電渦流傳感器簡介

一、組成

探頭 

探頭是采集信號的核心部件。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)生一個特定頻率的電信號，它能探測到能量的損耗，并能產(chǎn)生一個輸出電壓/電流，該電壓/電流正比于所測間隙的變化量。前置器對系統(tǒng)電纜長度有特殊要求，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度的總和為整個系統(tǒng)的電纜長度。延伸電纜有多種長度規(guī)格供選擇，延伸電纜是系統(tǒng)的必要組成部分。

被測體 

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

安裝附件 

安裝附件是為了方便前置器的現(xiàn)場安裝特別設(shè)計的，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、軸向位移、鍵相器、軸轉(zhuǎn)速、脹差、偏心、以及轉(zhuǎn)子動力學(xué)研究和零件尺寸檢驗等進(jìn)行在線測量和保護(hù)。

三、技術(shù)規(guī)格

電渦流傳感器系統(tǒng)嚴(yán)格執(zhí)行美國石油協(xié)會API670標(biāo)準(zhǔn)，各項性能指標(biāo)均優(yōu)于中國國家標(biāo)準(zhǔn)（中華人民共和國國家計量檢定規(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)場接頭松動造成測量誤差；

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，大大延長了探頭的使用壽命；

前置器有接線容錯保護(hù)功能，防止因錯接線而損壞前置器；

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，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)計抗無線電波、抗電磁場干擾功能；

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)的一個必要組成部分，它是采集、感受被測體信號的重要部分，它能有效地探測出被測體表面相對于探頭端面間隙的變化。

通常探頭又由以下幾個部分組成：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

u 線圈：探頭的核心部分，整個傳感器系統(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“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)，以保證線圈長時間不受氧化，可在惡劣的環(huán)境中穩(wěn)定地工作。同時，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。
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。

u 不銹鋼殼體：用于連接保護(hù)罩和現(xiàn)場安裝需要。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)總的電纜長度（探頭電纜線線長+延伸電纜線長）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，接觸電阻小，可靠性高。殼體尾部的出線孔采用圓弧過度，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)仍可能會對探頭造成腐蝕，安裝時應(yīng)注意被測體的環(huán)境是否安全。

對探頭的抗腐蝕性說明：

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

探頭不可以連續(xù)接觸下列物質(zhì)：無氧水、苯甲酸、硝酸、二氧化碳（過量）、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信號，探頭線圈能感應(yīng)到探頭端面與被測面的相對位移（間隙）變化，前置器將探頭探測到的相對位移變化線性轉(zhuǎn)換為對應(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)黃金鎖緊接頭不會因為前置器由于不慎由高處跌落而造成的損傷。

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

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

■ 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

為保證每套傳感器都工作在線性狀態(tài)，每個前置器應(yīng)匹配對應(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)注了前置器對應(yīng)的系統(tǒng)電纜長度，即探頭電纜長度與延伸電纜長度之和；

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；

前置器有錯誤接線保護(hù)（容錯保護(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)計的、與探頭電纜通過接頭進(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傳輸?shù)木嚯x。延伸電纜的長度加上探頭本身所帶電纜的長度之和即為傳感器系統(tǒng)電纜的長度。

延伸電纜的長度可選：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也可防止地面回流問題對其造成傷害。

8）被測體對傳感器系統(tǒng)的影響

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

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

▲ 被測體材料對電渦流傳感器特性的影響

傳感器特性與被測體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率有關(guān)。當(dāng)被測體為導(dǎo)磁材料（如普通鋼、結(jié)構(gòu)鋼等）時，由于渦流效應(yīng)和磁效應(yīng)同時存在，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)被測體為弱導(dǎo)磁材料（如銅、鋁、合金鋼等）時，由于磁效應(yīng)弱、渦流效應(yīng)相對強(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

▲ 被測體表面尺寸對電渦流傳感器系統(tǒng)特性的影響

由于探頭線圈產(chǎn)生的磁場范圍及被測體表面形成的渦流場都是一定的，這樣就對被測體表面大小有一定要求。通常，當(dāng)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(yīng)大于探頭頭部直徑的1.5倍以上；當(dāng)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。

被測體的厚度也會影響測量結(jié)果，被測體中電渦流場作用的大小由頻率、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。一般要求被測體使用厚度大于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，則靈敏度不會受其厚度的影響。

▲ 被測體表面磁效應(yīng)對電渦流傳感器系統(tǒng)特性的影響

電渦流效應(yīng)主要集中在被測體表面，如果由于加工過程中形成殘磁效應(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)不均勻等都會影響傳感器性能。

API670標(biāo)準(zhǔn)推薦被測體表面殘磁不超過0.5微特斯拉。在進(jìn)行振動測量時，如果被測體表面殘磁效應(yīng)過大，會出現(xiàn)測量波形發(fā)生畸變。

▲ 被測體表面平整度對電渦流傳感器系統(tǒng)特性的影響

不規(guī)則的被測體表面，會給實際的測量帶來附加誤差，因此要求被測體表面應(yīng)平整光滑，不應(yīng)存在凸起、洞眼、劃痕、凹槽等缺陷。一般來說，對于振動測量的被測表面粗糙程度要求在0.4um～0.8um之間，對于位移測量則要求在0.4um～1.6um之間。

▲ 被測體表面鍍層材料對電渦流傳感器系統(tǒng)特性的影響

被測體表面的鍍層對傳感器的影響相當(dāng)于改變了被測體材料。鍍層的材質(zhì)、薄厚會略微改變傳感器的靈敏度。因為探頭能探測到被測體表層材質(zhì)之下，其靈敏度會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