項目十一渦流測量電路

1、干凈、高效的 電磁爐,4.3 電渦流式傳感器,電磁爐的工作原理,高頻電流通過勵磁線圈，產(chǎn)生交變磁場，在鐵質(zhì)鍋底會產(chǎn)生無數(shù)的電渦流，使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋 內(nèi) 的 食 物。,電磁爐內(nèi)部的勵磁線圈,大直徑電渦流探雷器,它能實現(xiàn)非接觸測量，如位移、振動、厚度、轉(zhuǎn)速、應(yīng)力、硬度等參數(shù)。這種傳感器還可用于無損探傷。原理如下圖示。,這是一種建立在渦流效應(yīng)原理上的傳感器。,4.3.1 電渦流傳感器原理,如下圖，當通過金屬體的磁通變化時，就

2、會在導體中產(chǎn)生感生電流，這種電流在導體中是自行閉合的，這就是所謂電渦流。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分能量，從而使產(chǎn)生磁場的線圈阻抗發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為渦流效應(yīng)。,線圈的阻抗變化與導體的電導率、磁導率、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù)，激勵電流頻率以及線圈到被測導體間的距離等因素有關(guān)。,,,,,線圈與金屬導體系統(tǒng)的阻抗、電感都是該系統(tǒng)互感平方的函數(shù)。而互感是隨線圈與金屬導體間距離的變化而改變的。,其等效電路如上圖所示，R1、L1為傳感器線圈

3、的電阻和電感。短路環(huán)可以認為是一匝短路線圈，其電阻為R2、電感為L2。線圈與導體間存在一個互感M，它隨線圈與導體間距的減小而增大。,4.3.1.1 高頻反射式電渦流傳傳感器,,1、結(jié)構(gòu)：由一個固定在框架上的扁平線圈組成。,為了充分有效地利用電渦流效應(yīng)，對于平板型的被測體則要求被測體的半徑應(yīng)大于線圈半徑的1.8倍，否則靈敏度要降低。當被測物體是圓柱體時，被測導體直徑必須為線圈直徑的3.5倍以上，靈敏度才不受影響。,2、原理

4、 電渦流傳感器的線圈與被測金屬導體間是磁性耦合，電渦流傳感器是利用這種耦合程度的變化來進行測量的。因此，被測物體的物理性質(zhì)，以及它的尺寸和開關(guān)都與總的測量裝置特性有關(guān)。一般來說，被測物的電導率越高，傳感器的靈敏度也越高。,1. 結(jié)構(gòu) 傳感器包括發(fā)射和接收線圈，并分別位于被測材料上、下方。,4.3.1.2 低頻透射式電渦流傳感器,這種傳感器采用低頻激勵，因而有較大的貫穿深度，適合于測量金屬材料的厚度。,2. 原理

5、 由振蕩器產(chǎn)生的e1加到發(fā)射線圈L1兩端。,若兩線圈間無金屬導體，則L2的磁力能較多穿過L2，在L2上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓e2最大。,,,,如果在兩個線圈之間設(shè)置一金屬板，由于在金屬板內(nèi)產(chǎn)生電渦流，該電渦流消耗了部分能量，使到達線圈L2的磁力線減小，從而引起e2的下降。,線圈L2的感應(yīng)電壓與被測厚度的增大按負冪指數(shù)的規(guī)律減小， 為了較好地進行厚度測量，激勵頻率應(yīng)選得較低。頻率太高，貫穿深度小于被測厚度，不利進行厚度測量，通常選1kHz

6、左右。,一般地，測薄金屬板時，頻率應(yīng)略高些，測厚金屬板時，頻率應(yīng)低些。如下圖在測量ρ較小的材料時，應(yīng)選較低的頻率（如500Hz），測量ρ較大的材料，則應(yīng)選用較高的頻率（如2kHz），從而保證在測量不同材料時能得到較好的線性和靈敏度。,4.3.2 測量電路,4.3.2.1 電橋電路 在進行測量時，由于傳感器線圈的阻抗發(fā)生變化，使電橋失去平衡，將電橋不平衡造成的輸出信號進行放大并檢波，就可得到與被測量成正比的輸出。4.3.2.

7、2 諧振法 諧振法主要有調(diào)幅式電路和調(diào)頻式電路兩種基本形式。調(diào)幅式由于采用了石英晶體振蕩器，因此穩(wěn)定性較高，而調(diào)頻式結(jié)構(gòu)簡單，便于遙測和數(shù)字顯示。,,,（一）調(diào)幅式（AM）電路,石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻、穩(wěn)幅高頻振蕩電壓(100kHz~1MHz）用于激勵電渦流線圈。金屬材料在高頻磁場中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線圈端電壓的衰減，再經(jīng)高放、檢波、低放電路，最終輸出的直流電壓Uo反映了金屬體對電渦流線圈的影響（例如兩者之間的距離等參數(shù)）。,

8、部分常用材料對振蕩器振幅的衰減系數(shù),人的手、泥土或裝滿水的玻璃杯能對振蕩器的振幅產(chǎn)生明顯的衰減嗎？為什么？,,(二)調(diào)頻（FM）式電路(100kHz~1MHz）,當電渦流線圈與被測體的距離x 改變時，電渦流線圈的電感量L 也隨之改變，引起LC 振蕩器的輸出頻率變化，此頻率可直接用計算機測量。如果要用模擬儀表進行顯示或記錄時，必須使用鑒頻器，將?f轉(zhuǎn)換為電壓?Uo 。,并聯(lián)諧振回路的諧振頻率,設(shè)電渦流線圈的電感量L=0.8mH，微調(diào)電容

9、C0=200pF，求振蕩器的頻率f 。,,電渦流探頭外形,交變磁場,,電渦流探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu),1—電渦流線圈 2—探頭殼體 3—殼體上的位置調(diào)節(jié)螺紋 4—印制線路板 5—夾持螺母 6—電源指示燈 7—閾值指示燈 8—輸出屏蔽電纜線 9—電纜插頭,4.3.3 典型應(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。對汽輪機、水輪機、鼓風機、壓縮機、空分機、齒輪箱、大型冷卻泵等大

10、型旋轉(zhuǎn)機械軸的徑向振動、軸向位移、鍵相器、軸轉(zhuǎn)速、脹差、偏心、以及轉(zhuǎn)子動力學研究和零件尺寸檢驗等進行在線測量和保護。 如轉(zhuǎn)速測量、脹差測量、振動及軸位移測量、 物理探傷等諸多領(lǐng)域。,1)轉(zhuǎn)速測量 對于所有旋轉(zhuǎn)機械而言，都需要監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機械軸的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速是衡量機器正常運轉(zhuǎn)的一個重要指標。它既能響應(yīng)零轉(zhuǎn)速，也能響應(yīng)高轉(zhuǎn)速，抗干擾性能也非常強。轉(zhuǎn)速發(fā)生裝置有以下幾種：用標準的漸開線齒數(shù)（M1～M5）作轉(zhuǎn)速發(fā)生信號，在轉(zhuǎn)軸上開一

11、鍵槽、在轉(zhuǎn)軸上開孔眼、在軸轉(zhuǎn)上凸鍵等.如：RS9000XL系列電渦流轉(zhuǎn)速傳感器，適合于測量從零轉(zhuǎn)速以上的任何一轉(zhuǎn)速。通常選用φ3-φ10mm的探頭。頻響為0～10KHZ。傳感器輸出的信號幅值較高（在低速和高速整個范圍內(nèi)）抗干擾能力強。,2）脹差測量 對于汽輪發(fā)電機組來說，在其啟動和停機時，由于金屬材料的不同，熱膨脹系數(shù)的不同，以及散熱的不同，軸的熱膨脹可能超過殼體膨脹；有可能導致透平機的旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件（如機殼、噴嘴、臺座等）的相

12、互接觸，導致機器的破壞。因此脹差的測量是非常重要的。,3）軸向位移測量    對于許多旋轉(zhuǎn)機械，包括蒸汽輪機、燃汽輪機、水輪機、離心式和軸流式壓縮機、離心泵等，軸向位移是一個十分重要的信號，過大的軸向位移將會引起過大的機構(gòu)損壞。軸向位移的測量，可以指示旋轉(zhuǎn)部件與固定部件之間的軸向間隙或相對瞬時的位移變化，用以防止機器的破壞。軸向位移是指機器內(nèi)部轉(zhuǎn)子沿軸心方向，相對于止推軸承二者之間的間隙而言。有些機械故障，

13、也可通過軸向位移的探測，進行判別：● 止推軸承的磨損與失效；  ● 平衡活塞的磨損與失效； ● 止推法蘭的松動 ； ● 聯(lián)軸節(jié)的鎖住等。,4）振動測量：測量徑向振動，可以由它看到軸承的工作狀態(tài)，還可以看到轉(zhuǎn)子的不平衡，不對中等機械故障?？梢詫嚎s機、膨脹機、發(fā)電機、鼓風機等關(guān)鍵或基礎(chǔ)機械進行狀態(tài)監(jiān)測。也可以用于對一般性的小型機械進行連續(xù)監(jiān)測。可為油膜失穩(wěn)、部件松動、活

14、塞磨損/失效、電機氣隙不勻、齒輪咬合等各種機械故障的早期判別提供重要信息。,3）偏心測量 偏心是在低轉(zhuǎn)速的情況下，電渦流傳感器系統(tǒng)可以對軸彎曲程度的測量，這種彎曲可由下列情況引起：原有的機械彎曲，臨時溫升導致的彎曲，在靜止狀態(tài)下，必然有些向下彎曲，有時也叫重力彎曲，外力造成的彎曲。偏心的測量，對于評價旋轉(zhuǎn)機械全面的機械狀態(tài)，是非常重要的。特別是對于裝有透平監(jiān)測儀表系統(tǒng)（TSI）的汽輪機，在啟動或停機過程中，偏心測量已成為不可少的測量