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系統(tǒng)簡介

為何采用電渦流傳感器

電渦流位移傳感器能測量被測體（必須是金屬導體）與探頭端面的相對位置。

電渦流位移傳感器長期工作可靠性好、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(zhì)的影響，常被用于實時監(jiān)測，可以分析出設備的工作狀況和故障原因，有效地對設備進行保護及進行預測性維修。

從轉(zhuǎn)子動力學、軸承學的理論上分析，大型旋轉(zhuǎn)機械的運行狀態(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)軸的狀態(tài)，測量結(jié)果可靠、可信。過去，對于機械的振動測量采用加速度傳感器或速度傳感器，通過測量機殼振動，間接地測量轉(zhuǎn)軸振動，測量結(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性能指標相當或接近美國本特利（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。當接通傳感器系統(tǒng)電源時，在前置器內(nèi)會產(chǎn)生一個高頻信號，該信號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的范圍沒有金屬導體接近，則發(fā)射到這一范圍內(nèi)的能量都會被釋放；反之，如果有金屬導體接近探頭頭部，則交變磁場H1將在導體的表面產(chǎn)生電渦流場，該電渦流場也會產(chǎn)生一個方向與H1相反的交變磁場H2。由于H2的反作用，就會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有關，又與靜磁學效應有關，既與金屬導體的電導率、磁導率、幾何形狀、線圈幾何參數(shù)、激勵電流頻率以及線圈到金屬導體的距離參數(shù)有關。假定金屬導體是均質(zhì)的，其性能是線形和各向同性的，則線圈——金屬導體系統(tǒng)的磁導率u、電導率σ、尺寸因子r、線圈與金屬導體距離δ線圈激勵電流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)。

在實際應用中，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。這個電子線路并不是直接測量線圈的阻抗，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，因此振蕩器的振動幅度UX會隨探頭與被測間距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δ0處（對應輸出電壓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，（δ2，U2）——線性末點

探 頭

探頭對正被測量表面，它能精確地探測出被測體表面相對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。這項技術增強了探頭頭部的強度和密封性，在惡劣環(huán)境中可以保護頭部線圈可靠工作。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系列設計了Φ5、Φ8、Φ11、Φ25、Φ35、Φ50六種標準直徑的頭部體，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，并作為探頭安裝時的裝夾結(jié)構(gòu)。殼體采用不銹鋼制成，一般上面刻有標準螺紋，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(guī)格.

 高頻電纜是用于連接探頭頭部到前置器（有時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，當選擇0.5m和1m時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應該是考慮能滿足將前置器安裝在設備機組的同一側(cè)來決定。根據(jù)探頭的應用場合和安裝環(huán)境，探頭所帶電纜可以配有不銹鋼軟管鎧裝（可選擇），以保護電纜不易被損壞，對于安裝現(xiàn)場安裝探頭電纜無管道布置的情況，應該選擇鎧裝。

   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)的一個組成部分，延伸電纜（如圖1-6所示）用來連接和延長探頭與前置器之間的距離，您可以對延伸電纜長度和是否需要帶鎧裝進行選擇，選擇延伸電纜的長度應該使延伸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。

前 置 器

   前置器是一個電子信號處理器。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體間隙線性變化的輸出電壓或電流信號。

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M4*15螺栓安裝；（作為產(chǎn)品附件提供）

導軌安裝：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、輸出端子是標準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)部已將殼體與信號公共端（信號地）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，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，可以對前置器進行校準（校準的詳細介紹見第三章），除非需要進行傳感器系統(tǒng)重新校準或前置器出現(xiàn)故障，一般不要打開底板。前置器的使用設計：
• 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。
• 前置器的容錯性：電源端、公共端（信號地）、輸出端任意接線錯誤不會損壞前置器，電源極性錯誤保護，輸出短路保護。（一般要求在接線時，請仔細檢查端子是否接錯后，才給傳感器通電）
• 前置器的核心是電子線路板，除個別校準用的元件外，其它元件均用還氧樹脂灌封，這樣可以提高前置器的抗振，用戶自行校準后，也應這樣做。關于校準的詳細介紹見第三章。