电涡流位移传感器的典型应用及特性影响因素

                       电涡流位移传感器的典型应用及特性影响因

       电涡流传感器是广泛应用于电力、石油、化工、冶金、科研等不同领域位移、振动、速度测量的高精度位移传感器。可以对大型旋转机械的径向振动、轴向位移、键相、轴转速、胀差、偏心以及转子动力学研究、零件尺寸检验等进行在线测量和保护。

1、 轴向位移测量

       轴向位移是指机器内部转子沿轴心方向，与止推轴承之间的间隙大小。对于许多旋转机械，包括蒸汽轮机、燃汽轮机、水轮机、离心式和轴流式压缩机、离心泵等，轴向位移是一个十分重要的信号，过大的轴向位移将有可能造成设备故障，严重时可能损坏机械设备，造成较大的经济损失。通过检测设备的旋转部件与固定部件之间的轴向间隙或相对位移变化，可以防止轴向位移偏离过大，提前预警并做好相应的处理措施。有些机械故障，也可通过轴向位移在线监测实现预警或者进行判别：

（1）、止推轴承的磨损与失效

（2）、平衡活塞的磨损与失效

（3）、止推法兰的松动

（4）、联轴节的锁住

2、 振动测量（大中型机械）

      测量径向振动，可以有效分析设备轴承的工作状态，可以预警转子不平衡，不对中等机械故障。电涡流传感器常用于下列机械设备径向振动测量：

（1）、工业透平机械，蒸汽机，燃汽机         

（2）、压缩机

（3）、膨胀机                      

（4）、电动马达                    

（5）、励磁机  

（6）、齿轮箱                      

（7）、泵   

（8）、鼓风机                      

（9）、往复式机械

      相对振动测量（中小型机械）

      振动测量可以用于中小型机械进行连续监测。通过测量相对振动电涡流传感器可对以下机械故障的早期判别提供重要信息：

（1）、轴的同步振动                

（2）、油膜失稳

（3）、转子摩擦                    

（4）、部件松动

（5）、轴承套筒松动                

（6）、压缩机踹振

（7）、滚动部件轴承失效            

（8）、径向预载

（9）、轴承巴氏合金磨损            

（10）、轴承间隙过大

（11）、平衡（阻气）活塞磨损或者失效   

（12）、联轴器锁死

（13）、轴弯曲                      

（14）、齿轮咬合问题

（15）、电动马达空气间隙不匀        

（16）、齿轮咬合问题

（17）、透平叶片通道共振

3、  滚动轴承动态监控

       由于滚动元件在轴承旋转时，滚动元件与轴承有缺陷的地方相碰撞时，外环会产生微小变形，如滚动元件的裂纹缺陷或者轴承环的缺陷等。对使用滚动轴承的机器很有必要进行轴承动态监控。探头安装在轴承外壳中，电涡流传感器可以监测到这种变形信号。电涡流传感器还可以通过测量轴承内环位移变化量，经过运算预测轴承内环运行状态。

4、  偏心测量与径向位移测量

       偏心是设备转子由于温度变化或者在低转速下因为重力作用，发生的轴弯曲的一种现象。造成偏心现象的原因有:原有的机械弯曲、临时温升导致的弯曲、重力弯曲或者外力造成的弯曲。通过测量转子的偏心度，可以实时了解机组转子的轴弯曲程度，进而预测设备的运行状态。偏心度测量已经成为大型蒸汽轮机、燃气轮机等机械设备启动或者停机过程中不可缺少的监测指标。转子的偏心位移也叫做轴的径向位移，经常用来指示轴承的磨损及予加的负荷大小。

5、  胀差测量

       对于汽轮发电机组等大型机械设备，胀差测量也是必不可少的一项指标。设备启动或者停机过程中，由于设备组件金属材料不同、热膨胀系数不同以及散热不同，可能导致轴的热膨胀超过壳体膨胀，从而造成透平机的旋转部件和静止部件（如机壳、喷嘴、台座等）相互接触，机械设备组件受到损坏。电涡流位移传感器常用于设备胀差在线监测，提供有效的预警和保护。

6、 转速测量

      转速是衡量机械设备是否正常运转的一个重要指标。电涡流传感器在转速测量方面有着无可比拟的优越，它既能响应零转速，也能响应高转速，同时电涡流传感器的抗干扰性能非常强，使用过程中不受外界水、油、粉尘等条件影响。电涡流传感器，适合于测量包括零转速在内的低转速与高转速，对于被测体转轴的转速发生装置要求也很低，被测体齿轮模数可以很小，被测体也可以是一个很小的孔眼，一个小凸键、一个小的凹槽。电涡流传感器测转速，传感器输出的信号幅值较高（在低速和高速整个范围内），抗干扰能力强。

       电涡流传感器是依据传感器探头内线圈与被测物体之间的电涡流场强感应测量位移变化量，被测物体的材质、尺寸、磁效应等均会对被测物体的电涡流强度造成影响。因此，也会对传感器的特性与测量结果产生一定的影响。

 1、被测体材料对传感器的影响

      电涡流传感器特性与被测体的电导率和磁导率有关，当被测体为导磁材料（如普通钢、结构钢等）时，由于涡流效应和磁效应同时存在，磁效应使得涡流效应减弱，即传感器的灵敏度降低。而当被测体为弱导磁材料（如铜，铝，合金钢等）时，由于磁效应减弱，此时电涡流传感器的灵敏度较高。

2、 被测体表面平整度对传感器的影响

      不规则的被测体表面，会给实际的测量带来误差，因此对被测体要求表面应该平整光滑，不应存在突起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷， 通常情况下，电涡流传感器对于振动测量的被测物表面粗糙度要求在0.4微米至0.8微米之间；对于位移测量的被测物表面粗糙度要求在0.4微米至1.6微米之间。

3、 被测物体表面磁效应对传感器的影响

      电涡流效应主要集中在被测体表面，如果被测物体在加工过程中形成残磁效应，以及淬火不均匀、硬度不均匀、金相组织不均匀、结品结构不均匀等都会影响传感器特性。在进行振动测量时，如果被测物体表面残磁效应过大，会出现测量波形发生畸变，影响测量输出数据的准确性。

4、 被测体表面镀层对传感器的影响

      被测体表面的镀层对传感器的影响相当于改变了被测体材料，视镀层的材质、厚薄，电涡流传感器的测量灵敏度会略有变化。

5、  被测体表面尺寸、厚度对传感器的影响

       由于电涡流传感器探头线圈产生的磁场范围是一定的，而被测物体表面形成的涡流场也是一定的。这就对被测物表面尺寸有一定要求。通常情况，当被测体表而为平面时，以正对探头中心线的点为中心，被测物表面尺寸直径应大于传感器探头头部直径的1.5倍以上；当被测体为阀轴且探头中心线与轴心线正交时， 一般要求被测轴直径为探头头部直径的3倍以上，否则传感器的灵敏度会下降，被测体表面越小，传感器测量灵敏度下降越多。

       被测物体的厚度也会影响电涡流传感器测量性能。被测物中电涡流场作用的强度由材料导电率、导磁率决定。因此如果被测体太薄，将会造成电涡流场作用较弱，此时电涡流传感器的测量灵敏度也会下降，通常情况下，测量物体要求厚度大于0.1mm以上的钢等导磁材料及厚度大于0.05mm以上的铜、铝等弱导磁材料，则传感器的测量灵敏度才不会受到影响