涡流测量电路.ppt

干净 高效的电磁炉 4 3电涡流式传感器 电磁炉的工作原理 高频电流通过励磁线圈 产生交变磁场 在铁质锅底会产生无数的电涡流 使锅底自行发热 烧开锅内的食物 电磁炉内部的励磁线圈 大直径电涡流探雷器 它能实现非接触测量 如位移 振动 厚度 转速 应力 硬度等参数 这种传感器还可用于无损探伤 原理如下图示 这是一种建立在涡流效应原理上的传感器 4 3 1电涡流传感器原理 如下图 当通过金属体的磁通变化时 就会在导体中产生感生电流 这种电流在导体中是自行闭合的 这就是所谓电涡流 电涡流的产生必然要消耗一部分能量 从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化 这一物理现象称为涡流效应 线圈的阻抗变化与导体的电导率 磁导率 几何形状 线圈的几何参数 激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素有关 线圈与金属导体系统的阻抗 电感都是该系统互感平方的函数 而互感是随线圈与金属导体间距离的变化而改变的 其等效电路如上图所示 R1 L1为传感器线圈的电阻和电感 短路环可以认为是一匝短路线圈 其电阻为R2 电感为L2 线圈与导体间存在一个互感M 它随线圈与导体间距的减小而增大 4 3 1 1高频反射式电涡流传传感器 1 结构 由一个固定在框架上的扁平线圈组成 为了充分有效地利用电涡流效应 对于平板型的被测体则要求被测体的半径应大于线圈半径的1 8倍 否则灵敏度要降低 当被测物体是圆柱体时 被测导体直径必须为线圈直径的3 5倍以上 灵敏度才不受影响 2 原理电涡流传感器的线圈与被测金属导体间是磁性耦合 电涡流传感器是利用这种耦合程度的变化来进行测量的 因此 被测物体的物理性质 以及它的尺寸和开关都与总的测量装置特性有关 一般来说 被测物的电导率越高 传感器的灵敏度也越高 1 结构传感器包括发射和接收线圈 并分别位于被测材料上 下方 4 3 1 2低频透射式电涡流传感器 这种传感器采用低频激励 因而有较大的贯穿深度 适合于测量金属材料的厚度 2 原理由振荡器产生的e1加到发射线圈L1两端 若两线圈间无金属导体 则L2的磁力能较多穿过L2 在L2上产生的感应电压e2最大 如果在两个线圈之间设置一金属板 由于在金属板内产生电涡流 该电涡流消耗了部分能量 使到达线圈L2的磁力线减小 从而引起e2的下降 线圈L2的感应电压与被测厚度的增大按负幂指数的规律减小 为了较好地进行厚度测量 激励频率应选得较低 频率太高 贯穿深度小于被测厚度 不利进行厚度测量 通常选1kHz左右 一般地 测薄金属板时 频率应略高些 测厚金属板时 频率应低些 如下图在测量 较小的材料时 应选较低的频率 如500Hz 测量 较大的材料 则应选用较高的频率 如2kHz 从而保证在测量不同材料时能得到较好的线性和灵敏度 4 3 2测量电路 4 3 2 1电桥电路在进行测量时 由于传感器线圈的阻抗发生变化 使电桥失去平衡 将电桥不平衡造成的输出信号进行放大并检波 就可得到与被测量成正比的输出 4 3 2 2谐振法谐振法主要有调幅式电路和调频式电路两种基本形式 调幅式由于采用了石英晶体振荡器 因此稳定性较高 而调频式结构简单 便于遥测和数字显示 一 调幅式 AM 电路 石英振荡器产生稳频 稳幅高频振荡电压 100kHz 1MHz 用于激励电涡流线圈 金属材料在高频磁场中产生电涡流 引起电涡流线圈端电压的衰减 再经高放 检波 低放电路 最终输出的直流电压Uo反映了金属体对电涡流线圈的影响 例如两者之间的距离等参数 部分常用材料对振荡器振幅的衰减系数 人的手 泥土或装满水的玻璃杯能对振荡器的振幅产生明显的衰减吗 为什么 二 调频 FM 式电路 100kHz 1MHz 当电涡流线圈与被测体的距离x改变时 电涡流线圈的电感量L也随之改变 引起LC振荡器的输出频率变化 此频率可直接用计算机测量 如果要用模拟仪表进行显示或记录时 必须使用鉴频器 将 f转换为电压 Uo 并联谐振回路的谐振频率 设电涡流线圈的电感量L 0 8mH 微调电容C0 200pF 求振荡器的频率f 电涡流探头外形 交变磁场 电涡流探头内部结构 1 电涡流线圈2 探头壳体3 壳体上的位置调节螺纹4 印制线路板5 夹持螺母6 电源指示灯7 阈值指示灯8 输出屏蔽电缆线9 电缆插头 4 3 3典型应用电涡流传感器系统广泛应用于电力 石油 化工 冶金等行业和一些科研单位 对汽轮机 水轮机 鼓风机 压缩机 空分机 齿轮箱 大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动 轴向位移 键相器 轴转速 胀差 偏心 以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护 如转速测量 胀差测量 振动及轴位移测量 物理探伤等诸多领域 1 转速测量对于所有旋转机械而言 都需要监测旋转机械轴的转速 转速是衡量机器正常运转的一个重要指标 它既能响应零转速 也能响应高转速 抗干扰性能也非常强 转速发生装置有以下几种 用标准的渐开线齿数 M1 M5 作转速发生信号 在转轴上开一键槽 在转轴上开孔眼 在轴转上凸键等 如 RS9000XL系列电涡流转速传感器 适合于测量从零转速以上的任何一转速 通常选用 3 10mm的探头 频响为0 10KHZ 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 2 胀差测量对于汽轮发电机组来说 在其启动和停机时 由于金属材料的不同 热膨胀系数的不同 以及散热的不同 轴的热膨胀可能超过壳体膨胀 有可能导致透平机的旋转部件和静止部件 如机壳 喷嘴 台座等 的相互接触 导致机器的破坏 因此胀差的测量是非常重要的 3 轴向位移测量对于许多旋转机械 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 过大的轴向位移将会引起过大的机构损坏 轴向位移的测量 可以指示旋转部件与固定部件之间的轴向间隙或相对瞬时的位移变化 用以防止机器的破坏 轴向位移是指机器内部转子沿轴心方向 相对于止推轴承二者之间的间隙而言 有些机械故障 也可通过轴向位移的探测 进行判别 止推轴承的磨损与失效 平衡活塞的磨损与失效 止推法兰的松动 联轴节的锁住等 4 振动测量 测量径向振动 可以由它看到轴承的工作状态 还可以看到转子的不平衡 不对中等机械故障 可以对压缩机 膨胀机 发电机 鼓风机等关键或基础机械进行状态监测 也可以用于对一般性的小型机械进行连续监测 可为油膜失稳 部件松动 活塞磨损 失效 电机气隙不匀 齿轮咬合等各种机械故障的早期判别提供重要信息 3 偏心测量偏心是在低转速的情况下 电涡流传感器系统可以对轴弯曲程度的测量 这种弯曲可由下列情况引起 原有的机械弯曲 临时温升导致的弯曲 在静止状态下 必然有些向下弯曲 有时也叫重力弯曲 外力造成的弯曲 偏心的测量 对于评价旋转机械全面的机械状态 是非常重要的 特别是对于装有透平监测仪表系统 TSI 的汽轮机 在启