guān)。六、電渦流傳感器的應(yīng)用電渦流傳感器系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、冶金等行業(yè)和一些科研單位。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)行在線丈量和保護(hù)。如：測(cè)量軸的軸向位移測(cè)量軸的軸向位移時(shí)，測(cè)量面應(yīng)該與軸是一個(gè)整體，這個(gè)測(cè)量面是以探頭的中心線為中心，寬度為1.5倍的探頭圓環(huán)。探頭安裝距離距止推法