干净、高效的 电磁炉

1、 干净、干净、高效的高效的 电磁炉电磁炉4.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 高频高频电流通过励磁电流通过励磁线圈，产生交线圈，产生交变磁场，在铁变磁场，在铁质锅底会产生质锅底会产生无数的电涡流，无数的电涡流，使锅底自行发使锅底自行发热，烧开锅热，烧开锅 内内 的的 食食 物。物。 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。 这是一种建立在这是一种建立在涡流效应涡流效应原理上的传感器原理上的传感器。4.3.1 电涡流传感器原理电涡流传感器原理 如下图，当通过金属体的磁通变化时，就会在导如下图，当通过金属体的磁通变化时，就会在导体中

2、产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓这就是所谓电涡流电涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分。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，这一物理现象称为理现象称为涡流效应涡流效应。 线圈的阻抗变化与导体线圈的阻抗变化与导体的电导率、磁导率、几何的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，形状，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素被测导体间的距离等因素有关。有关。MR1R2L2L1U1I1I2 线圈与金属导体系统的阻抗

3、、电感都是该系统互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变化而改变的。 其等效电路如上图所示，其等效电路如上图所示，R1、L1为传感器线圈的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，其电电阻和电感。短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为阻为R2、电感为电感为L2。线圈与导体间存在一个互感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。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高频反射式电涡流传传感器 1 1、结构：由一个固定在框架上

4、的扁平线圈、结构：由一个固定在框架上的扁平线圈组成。组成。 为了充分有效地利用电涡流效应，对于平板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型的被测体则要求被测体的半径应大于线圈半径的的1.81.8倍，否则灵敏度要降低。当被测物体是圆倍，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柱体时，被测导体直径必须为线圈直径的3.53.5倍倍以上，灵敏度才不受影响。以上，灵敏度才不受影响。2、原理、原理 电涡流传感器的线圈与被测金属导体间是磁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性耦合，电涡流传感器是

5、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，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。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，传感器的灵敏一般来说，被测物的电导率越高，传感器的灵敏度也越高。度也越高。1. 结构结构 传感器包括发射和传感器包括发射和接收线圈，并分别位于接收线圈，并分别位于被测材料上、下方。被测材料上、下方。4.3.1.2 低频透射式电涡流传感器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。深度，

6、适合于测量金属材料的厚度。2. 原理原理 由振荡器产生的由振荡器产生的e1加到发射线圈加到发射线圈L1两端。两端。 若两线圈间无金属导体，则若两线圈间无金属导体，则L2的磁力能较多的磁力能较多穿过穿过L2，在在L2上产生的感应电压上产生的感应电压e2最大。最大。 如果在两个线圈之间设置一金属板，由于在金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，使属板内产生电涡流，该电涡流消耗了部分能量，使到达线圈到达线圈L2的磁力线减小，从而引起的磁力线减小，从而引起e2的下降。的下降。 线圈线圈L2的感应电压与被测厚度的增大按负幂指的感应电压与被测厚度的增大按负幂指数

7、的规律减小，数的规律减小， 为了较好地进行厚度测量，激励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，通常选厚度，不利进行厚度测量，通常选1kHz左右。左右。 一般地，测薄金属板时，频率应略高些，测厚一般地，测薄金属板时，频率应略高些，测厚金属板时，频率应低些。如下图在测量金属板时，频率应低些。如下图在测量较小的较小的材料时，应选较低的频率（如材料时，应选较低的频率（如500500HzHz），），测量测量较较大的材料，则应选用较高的频率（如大的材料，则应选用较高的频率（如2 2kHzkHz），），从从而保

8、证在测量不同材料时能得到较好的线性和灵而保证在测量不同材料时能得到较好的线性和灵敏度。敏度。4.3.2 4.3.2 测量电路测量电路 4.3.2.1 电桥电路电桥电路 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 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（一）调幅式（AM）电路电路 石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压(100kHz1MH

9、z）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）。两者之间的距离等参数）。 人的手、泥土或装满水的玻璃杯能人的手、泥土或装满水的玻璃杯能对对振荡器的振幅产生明显的衰减吗？为振荡器的振幅产生明显的衰减吗？为什么？什么？ 当电涡流线圈与被测体的距离当电涡流线圈与被测体的距离x 改变时，改变时，电涡流线

10、圈的电感电涡流线圈的电感量量L 也随之改变，引起也随之改变，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，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，将必须使用鉴频器，将 f转换为电压转换为电压 Uo 。 设电涡流线圈的电感量设电涡流线圈的电感量L=0.8mH，微调电容微调电容C0=200pF，求求振荡器的频率振荡器的频率f 。01 4-32fLC 电涡流探头电涡流探头外外形形交变磁场交变磁场 1电涡流线圈电涡流线圈 2探头壳体探头壳体 3壳体上的位置调节螺纹壳体上的位置调节螺纹 4印制线路板印

11、制线路板 5夹持螺母夹持螺母 6电源指示灯电源指示灯 7阈值指示灯阈值指示灯 8输出屏蔽电缆线输出屏蔽电缆线 9电缆插头电缆插头 4.3.3 典型应用典型应用 电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、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、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、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

12、转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护。量和保护。 如转速测量、胀差测量、振动及轴位移测如转速测量、胀差测量、振动及轴位移测量、量、 物理探伤等诸多领域。物理探伤等诸多领域。1)转速测量转速测量 对于所有旋转机械而言，都需要监测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（准的渐开线齿数（M1M5）作转速发生信

13、号，在转）作转速发生信号，在转轴上开一键槽、在转轴上开孔眼、在轴转上凸键等轴上开一键槽、在转轴上开孔眼、在轴转上凸键等.如：如：RS9000XL系列电涡流转速传感器，适合于测量从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。通常选用零转速以上的任何一转速。通常选用3-10mm的探头。频响为的探头。频响为010KHZ。传感器输出的信号幅。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。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）胀差测量 对于汽轮发电机组来说，在其启动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，热膨胀系数的不和停机时，

14、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。坏。因此胀差的测量是非常重要的。3）轴向位移测量）轴向位移测量 对于许多旋转机械，包括蒸汽对于许多旋转机械，包括蒸汽轮机、燃汽轮机、水轮机、离心式和轴流式压缩机、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，过大离心泵等，轴向位移

15、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。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：通过轴向位移的探测，进行判别： 止推轴承的止推轴承的磨损与失效；磨损与失效； 平衡活塞的磨损与失效；平衡

16、活塞的磨损与失效； 止止推法兰的松动推法兰的松动 ； 联轴节的锁住等。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）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、一般性的小型机械进行连续监测。可为油膜失稳、部件松动、活塞磨损部件松动、活塞磨损/失效、电机气隙不匀、齿轮失效、电机气

17、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。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）偏心测量 偏心是在低转速的情况下，电涡流传感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，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（透平监测仪表系统（TSI）的汽轮机，在启动或停机）的汽轮机，在启动或停机