電渦流傳感器簡介

一、組成

探頭 

　　探頭是采集信號的核心部件。STV7探頭線圈采用特殊合金元素，大大降低了電渦流傳感器系統的溫度漂移系數值，提高了測量精度。是渦流傳感器的一次技術改革，探頭有Ф5~Ф50多種規格供選擇，可滿足不同測量的需要，探頭是傳感器系統的必要組成部分。

前置器 

　　前置器內部的電子線路可以產生一個特定頻率的電信號，它能探測到能量的損耗，并能產生一個輸出電壓/電流，該電壓/電流正比于所測間隙的變化量。前置器對系統電纜長度有特殊要求，前置器有多種輸出方式可提供選擇，前置器是分體電渦流傳感器系統的必要組成部分。

延伸電纜 

　　延伸電纜接在探頭和前置器之間，延伸電纜與探頭電纜長度的總和為整個系統的電纜長度。延伸電纜有多種長度規格供選擇，延伸電纜是系統的必要組成部分。

被測體 

　　被測體（如旋轉軸）的材質、形狀等因素對傳感器系統的測量結果有著直接的影響。被測體是傳感器測量系統的一部分。標準傳感器采用的測試材料為AISI4140鋼，特殊材料用戶可與公司通過合同約定。

安裝附件 

　　安裝附件是為了方便前置器的現場安裝特別設計的，有底板和導軌安裝兩種形式供選擇。

二、應用領域

　　電渦流傳感器廣泛應用于電力、石油、化工、冶金等科研單位。對汽輪機、水輪機、鼓風機、壓縮機、空分機、齒輪箱、大型冷卻泵等大型旋轉機械軸的徑向振動、軸向位移、鍵相器、軸轉速、脹差、偏心、以及轉子動力學研究和零件尺寸檢驗等進行在線測量和保護。

三、技術規格

　　電渦流傳感器系統嚴格執行美國石油協會API670標準，各項性能指標均優于中國國家標準（中華人民共和國國家計量檢定規程JJG 644-2003）。

靈敏度：

線性量程、線性范圍、線性誤差、最小被測面積直徑

該系列電渦流傳感器系統技術特性

1）.溫度穩定性

• 探頭、延伸電纜、前置器受溫度影響小，性能指標穩定；

• 探頭線圈采用特殊合金元素材料制成，溫度漂移系數小；

• 延伸電纜采用稀有合金元素材料制成，溫度漂移系數小；

• 前置器設計了多處線性/溫度漂移補償電路。

2）.兼容性和互換性

• 電渦流探頭、延伸電纜、前置器的零部件可互換，互換后的非線誤差仍優于±1%，靈敏度偏差優于±1%。

3）.防腐蝕性和可靠性

• 延伸電纜與探頭、前置器的連接頭采用鎖緊裝置結構，有效防止現場接頭松動造成測量誤差；

• 延伸電纜及探頭的接頭可選用不銹鋼材料，以適用在化工等強腐蝕性環境中使用；

• 探頭頭部線圈和電纜連接處采用真空超聲波焊接技術，有效防止合金線圈接頭處老化，大大延長了探頭的使用壽命；

• 前置器有接線容錯保護功能，防止因錯接線而損壞前置器；

• 鎧裝結尾處和電纜接觸處有特殊結構，防止劃傷電纜線；

• 探頭線圈保護罩選用新型PPS工程塑料（耐溫250℃）與探頭線圈注塑成型，防止線圈松動，降低探頭溫度漂移系數；

• 探頭和探頭殼體連接處有特殊鎖緊鎧裝結構和密封裝置，可有效防止油污從鎧裝和電纜或鎧裝和聚四氟保護管鍵滲出。

4）.抗干擾性

• 前置器專門設計抗無線電波、抗電磁場干擾功能；

• 前置器有防雷擊、抑制電網尖峰干擾的可靠能力；

• 延伸電纜采用雙屏蔽電纜線，更大程度地減少了外界電磁噪聲的干擾。

5）探頭的特性

▲ 概述

• 傳感器探頭是傳感器系統的一個必要組成部分，它是采集、感受被測體信號的重要部分，它能有效地探測出被測體表面相對于探頭端面間隙的變化。

• 通常探頭又由以下幾個部分組成：u 線圈 u 線圈保護套 u 不銹鋼殼體 u 高頻電纜 u 高頻電纜接頭

▲ 各組成部分功能特點

• u 線圈：探頭的核心部分，整個傳感器系統的敏感元件。STV7探頭線圈采用特殊合金元素材料，具有極小的溫度漂移系數。

• u 線圈保護罩：STV7探頭線圈保護罩采用PPS○注材料，通過“模具成型"和“二次真空注塑工藝"將線圈很好地密封在頭部保護罩內，以保證線圈長時間不受氧化，可在惡劣的環境中穩定地工作。同時，探頭頭部保護罩和殼體連接應用了鎖緊技術，防止保護罩松動。
  注釋：PPS為工程塑料，具有耐高低溫、抗腐蝕、高強度和高韌性的特點。

• u 不銹鋼殼體：用于連接保護罩和現場安裝需要。STV7探頭殼體內部采用特殊結構，有效地將殼體、膠、保護罩凝結成一體；殼體材料為不銹鋼，通常殼體上有標準螺紋和兩個緊固螺母；為了適應不同的安裝要求，備有光面殼體和不同尺寸、螺距的殼體供選擇。

• u 高頻電纜：用于連接探頭頭部到前置器。STV7高頻電纜選用雙屏蔽電纜，電纜芯線采用合金材料制成，是耐高溫的射頻同軸電纜。通常約定電纜長度有（0.5m、1.5m、1.0m、2.0m、4.0m、5.0m、6.0m、8.0m、9.0m、10.0m）供用戶選擇。如需選擇延伸電纜，則必須確保系統總的電纜長度（探頭電纜線線長+延伸電纜線長）為（3.5m、4.0m、4.5m、5.0m、5.5m、6.0m、6.5m、7.0m、7.5m、8.0m、8.5m、9.0m、9.5m、10.0m）。根據現場的應用環境需要，探頭所帶電纜可配不銹鋼鎧裝管(外加聚四氟管（耐高溫350℃）)，以保護電纜不受損壞和防止過線孔漏油。

• u 高頻電纜接頭：選用黃金鎖緊接頭或不銹鋼鎖緊接頭，球面針設計，接觸電阻小，可靠性高。殼體尾部的出線孔采用圓弧過度，保證電纜線不在此處扭傷。

▲ 探頭的抗腐蝕性

探頭頭部材料：PPS工程塑料；殼體材料：1Cr18Ni9Ti耐酸堿不銹鋼；電纜外表皮材料：聚四氟乙烯，這些材料可以抵抗絕大多數化學物質的腐蝕，但有些化學物質仍可能會對探頭造成腐蝕，安裝時應注意被測體的環境是否安全。

對探頭的抗腐蝕性說明：

• 探頭可以連續接觸下列物質：空氣、水、汽油、酒精、潤滑油、酸、氫氧化鈉

• 探頭不可以連續接觸下列物質：無氧水、苯甲酸、硝酸、二氧化碳（過量）、磷（濕的）、、二氧化硫、98%硫酸、鹽酸

• 探頭的高壓、高溫環境：探頭頭部最大能承受14Mpa的壓力，一般型探頭最大能承受220℃的溫度環境。

6）.前置器的特性

▲ 概述

• 前置器內部的高頻電子線路為探頭線圈提供高頻交流激勵信號，探頭線圈能感應到探頭端面與被測面的相對位移（間隙）變化，前置器將探頭探測到的相對位移變化線性轉換為對應的電壓或電流輸出。

• 系列前置器的結構具有絕緣裝置以減少形成地面回路的可能性。前置器的外殼結構可以保護黃金鎖緊接頭不會因為前置器由于不慎由高處跌落而造成的損傷。

• 前置器有底板螺釘安裝或35mm標準導軌安裝方式供選擇，方便更換。

▲ 主要性能指標

■ 特點

• 該系列前置器外形尺寸、安裝尺寸、安裝方式一致（可參考后圖）。

• 該系列同類規格前置器互換后的非線性誤差仍＜±1%，靈敏度偏差＜±1%。

■ 技術指標

• 被測目標材料：AISI 4140鋼（42CrMo4）

• 電源：-23～-27VDC（-2～-18VDC或-4～-20VDC輸出）；22～26VDC（4～20mA輸出）；±12～±15VDC（0～5V或-5～+5V或-10～+10V輸出）

• 頻響：0～10KHz

• 溫度范圍：-25～85℃ 

• 本安設計

■ 安裝方式選擇

• 底板螺釘安裝

• 35mm標準導軌安裝

■使用注意事項

• 為保證每套傳感器都工作在線性狀態，每個前置器應匹配對應的探頭規格，如前置器標牌上有11mm字樣，它只能匹配Φ11探頭；

• 前置器標牌上標注了前置器對應的系統電纜長度，即探頭電纜長度與延伸電纜長度之和；

• 前置器標牌上標注了前置器的靈敏度及輸出方式，不同探頭規格、不同輸出方式的前置器的靈敏度不同；

• 前置器有錯誤接線保護（容錯保護）；

• 前置器最大的消耗電流﹤10mA（負電源型，正負電源型）；

• 前置器線性起始點為-2.00V；

• 前置器輸出紋波＜10mV（P-P）（負電源型，正負電源型）

7）.延伸電纜的特性

延伸電纜是為了安裝方便而設計的、與探頭電纜通過接頭進行連接的那部分電纜，它是傳感器系統的組成部分。延伸電纜用于增加探頭頭部到前置器之間信號傳輸的距離。延伸電纜的長度加上探頭本身所帶電纜的長度之和即為傳感器系統電纜的長度。

• 延伸電纜的長度可選：3.0m、3.5m、4.0m、4.5m、5.0m、5.5m、7.0m、7.5m、8.0m、8.5m、9.0m、9.5m。

• STV7延伸電纜有兩種接頭可供選擇：黃金鎖緊接頭或不銹鋼接頭（在化工行業等具有強腐蝕性氣體的環境中，推薦選用不銹鋼接頭）。

• STV7延伸電纜和探頭電纜都采取雙層屏蔽：電纜線外殼采用軟管鎧裝保護；軟管外面還套有一層絕緣的特氟龍外皮。STV7的編織鎧裝和裝在某些類型電纜上的不銹鋼鎧裝不同，它在保護內部電纜不被損傷的同時也可防止地面回流問題對其造成傷害。

8）.被測體對傳感器系統的影響

▲ 傳感器系統的校準及其精度，取決于被測體的一些特性：

u 被測體材料 u 被測體表面尺寸 u 被測體表面磁效應 u 被測體表面平整度 u 被測體表面鍍層材質

▲ 被測體材料對電渦流傳感器特性的影響

傳感器特性與被測體的電導率、磁導率有關。當被測體為導磁材料（如普通鋼、結構鋼等）時，由于渦流效應和磁效應同時存在，磁效應反作用于渦流效應使得渦流效應弱，因此傳感器的靈敏度降低；而當被測體為弱導磁材料（如銅、鋁、合金鋼等）時，由于磁效應弱、渦流效應相對強，因此傳感器感應靈敏度高。

下表列出同一套Φ8探頭傳感器測量幾種典型材料的輸出平均靈敏度：

• AISI41410 7.87（8.0）mV/um

• 45#鋼 7.97（8.1）mV/um

• 不銹鋼 10.41 mV/um

• 鋁 14.1 mV/um

• 銅 15.0 mV/um

▲ 被測體表面尺寸對電渦流傳感器系統特性的影響

由于探頭線圈產生的磁場范圍及被測體表面形成的渦流場都是一定的，這樣就對被測體表面大小有一定要求。通常，當被測體表面為平面時，以正對探頭中心線的點為中心，被測面直徑應大于探頭頭部直徑的1.5倍以上；當被測體為圓軸且探頭中心線與軸心線正交時，一般要求被測軸直徑為探頭頭部直徑的3倍以上，否則傳感器的靈敏度會下降，被測體表面越小，靈敏度下降越多。

被測體的厚度也會影響測量結果，被測體中電渦流場作用的大小由頻率、材料導電率、導磁率決定，因此如果被測體太薄，將會造成電渦流作用不夠，使傳感器靈敏度下降。一般要求被測體使用厚度大于0.1mm以上的鋼等導磁材料或厚度大于0.05mm以上的銅、鋁等弱導磁材料，則靈敏度不會受其厚度的影響。

▲ 被測體表面磁效應對電渦流傳感器系統特性的影響

電渦流效應主要集中在被測體表面，如果由于加工過程中形成殘磁效應或淬火不均勻、硬度不均勻、金相組織不均勻、結晶結構不均勻等都會影響傳感器性能。

API670標準推薦被測體表面殘磁不超過0.5微特斯拉。在進行振動測量時，如果被測體表面殘磁效應過大，會出現測量波形發生畸變。

▲ 被測體表面平整度對電渦流傳感器系統特性的影響

不規則的被測體表面，會給實際的測量帶來附加誤差，因此要求被測體表面應平整光滑，不應存在凸起、洞眼、劃痕、凹槽等缺陷。一般來說，對于振動測量的被測表面粗糙程度要求在0.4um～0.8um之間，對于位移測量則要求在0.4um～1.6um之間。

▲ 被測體表面鍍層材料對電渦流傳感器系統特性的影響

被測體表面的鍍層對傳感器的影響相當于改變了被測體材料。鍍層的材質、薄厚會略微改變傳感器的靈敏度。因為探頭能探測到被測體表層材質之下，其靈敏度會受鍍層厚度及其特性的影響，一般要求鍍層一定要均勻，并且有一定的厚度。

4、外型尺寸

 5mm電渦流傳感器 正裝

8mm電渦流傳感器 正裝

 8mm電渦流傳感器 反裝

 11mm電渦流傳感器 正裝

 25mm電渦流傳感器 正裝

 50mm電渦流傳感器 反裝