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電渦流傳感器工作原理及廣泛應(yīng)用

電渦流傳感器能靜態(tài)和動(dòng)態(tài)地非接觸、高線性度、高分辨力地測量被測金屬導(dǎo)體距探頭表面的距離。它是一種非接觸的線性化計(jì)量工具。電渦流傳感器能準(zhǔn)確測量被測體（必須是金屬導(dǎo)體）與探頭端面之間靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的相對位移變化。電渦流傳感器的原理是，通過電渦流效應(yīng)的原理，準(zhǔn)確測量被測體(必須是金屬導(dǎo)體)與探頭端面的相對位置，其特點(diǎn)是長期工作可靠性好、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、非接觸測量、響應(yīng)速度快、不受油水等介質(zhì)的影響，常被用于對大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸位移、軸振動(dòng)、軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行長期實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以分析出設(shè)備的工作狀況和故障原因，有效地對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)及預(yù)維修。

原理

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)（與金屬是否塊狀無關(guān)，且切割不變化的磁場時(shí)無渦流），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。

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。當(dāng)被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，與此同時(shí)該電渦流場也產(chǎn)生一個(gè)方向與頭部線圈方向相反的交變磁場，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б、磁導(dǎo)率ξ、尺寸因子τ、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ω參數(shù)來描述。則線圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函數(shù)來表示。通常我們能做到控制τ, ξ, б, I, ω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。輸出信號的大小隨探頭到被測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)對金屬物體的位移、振動(dòng)等參數(shù)的測量。

電渦流傳感器現(xiàn)在應(yīng)用非常的廣泛，尤其是電渦流速度傳感器。他的外形與普通螺栓十分類似，其頭部有扁平的感應(yīng)線圈，將其固定在不銹鋼螺栓的一端，感應(yīng)線圈的引線通過螺栓另一端與高頻電纜相連接。

由于電渦流傳感器采用非接觸測量、靈敏度度高、長期工作可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、不受油污、響應(yīng)速度塊、蒸汽等介質(zhì)影響，因此常被應(yīng)用于電力、鋼鐵、石化等行業(yè)的大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸向位移、擺度、軸振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的長期實(shí)時(shí)監(jiān)測。

電渦流速度傳感器是一種非接觸式的線性化測量工具。它建立在渦流效應(yīng)的原理上，不但可以實(shí)現(xiàn)非接觸地測量物體表面為金屬導(dǎo)體的多種物理量，也可用于無損探傷。并且，它具有長期工作可靠性好、測量范圍寬、靈敏度高、分辨率高、響應(yīng)速度快、抗干擾力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)的影響等優(yōu)點(diǎn),主要作用于大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中。

當(dāng)頭部感應(yīng)線圈接上高頻電流時(shí)，線圈周圍就產(chǎn)生了高頻磁場;如其周圍有金屬導(dǎo)體，便會(huì)在金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，即電渦流。根據(jù)楞次定律，電渦流產(chǎn)生的電磁場與感應(yīng)線圈的電磁場方向相反，這兩個(gè)磁場相互疊加，改變了感應(yīng)線圈的阻抗。當(dāng)金屬導(dǎo)體結(jié)構(gòu)均勻、各向同性且導(dǎo)磁系數(shù)、電導(dǎo)率、線圈尺寸因子、勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電流與頻率一定時(shí)，感應(yīng)線圈阻抗的變化是感應(yīng)線圈與金屬導(dǎo)體之間距離的單值函數(shù)。如果導(dǎo)磁系數(shù)、電導(dǎo)率、線圈尺寸因子、勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電流圓頻率一定時(shí)，增大線圈尺寸，磁場分布范圍將增大，但感應(yīng)磁場強(qiáng)度的變化幅度變小，反之則相反。因此這種速度傳感器的線性范圍隨感應(yīng)線圈直徑的增大而加大，而傳感器靈敏度隨感應(yīng)線圈直徑的增大而減小。

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