章   電渦流位移傳感器
              
                     節  簡介
  ★系統的工作原理
        傳感器系統的工作原理是電渦流效應。當接通傳感器系統電源時，在前置器內會產生一個高頻電流信號，該信號通過電纜送到探頭的頭部，在頭部周圍產生交變磁場H1,如果在磁場H1的范圍內沒有金屬導體材料接近，則發射到這一范圍內的能量都會全部釋放；反之，如果
有金屬導體材料接近探頭頭部，則交變磁場H 1 將在導體的表面產生電渦流場，該電渦流場也會產生一個方向與H 1 相反的交變磁場H 2。由于H 2 的反作用，就會改變探頭頭部線圈高頻電流的幅度和相位，即改變了線圈的有效阻抗。這種變化既與電渦流效應有關，又與靜磁學效應有關，即與金屬導體的電導率、磁導率、幾何形狀、線圈幾何參數、激勵電流頻率以及線圈到金屬導體的距離等參數有關。假定金屬導體是均質的，其性能是線性和各向同性的，則線圈
——金屬導體系統的物理性質通常可由金屬導體的磁導率μ、電導率σ、尺寸因子r，線圈與
金屬導體距離δ，線圈激勵電流強度I和頻率ω等參數來描述。因此線圈的阻抗可用函數Z=F(μ,σ,r,I,ω)來表示。如果控制μ、σ、r、δ、I、ω恒定不變，那么阻抗Z就成為距離δ的單值函數，由麥克斯韋爾公式，可以求得此函數為一非線性函數，其曲線為“S”形曲線，在一定范圍內可以近似為一線性函數。
 
     
                                      
★電渦流位移傳感器的應用范圍
  通過測量金屬被測體與探頭端的相對位置、電渦流位移傳感器感應并處理成相應的電信號輸出。傳感器可長期可靠工作、靈敏度高、抗力強、非接觸測量、響應速度度快、不受油水等介質的影響，在大型旋轉機械的軸位移、軸振動、軸轉速等參數進行長期實時監測中被廣泛應用，并且被擴展到時衛星發射、材質鑒定、稱重測量、金屬板厚測量、材料形變量等應用領域。
 
★完整的傳感器系統組成
  一套完整的傳感器系統主要包括探頭、前置器和附件。系統組成見下圖所示：
 
 
                     
 
 
★與同類產品的兼容性
      ML33系列電渦流位移傳感器的各項性能指標相當或接近美國本特利（BN）公司的3300系列水平，優于國內同類產品。
 
          第二節   被測體表面加工狀況對測量結果的影響
被測體正對探頭的表面光潔度也會影響測量結果！不光滑的被測體表面，在實際的測量應用中會帶來較大的附加誤差，特別是對于振動測量，誤差信號與實際的振動信號疊加一起，并且在電氣上很難分離，因此被測表面應該光潔，不應存在刻痕、洞眼、凸臺、凹槽等缺陷（對于特意為鍵相器、轉速測量設置的凸臺或凹槽除外）。根據API670標準推薦值，對于振動測量被測面表面粗糙度Ra要求在0.4um～0.8um之間，如果不能滿足，需要對被測面進行衍磨或拋光;對于位移測量，由于指示儀表的濾波效應或平均效應，可稍放寬（一般表面粗糙度Ra不超過0.4um～1.6um）。
 
                      第三節  測體材料對測量結果的影響
     傳感器特性（這里指靈敏度）與被測體的電阻率和導磁率有關。當被測體為導磁材料（如普通鋼、結構鋼等）時，由于磁效應和渦流效應同時存在，而且磁效應與渦流效應相反，要抵消部分渦流效應，使得傳感器靈敏度降低；而當被測體為非導磁或弱導磁材料（如銅、鋁、合金鋼等)時，由于磁效應弱，相對來說渦流效應要強，因此傳感器靈敏度要高。
        銅：                    14.9V/mm
        鋁：                    14.0V/mm
        不銹鋼（1Cr18Ni9Ti):    10.4V/mm
        45號鋼：                8.2V/mm
        40CrMo鋼：              8.0V/mm（出廠校準材料）
 
除非在訂貨時進行特別的說明，通常，在出廠前傳感器系統使用40CrMo材料試件進行校準，只有和它同系列的被測體材料，產生的特性方程才能和 40CrMo的相近；當被測體的材料與 40CrMo成分相差很大時，則須重新校準，否則可能造成很大的測量誤差。
 
 
※因為大多數的汽輪機、鼓風機等等設備的轉軸是用 40CrMo材料或者與之接近的材料制造，因此傳感器系統用 40CrMo材料做出廠校準，能適合大多數的測量對象。
 
被測體表面殘磁效應對測量結果的影響
   在材料加工過程中形成的殘磁效應，以及淬火不均勻，硬度不均勻，結晶結構不均勻等都會影響傳感器特性，API670標準推薦被測全表面殘磁不超過0.5微特斯拉。當需要更高的測量精度時，應該用實際被測體進行校準。
 
被測體表面鍍層對測量結果的影響
   不同的鍍層材質，傳感器靈敏度會發生不同的變化。如果鍍層均勻，且厚度大于渦流滲透深度。則傳感器按鍍層材料重新校準，不會影響使用。
                   
 
 第四節     高頻同軸電纜的影響
   高頻同軸電纜也是影響電渦流傳感器電氣性能的一個主要原因。由于傳感器工作在高頻狀態（振蕩頻率約1MHZ左右），所以高頻同軸電纜的頻率衰減、溫度特性、阻抗、長度等都成為影響傳感器性能的因素！基于此種原因，所以，電渦流位移傳感器高頻同軸電纜不能互換！
   
                          第五節   外界磁場的影響
   電渦流傳感器屬于電感式傳感器，由于其主要作用原理就是電渦流效應，所以，對于外界磁場的影響在工程應用中應該充分考慮！強的外界磁場肯定會影響傳感器的性能。
     1、對于外界靜磁場，由于靜磁場強度是一定的，方向與渦流磁場可能呈現現各種狀況，而一旦外界靜磁場方向確定，其對渦流磁場的干擾也是一定的了。所以在實際的工程應用中，靜磁場的影響可以通過現場的試驗測量出傳感器靈敏度的變化，通過后續電路或軟件算法排除。
     2、對于外界交變磁場，例如大型勵磁機、頻繁啟動的大型電機、啟動機等，其磁場方向和強度都可能不是一個確定的值，因而產生的量使渦流傳感器遠記交變磁場的作用范圍，或采取磁場屏蔽措施使產生的影響最小。
                           
 
第二章  ML33電渦流位移傳感器使用說明
                              節  產品說明
1、探頭
      通常探頭由線圈、頭部、殼體、高頻電纜、高頻接頭組成，其典型結構見圖2所示。
           
                          圖二   探頭典型結構
 
 
       在制作過程中，探頭頭部體一般采用耐高溫PPS工程塑料或耐高溫的聚四氟，通過“二次注塑”成型將線圈密封其中。使探頭在惡劣的環境中能可靠工作。由于頭部體線圈直徑決定傳感器系統的線性量程，因此我們通常用頭部體外部直徑來分類和表征各型號探頭，一般情況下傳感器系統的線性量程大致是探頭頭部直徑的1/2～1/4倍。ML33系列傳感器共有Φ5、Φ8、Φ11，Φ18、Φ25、Φ50、Φ60共7種直徑的頭部 見圖所示：
 
 
探頭殼體用于連接和固定探頭頭部，并用為探頭安裝時的裝夾結構。殼體一般采用不銹鋼制成，一般上面刻有標準螺紋，并備有鎖緊螺母。為了能適應不同的應用和安裝場合，探頭殼體具有不同的形式和不同的螺紋及尺寸規格
 
 
 
 
 
2、前置器
   前置器是整個傳感器系統的信號處理中心。一方面，前置器為探頭線圈提供高頻交流激勵電流使探頭工作；另一方面，前置器通過特殊電路感應出探頭頭部體與頭部體前金屬導體的間隙變化，經過前置器的處理，產生隨間隙線性變化而變化的電壓或電流輸出信號
ML33系列前置器有兩種外形結構
       A型外殼
   
 
 
 
 
      
 
 
B 型外殼
 
 
 
 
   前置器電路采用容錯設計；帶電源術性錯接保護和輸出短路保護；電源端、公共端（信號地）、輸出端任意接線錯誤不會損壞前置器。
   前置器電路中除個別用于校準用的元器件外，其他元件均用環氧樹脂膠灌封，這樣可以提供前置器的抗振、防潮性能。
 
 
3. 產品出廠標記
   一套完整的電渦流傳感器應該包括前置器、探頭及延伸電纜。電渦流傳感器應該一一對應、配套使用，不能錯接；在出廠校驗單上對成套的前置器、探頭及延伸電纜都進行了編號，用戶可以很快地找出完整的一套傳感器對應的前置器、探頭及延伸電纜。
   *前置器型號和流水號在前置器殼體上表面醒目處。
   *探頭及延伸電纜的型號和流水號封在電纜上靠近高頻接頭處的一段透明熱縮套管里。
   用戶可以根據出廠校驗單上所標明的各型號和流水號，對照產品上的標簽，按出廠校準的情況進行系統配套。一般要求在傳感器使用前都應進行校準檢查，其是當使用條件與出廠校準條件不同時，特別是被測體材料與出廠校準單注明校準材料牌號不同時必須進行重新校準。
標準配套附件
      1．  每個標準安裝探頭配2個螺母（六角薄螺母GB6173-86,材料1Cr18Ni9Ti,螺紋規格與探頭螺紋規格一致）2個彈簧墊圈
2.  每個探頭配熱縮管套：規格Φ8，透明，長200mm（用于編號及保護轉接頭）。
3.   每臺前置器配4顆M4X8 六角螺絲
其他相關資料
     1、產品合格證及出廠校驗單
     2、使用手冊
     3、裝箱單（一份）
 
              第二節      驗收與儲存
一． 驗收
1、將系統各部分從包裝箱取出。檢查是否存在由于運輸不當造成的損壞。如果有，應立即與承運單位交涉提出索賠，并將情況反映給本公司。
2、對照訂貨單和裝箱單檢查貨物是否齊全，產品型號規格是否正確。如果是成套訂貨，將系統聯接起來，通電檢查系統靜態特性是否符合出廠校驗單注明的指標，通常這些指標應該是符合附錄所規定的技術規范或者商定的技術協議。
3、如果產品完好，而且又不立即安裝使用，將各部分小心的放回原包裝箱內，封好保存，以備以后使用。
4、如果驗收不合格，請盡快與本公司聯系。
二．貯存
   如果長期不使用，傳感器系統應存放在溫度介于-30℃～70℃、相對濕度不大于90%的整潔室內，且室內空氣中不得含有腐蝕性氣體。存放期達一年以上的，使用前應從新校準。
三．試件材料
除非在訂貨時進行特別的說明，通常在出廠前傳感器系統使用40CrMO材料試件進行校準，只有和它同系列的被測體材料，產生的特性方程才能和40CrMO的相近；當被測體的材料與40CrMO成分相差很大或不同時，請在訂貨時說明或提供被測體材料樣本。
 
 
 
第三章   電渦流位移傳感器系統安裝
                        
 
節    探頭安裝間隙
安裝探頭時，應考慮傳感器的線性測量范圍和被測間隙的變化量，當被測間隙總的變化量與傳感器的線性工作范圍接近時，尤其要注意（在訂貨選型時應使所選的傳感器線性范圍大于被測間隙的15%以上）。通常，測量振動時，將探頭的安裝間隙設在傳感器的線性中點；測量位移時，要根據位移往哪個方向變化或往哪個方向的變化量較大來決定其安裝間隙的設定。 當位移想遠離探頭端部的方向變化時，安裝間隙應設定在線性近端；反之，則應設在線性遠端。
 
 
●調整探頭安裝間隙可以采用下列方法
連接好探頭、延伸電纜、前置器，接通傳感器系統電源，用萬用表電壓檔監測前置器的輸出，同時調節探頭與被測面的間隙，當前置器的輸出等于安裝間隙所對應的電壓或電流時（該值可由傳感器校準數據單中查得），再備緊探頭所帶的兩個緊固螺母即可。
 
▲通過測量前置器輸出電壓來確定安裝間隙，有可能會產生一種假象：當探頭頭部還未露出安裝孔時，由于安裝孔周圍的金屬影響，可能使得前置器的輸出等于安裝間隙所對應的電壓或電流輸出值。探頭調整到正確的安裝位置，前置器的輸出應該是：首先是較大的飽和輸出（此時探頭還未放進安裝孔中），然后是較小的輸出（此時探頭放進安裝孔內），繼續將探頭塞進安裝孔，前置器的輸出會變為的輸出（ 此時探頭頭部露出安裝孔，但與被測面的間隙較大），再繼續塞進探頭，前置器的輸出等于安裝間隙所對應的值，此時探頭才是正確的安裝間隙。
 
             
 
 
 
 
 
●探頭安裝的一般步驟
 
1、  根據測量部位的量程、安裝空間的環境和尺寸、被測體材料等特性選定傳感器，并檢查傳感器的各部分外觀是否完好、各部分是否配套（如探頭直徑與前置器型號中規定的配套探頭直徑是否一致、探頭電纜長度加延伸電纜長度是否符合前置器對電纜長度的要求等）。通常成套訂購的傳感器，在出廠時提供有數據校驗單，校驗單上注明了配套校準的傳感器各部分的型號、編號，用戶可據此與產品上的標記核對。然后在傳感器的探頭、延伸電纜（如果有的話）、前置器上分別進行特定標記。
2、 將傳感器各部分聯接好，通電檢查傳感器，若超差，則需進行重新校準。檢查時應特別注意校準試件材料是否與被測體材料一致或具有相近成分。
3、 如果未定購配套的安裝支架，則應自行加工合適的安裝支架。外部安裝探頭支架比較復雜，一般應訂購。
4、 在機座上加工支撐安裝支架的螺孔，內部安裝探頭的支架一般都需要兩個螺孔進行緊固，外部安裝探頭的一般都是在機殼上加工帶螺紋的通孔。
5、 緊固安裝探頭支架。如果是外部安裝探頭，則應先將探頭緊固在支架上，再將支架擰進安裝螺孔內。
6、 調整探頭安裝間隙。不同的用途，探頭的初始安裝間隙有不同的要求。
 
7、 緊固安裝探頭。對于內部安裝探頭，如果是采用角鋼支架則用兩個螺母背緊，采用夾塊則用緊固螺釘鎖緊；對于外部安裝探頭，則緊固外部安裝支架。緊固螺釘、螺母都應加彈簧墊圈以防松動。
 
 
第二節    延伸電纜的安裝
延伸電纜是連接探頭與前置器的中間部件、也是影響傳感器性能的主要部分之一。延伸電纜的安裝應保證在使用過程中不易受到損壞。一般情況下建議采用管道鋪設，或采用帶鎧裝的延伸電纜。過長的電纜不能隨意剪斷，否則可能造成傳感器嚴重超差或不能正常工作。
?在盤放延伸電纜，由于其材料關系，應避免因盤放半徑過小而使電纜折斷。
‚在選型時，應保證延伸電纜的長度加探頭電纜的長度之和大于探頭安裝處到前置器安裝處的距離，而且通常前置器都是集中安裝在機器的同一側。
 
● 延伸電纜轉接頭的密封于絕緣
延伸電纜和探頭電纜的接頭是與信號“地”相連的，而且不具有密封性。為了避免連接處進行絕緣保護。通常采用熱縮套管收縮包裹。在產品出廠時本公司作為附件按每個探頭200ｍｍ長提供一節 ¢8透明熱縮套管，現場安裝時，剪下約100ｍｍ長的一節，接好接頭后，將套管套在接頭處，用電吹風將其加熱收縮即可。這樣還能起到防止接頭松動的作用。
*不要用粘性的電工膠帶來絕緣探頭接頭，因為油污會溶解膠帶上的粘性物而污染探頭。
 
 
● 延伸電纜安裝的一般步驟
1、  檢查延伸電纜的長度
 
 
檢查延伸電纜長度是否與探頭和前置器要求配套，延伸電纜長度加上探頭所帶電纜長度應該與前置器要求的電纜長度一致。除非特殊規格，延伸電纜長度加上探頭所帶電纜長度為5ｍ或9ｍ.
 
2、連接延伸電纜
   將延伸電纜的轉接頭穿到探頭接線盒內，并套上一節約100㎜長¢8的透明熱縮套管后，將延伸電纜的轉接頭與探頭電纜高頻接頭連接并擰緊，把熱縮套管移到連接處，使連接處兩邊的熱縮套管長度一樣，再用電吹風加熱熱縮管，使其收縮包緊接頭。
 
第三節  前置器的安裝
 
*  前置器對工作環境的要求比探頭嚴格得多，通常將它安裝在遠離危險區的位置，其周圍環境應該無腐蝕性氣體、干燥、震動小、環境溫度與室溫相差不大。為了保證前置器工作安全可靠。如圖所示是安裝尺寸圖：
 
 
             A型外殼安裝尺寸圖  
             單位：mm
 
 
 
                B 型外殼安裝尺寸圖
                單位： mm
 
第四節 傳感器系統的連接
 
 
 
 系統連接包括將傳感器探頭、延伸電纜（如果有的話）、前置器以及監測儀表之間的電氣              連接，以組成能投入工作的測量系統。探頭、延伸電纜、前置器之間是通過將其用標準的高頻接頭連接，前置器與儀表之間配有多芯屏蔽電纜連接。ML33-A-A前置器采用5芯屏蔽電纜連接，通常將其中的棕色線接電源DC24V，藍色線接信號輸出（OUT端），白色線：GAP+ 。黑色線：GAP-，屏蔽線接大地。為了避免混亂而接錯線，接線時顏色應該統一。連接系時，用萬用表電壓檔檢測GAP+ (白線) 與GAP-(黑線)之間的電壓值，當GAP 電壓為10V時， 表示探頭安裝在傳感器的線性輸出中點。
 
 ML33-A-A型前置器系統連接如下圖所示。
  •傳感器連接線圖
                                         
                                  
 
 
 
 
 
  附錄A 
 
探頭命名規定
●探頭型號、規格
 
 
 
 
A   A  □□:探頭量程代號選擇
▼   探頭代號分類
          
 
●  B□□    無螺紋長選擇
  探頭無螺紋部分是為了方便安裝、減少無效的螺紋長度、使擰接螺栓更為快捷
  ▼公制螺紋探頭
              
   
 
● C □□ 殼體長度選擇
探頭殼體長度根據現場的使用情況而定，為了保證測量精度、避免探頭桿的自身振動帶來測量干擾，建議不要使用超過300㎜長的殼體長度；當必須使用時，應附加一個增強探頭桿強度的安裝附件。
▼公制殼體長度
  
 
 前置器命名規范
    ●前置器型號、規格
 
         
 
● A □    前置器外殼選擇
 
      A:  A型外殼
      B:  B 型外殼
 
  
●  B □    輸出方式選擇
 
       A:    表示電流4—20MA輸出       22-30V DC 供電  
       V2-1: 表示電壓0—10V 輸出      ±15V DC--±18V DC 供電
  V2-2: 表示電壓0—10V輸出        + 12V DC 供電
  V2-3: 表示電壓0—10V輸出        + 24V DC 供電