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一文看懂电涡流传感器(2)

1、在工业设备上的应用


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:1、止推轴承的磨损与失效;2、平衡活塞的磨损与失效;3、止推法兰的松动;4、 联轴节的锁住等。


轴向位移(轴向间隙)的测量,经常与轴向振动弄混。轴向振动是指传感器探头表面与被测体,沿轴向之间距离的快速变动,这是一种轴的振动,用峰峰值表示。它与平均间隙无关。有些故障可以导致轴向振动。例如压缩机的踹振和不对中即是。


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。可以提供对于下列关键或基础机械进行机械状态监测所需要的信息:1、工业透平,蒸汽/燃汽;2、压缩机,空气/特殊用途气体,径向/轴向;3、膨胀机;4、动力发电透平,蒸汽/燃汽/水利;5、电动马达、发电机 ;6、励磁机;7、齿轮箱;8、泵;9、风扇、风机;10、往复式机械。


振动测量同样可以用于对一般性的小型机械进行连续监测。可为如下各种机械故障的早期判别提供了重要信息:


1、轴的同步振动,油膜失稳;

2、转子摩擦,部件松动;

3、轴承套筒松动,压缩机踹振;

4、滚动部件轴承失效,径向预载,内部/外部包括不对中;

5、轴承巴氏合金磨损,轴承间隙过大,径向/轴向;

6、平衡(阻气)活塞磨损/失效 ,联轴器“锁死”;

7、轴弯曲,轴裂纹;

8、电动马达空气间隙不匀,齿轮咬合问题;

9、透平叶片通道共振,叶轮通过现象。


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:


1、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。


2、偏心的测量,对于评价旋转机械**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,在启动或停机过程中,偏心测量已成为不可少的测量项目。它使你能看到由于受热或重力所引起的轴弯曲的幅度。转子的偏心位置,也叫轴的径向位置,它经常用来指示轴承的磨损,以及加载荷的大小。如由不对中导致的那种情况,它同时也用来决定轴的方位角,方位角可以说明转子是否稳定。


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。


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。而电涡流传感器测量转速的优越性是其它任何传感器测量没法比的,它既能响应零转速,也能响应高转速,抗干扰性能也非常强。


旋转测量通常有以下几种传感器可选:电涡流转速传感器、无源磁电转速传感器、有源磁电转速传感器等。具有需要选择那类传感器,则要根据转速测量的要求转速等,(转速发生装置有以下几种:用标准的渐开的线齿数(M1~M5)作转速发生信号,在转轴上开一键槽、在转轴在转轴上开孔眼、在轴转上凸键等转速发生信号装置。


滚动轴承、电机换向器整流片动态监控


对使用滚动轴承的机器预测性维修很重要。探头安装在轴承外壳中,以便观察轴承外环。由于滚动元件在轴承旋转时,滚动元件与轴承有缺陷的地方相碰撞时,外环会产生微小变形。监测系统可以监测到这种变形信号,当信号变形时意味着发生了故障,如滚动元件的裂纹缺陷或者轴承环的缺陷等,还可以测量轴承内环运行状态,经过运算可以测量轴承打滑度。


2、电涡流传感器在硬币识别系统中的应用


随着自动投币机的广泛使用,社会上一些不法分子该意地研究现有硬币的形态、材质,并依此制造出能以假乱真的伪币,这些伪币流入市场后导致了自动投币机不能正常工作,给相关部门造成经济损失。


我国硬币的种类繁多,这给硬币的防伪、识别带来相当大的难度,硬币识别的主要技术问题是硬币的检测方法,核心是检测传感器性能的优劣。


硬币识别系统的原理框图如图所示,其基本工作过程为:当硬币通过电涡流传感器时会在其中产生相应的电涡流,信号调理与检测电路通过适当变换,将电涡流信息转换成相应的数字量供单片机进行实时分析处理。单片机的处理结果用于控制硬币计数控制电路及声光报警电路的工作,完成对硬币的识别任务。


由电涡流传感器为检测元件构成的硬币识别系统,是针对我国目前发行的1元硬币的金属原材料专门设计的。


当硬币通过投币入口进入投币机的路径时,电涡流传感器是利用磁路中磁阻变化,并在置于其中的导体内产生电流,这种电流的流线在金属导体内是闭合的(所以叫做涡流,或称电涡流)。


此电流还会产生一个交变磁场来阻碍外磁场的变化。从其能量角度来看,因为在被测导体内存在电涡流损耗也会产生电磁效应,因此它既会产生焦耳热,又要产生磁滞损耗,造成交变磁场能量的损失。这些能量的损耗会使传感器的等效电抗、等效电感和品质因数值发生变化。


假如使得传感器与被测导体间的距离保持不变,则传感器的输出参数将与被测导体材料的电导率、磁导率成函数关系。当线圈与金属导体之间的距离固定,传感器输出信号的频率只与磁场中的金属导体材料的固有性质有关,即信号频率受线圈电感的影响。


当硬币靠近线圈时,电感将发生变化,则正弦波频率也必将发生相应的变化。因此信号频率的变化反映了硬币的材质特征,所以可以通过测量传感器信号的频率来获得分辨真假、币值的依据。利用这个关系可以用来测量金属材料的电导率、磁导率等参数。


这些参数与导体的材质、几何形状等因数有着一定的关系。找出不同金属材质和体积对系统磁场信息的影响大小而产生的微弱差异,经信号调理电路将这些信号进行处理,之后通过单片微型计算机对所采集数据的智能分析,就能完成对金属硬币的识别。


3、电涡流传感器在其它领域中的应用


电磁炉


电磁炉是我们日常生活中必备的家用电器之一,涡流传感器是其核心器件之一,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。


电涡流探雷器


电涡流式接近开关


接近开关又称无触点行程开关。它能在一定的距离(几毫米至几十毫米)内检测有无物体靠近。


当物体接近到设定距离时,就可发出“动作”信号。接近开关的核心部分是“感辨头”,它对正在接近的物体有很高的感辨能力。这种接近开关只能检测金属。


随着机电一体化智能技术的发展,电涡流传感器的性能将会得到进一步的完善,其检测结果将会更精确,检测距离将会更长,动态检测性能更好,因此,电涡流传感器的应用前景将会更加广阔。