用了三个月时间终于搞明白电涡流传感器

2023-09-01  来自: 安徽瑞控信光电技术股份有限公司

电涡流传感器

1. 工作原理

电涡流传感器可分为高频反射式和低频透射式两类,它是基于电磁感应原理而工作的,但又完全不同于电磁感应,并且在实际测量中要避免电磁感应对其的干扰。下面将对其工作原理作以阐述。

电涡流的形成:现假设有一线圈中的铁心是由整块铁磁材料制成的,此铁心可以看成是由许多与磁相垂直的闭合细丝所组成,因而形成了许多闭合的回路。当给线圈通入交变的电流时,由于通过铁心的磁通是随着电流做周期性变化的,所以在这些闭合回路中必有感应电动势产生。在此电动势的作用下,形成了许多旋涡形的电流,这种电流就称为电涡流。

电涡流传感器的工作原理如下图所示:
当线圈中通过高频电流i时,线圈周围产生高频磁场,该磁场作用于金属体,但由于趋肤效应,不能透过具有厚度的金属体,而仅作用于金属表面的薄层内。在交变磁场的作用下金属表面产生了感应电流Ie,即为涡流。感应电流也产生一个交变磁场并反作用于线圈上,其方向与线圈原磁场方向相反。这两个磁场相互叠加,就改变了原来线圈的阻抗ZZ的变化仅与金属导体的电阻率ρ、导磁率u、激励电磁强度i、频率f、线圈的几何形状r以及线圈与金属导体之间的距离有关。线圈的阻抗可以用如下的函数式表示:Z=F(ρuifd)。当被测对象的材料固定时,ρu为常数,仪表中的ifd也为定值,于是Z就成为距离d的单值函数。
电涡流式传感器结构比较简单,主要由一个安置在探头壳体的扁平圆形线圈构成。

2. 实际应用

电涡流传感器以其测量线性范围大,灵敏度高,结构简单,抗干扰能力强,不受油污等介质的影响,特别是非接触测量等优点,而得到了广泛的应用。主要应用在以下几个行业:


一、汽车行业:内燃机研发优化、电动汽车整流器监测、发动机转速监控、电池薄膜类生产辅助等方面的需求。

二、轨道交通行业:磁悬浮列车和轨道间距监控、列车轴距监控、车轮磨耗监控、列车倾斜角度监控、车辆无损检测、钢轨平顺度检测等方面的需求。

三、电力行业:风电和发电汽轮机等对微位移在线测量的需求逐渐增加。

1.发电机组大型旋转机械(汽轮机)运行状态监测,通过对旋转机械轴系参数的实时监控,保障安全性和运行性能。目前该类系统国产化刚开始,华能西安热工院开发了此系统,之前上海电力研究院也做过类似研发,市场前景较好。

2.风力发电设备的运行状态监测,通过对塔身、机舱、变桨、电机等紧固装置和旋转装置的状态监测,使用位移传感器等手段对微小位移进行监测,保障运行安全和性能。目前风电场进入维护期,推广前景较好。

四、高精度机床行业:主轴轴向位移在线测量,补偿系统位移精度,市场需求逐渐增加。

五、此外电涡流传感器在科研、天文、航天、激光通信等高精密测控系统也有广泛应用,未来会逐步实现传感器进口替代。


3. 电涡流传感器常见故障及处理方法

(1) 常见故障


  • 电涡流探头损坏。
  • 探头导线与延伸电缆的连接头松动。
  • 延伸电缆与前置器的连接处松动。
  • 前置器、延伸电缆故障。
  • 延伸电缆接地。
  • 探头导线与延伸电缆的连接头绝缘不好而接地。

(2) 处理方法


  • 更换电涡流探头。
  • 紧固探头导线与延伸电缆的连接头。
  • 紧固延伸电缆与前置器的连接螺丝。
  • 更换前置器、延伸电缆。
  • 更换延伸电缆或将其破损接地部分用绝缘带包好。
  • 将探头导线与延伸电缆的连接头用热缩管包裹好。

(3) 对常见故障处理方法的几点建议


  • 更换电涡流探头时应注意避免碰伤探头,不可将连接导线多次缠绕。
  • 探头导线与延伸电缆的连接处为带有锁紧功能的锁头,在紧固时应避免用力过猛,以免损坏锁头。
  • 紧固延伸电缆与前置器的连接螺丝不可用力过大,以免造成螺丝滑丝。
  • 更换后的前置器应与探头、延伸电缆型号一致,应将前置器放在铸铝的盒子内,避免有其他干扰信号影响测量精度。
  • 更换延伸电缆时应注意电缆的盘管直径不应太小,以免造成对电缆的损伤。一般规定盘管直径不得小于55mm。
  • 在处理探头导线与延伸电缆的连接头时应用热缩管包裹,不要用电工胶带,这样油雾会溶解胶带上的沾性物而污染接头。在需打开探头导线与延伸电缆的连接头时,用刀片在接头金属处划开一小口即可,在此过程中当心将电缆划伤。



(4) 处理常见故障时可能发生的危险点


  • 误碰其他运行设备,工作人员应相互监督。
  • 运行中更换振动探头发生高温烫伤,应戴防护手套。
  • 更换延伸电缆时由于盘管直径太小而损伤电缆,盘管直径不能小于55mm。
  • 更换探头时碰伤探头,工作人员应采取相应防护措施。
  • 由于温度过高造成对探头的损伤,探头的工作温度一般应小于180度,只有特制的高温涡流传感器才允许安装在汽封附近。



北京瑞控信科技股份有限公司提供各种型号电涡流传感器,拥有超高的分辨率:1/80000FR;线性度:±0.1%~±0.5%FR;超强的耐高低温环境:最大可达-60℃~+185℃;高强度的防护等级:IP68。支持几十种探头;单通道、双通道、三通道;单端、差分测量方式可选。同时可根据客户要求进行定制化服务,支持军品级、宇航级定制,可实现全国产化,替代进口同类产品。
电涡流传感器


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