S220840-01-016-025-035-80-01轴位移传感器

传感器可以准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面的相对位置。 ● 传感器长期工作可靠性好、灵敏度高、抗力强、非接触测量、响应 速度快、不受油水等介质的影响，常被用于对大型旋转机械的轴位移、轴振动、轴转 速等参数进行长期实时监测，可以分析出设备的工作状况和故障原因，有效地对设备 进行保护及进行预测性维修。 ● 从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运行状态主要取决于其—— 转轴，而电涡流位移传感器能直接测量转轴的各种运行状态，测量结果可靠、可信。 过去，对于机械的振动测量采用加速度传感器或速度传感器，通过测量机壳振动，间接地 测量转轴振动，测量结果的可信度不高。

不规则的被测体表面，会给实际的测量值造成附加误差，特别是对于振动测量，这个附 加误差信号与实际的振动信号叠加一起，在电气上很难进行分离，因此被测表面应该光洁， 不应该存在刻痕、洞眼、凸台、凹槽等缺陷(对于特意为键相器、转速测量设置的凸台或凹槽 除外)。通常，对于振动测量被测面表面粗糙度Ra要求在0.4μm～0.8μm之间(API670标准推 荐值)，一般需要对被测面进行衍磨或抛光；对于位移测量，由于指示仪表的滤波效应或平均 效应，可稍放宽(一般表面粗糙度Ra不超过0.8μm～1.6μm)

1.线性量程、线性范围、线性中点、非线性误差、被测面

※非线性误差指实际输出值与理论值(按标准特性方程计算)误值。
2.平均灵敏度（线性范围内输出变化除线性范围）

平均灵敏度误差：≤±5％
3. 动态特性
频响：0～10kHz
幅频特性:0～1kHz衰减小于1%，10kHz衰减小于5%
相频特性:0～1kHz相位差小于－10°，10kHz相位差小于－100°
4.互换性误差≤5%
5. 工作温度
探头：工作温度-25℃～+150℃   温漂≤0.05%/°C
前置器：工作温度-25℃～+85℃  温漂≤0.05%/°C
6.工作介质：空气、油、水。
7.探头工作压力：12Mpa

当接通传感器系 统电源时，在前置器内会产生一个高频电流信号，该信号通 过电缆送到探头的头部，在头部周围产生交变磁场H1。如果 在磁场H1的范围内没有金属导体材料接近，则发射到这一范 围内的能量都会全部释放；反之，如果有金属导体材料接近 探头头部，则交变磁场H1将在导体的表面产生电涡流场，该 电涡流场也会产生一个方向与H1相反的交变磁场H2。由于H2 的反作用，就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位， 即改变了线圈的有效阻抗。这种变化既与电涡流效应有关， 又与静磁学效应有关，即与金属导体的电导率、磁导率、 几何形状、线圈几何参数、激励电流频率以及线圈到金属 导体的距离等参数有关。假定金属导体是均质的，其性能 是线性和各向同性的，则线圈——金属导体系统的物理性 质通常可由金属导体的磁导率μ、电导率σ、尺寸因子r， 线圈与金属导体距离δ，线圈激励电流强度I和频率ω等 参数来描述。因此线圈的阻抗可用函数Z=F(μ,σ,r,I,ω) 来表示。 如果控制μ、σ、r、δ、I、ω恒定不变，那么阻 抗Z就成为距离δ的单值函数，由麦克斯韦尔公式，可以 求得此函数为一非线性函数，其曲线为“S”形曲线，在 一定范围内可以近似为一线性函数。 在实际应用中，通常是将线圈密封在探头中，线圈 阻抗的变化通过封装在前置器中的电子线路的处理转换 成电压或电流输出。这个电子线路并不是直接测量线圈 的阻抗，而是采用并联谐振法，见图1-3，即在前置器中将一个固定电容C C C C 0 1 2 1 2 = + C 和探头 线圈Lx并联与晶体管T一起构成一个振荡器，振荡器的振荡幅度Ux与线圈阻抗成比例，因此振 荡器的振荡幅度Ux会随探头与被测间距δ改变。Ux经检波滤波，放大，非线性修正后输出电 压Uo，Uo与δ的关系曲线如图1-4所示，可以看出该曲线呈“S”形，即在线性区中点δ0处(对 应输出电压U0 )线性，其斜率(即灵敏度)较大，在线性区两端，斜率(灵敏度)逐渐下降， 线性变差。(δ1，U1 ) ——线性起点，(δ2，U2 ) ——线性末点。

传感器特性与被测体的导电率和导磁率有关， 当被测体为导磁材料(如普通钢、结构钢等)时，由 于磁效应和涡流效应同时存在，而且磁效应与涡流 效应相反，要抵消部分涡流效应，使得传感器感应 灵敏度低；而当被测体为非导磁或弱导磁材料(如 铜、铝、合金钢等)时，由于磁效应弱，相对来说 涡流效应要强，因此传感器感应灵敏度要高。图1-9 列出了同一套传感器测量几种典型材料时的输出 特性曲线，图中各曲线所对应的灵敏度为： 铜：14.9 V/mm 铝：14.0 V/mm 不锈钢(1Cr18Ni9Ti)：10.4V/mm 45号钢：8.2 V/mm 40CrMo钢：8.0 V/mm（出厂校准 材料） 除非在订货时进行特别说明，通常，在出厂前传感器系统用40CrMo材料试件进行校准， 只有和它同系列的被测体材料，产生的特性方程才能和40CrMo的相近；当被测体的材料与 40CrMo成分相差很大时，则须按第三章节所述步骤进行重新校准，否则可能造成很大的 测量误差。 因为大多数的汽轮机、鼓风机等设备的转轴是用40CrMo材料或者与之相近的材料制造， 因此传感器系统用40CrMo材料作出厂校准，能适合大多数的测量对象

转到探头安装位置时，相当于探头与被测面间距突变，传感器会产生一个脉冲信号，轴每 转一圈，就会产生一个脉冲信号，产生的时刻表明了轴在每转周期中的位置。同时通过对脉 冲计数，可以测量轴的转速；通过将脉冲与轴的振动信号比较，可以确定振动的相位角，用 于轴的动平衡分析以及设备的故障分析与诊断等方面。 凹槽或凸键要足够大，以使得产生的脉冲峰峰值不小于5V(API670标准要求不小于7V)。 一般若采用φ8探头，则这一凹槽或凸键宽度应大于7.6mm、深度或高度应大于1.5mm(推荐采 用2.5mm以上)、长度应大于10mm。凹槽或凸键应平行于轴中心线，其长度尽量长，以防止当 轴产生轴向窜动时，探头还能对着凹槽或凸键。

安装探头时，您应注意以下几个问题： · 各探头间的距离 · 探头与安装面的距离 · 安装支架的选择 · 探头安装间隙 · 探头所带电缆的安装 · 电缆转接头的密封与绝缘 · 探头的抗腐蚀性 · 探头的高压环境

安装探头时，应考虑传感器的线性测量范围和被测间隙的变化量，当被测间隙总的变化 量与传感器的线性工作范围接近时，尤其要注意(在订货选型时应使所选的传感器线性范围大 于被测间隙的15%以上)。通常，测量振动时，将探头的安装间隙设在传感器的线性中点；测 量位移时，要根据位移往哪个方向变化或往哪个方向的变化量较大来决定其安装间隙的设定。 当位移向远离探头端部的方向变化时，安装间隙应设在线性近端；反之，则应设在线性远端

探头安装的一般步骤 1、根据测量部位的量程、安装空间的环境和尺寸、被测体材料等特性选定传感器，并检 查传感器各部分外观是否完好、各部分是否配套(如探头直径与前置器型号中规定的配套探头 直径是否一致、探头电缆长度加延伸电缆长度是否符合前置器对电缆长度的要求等)。通常成 套订购的传感器，在出厂时提供有校验卡，校验卡上注明了配套校准的传感器各部分的型号、 编号，可据此与产品上的标记核对。然后在传感器的探头、延伸电缆(如果有的话)、前置器 上分别进行特定标记(如“1#瓦水平振动”、“轴位移”等)来说明其作用以及区分多套传感 器各部分间的联接关系，电缆两端应都做标记以便在多根电缆头中进行分辨，这种标记应该 能防油、防水。 2、将传感器各部分联接好，按第三章节校准所述通电检查传感器，若超差，则需重 新校准。检查时特别要注意校准试件材料是否与被测体材料一致或者具有相近的成分，关于材 料对测量的影响见被测体材料的影响。 3、如果未订购配套的安装支架，则加工合适的安装支架(参见探头安装支架选择)。外部 安装探头支架较复杂，一般需订购。 4、在基座上加工支撑安装支架的螺孔，内部安装探头的支架一般都需要两个螺孔进行紧 固，外部安装探头一般都是在机壳上加工通孔螺纹孔。

5、紧固内部安装探头支架。如果是外部安装探头，则应先将探头紧固在支架上，再将支 架拧进安装螺孔内。 6、调整探头安装间隙。不同用途探头的初始安装间隙有不同的要求，参见章第二节 传感器的典型应用关于轴的径向振动测量、轴向位移测量、鉴相器测量中的说明。关于调整 的方法参见本章探头安装间隙的说明。 7、紧固内部安装探头，采用角钢支架则用两个螺母背紧，采用压块支架则用紧固螺栓锁 紧；外部安装探头，则紧固外部安装支架。紧固螺钉、螺母都应用弹簧垫圈以防松动。(参见 探头安装支架选择) 8、固定探头电缆。内部安装探头电缆，在机器内部先用电缆固定架固定，然后穿过电缆 密封装置(参见探头所带电缆的安装)，再拧紧电缆密封组件(多个探头共用一个电缆密封装置 时，在各探头电缆都穿过来后再拧紧)；外部安装探头电缆，只需拧紧支架上的电缆密封组件。