干凈高效的電磁爐

1、 干凈、干凈、高效的高效的 電磁爐電磁爐4.3 電渦流式傳感器電渦流式傳感器 高頻高頻電流通過勵(lì)磁電流通過勵(lì)磁線圈，產(chǎn)生交線圈，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，在鐵變磁場(chǎng)，在鐵質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生無數(shù)的電渦流，無數(shù)的電渦流，使鍋底自行發(fā)使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋熱，燒開鍋 內(nèi)內(nèi) 的的 食食 物。物。 它能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，如位移、振動(dòng)、厚度、轉(zhuǎn)速、應(yīng)力、硬度等參數(shù)。這種傳感器還可用于無損探傷。原理如下圖示。 這是一種建立在這是一種建立在渦流效應(yīng)渦流效應(yīng)原理上的傳感器原理上的傳感器。4.3.1 電渦流傳感器原理電渦流傳感器原理 如下圖，當(dāng)通過金屬體的磁通變化時(shí)，就會(huì)在導(dǎo)如下圖，當(dāng)通過金屬體的磁通變化時(shí)，就會(huì)在導(dǎo)體中

2、產(chǎn)生感生電流，這種電流在導(dǎo)體中是自行閉合的，體中產(chǎn)生感生電流，這種電流在導(dǎo)體中是自行閉合的，這就是所謂這就是所謂電渦流電渦流。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分能量，從而使產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈阻抗發(fā)生變化，這一物能量，從而使產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈阻抗發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為理現(xiàn)象稱為渦流效應(yīng)渦流效應(yīng)。 線圈的阻抗變化與導(dǎo)體線圈的阻抗變化與導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù)，形狀，線圈的幾何參數(shù)，激勵(lì)電流頻率以及線圈到激勵(lì)電流頻率以及線圈到被測(cè)導(dǎo)體間的距離等因素被測(cè)導(dǎo)體間的距離等因素有關(guān)。有關(guān)。MR1R2L2L1U1I1I2 線圈與金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的阻抗

3、、電感都是該系統(tǒng)互線圈與金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的阻抗、電感都是該系統(tǒng)互感平方的函數(shù)。而互感是隨線圈與金屬導(dǎo)體間距離的感平方的函數(shù)。而互感是隨線圈與金屬導(dǎo)體間距離的變化而改變的變化而改變的。 其等效電路如上圖所示，其等效電路如上圖所示，R1、L1為傳感器線圈的為傳感器線圈的電阻和電感。短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路線圈，其電電阻和電感。短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路線圈，其電阻為阻為R2、電感為電感為L(zhǎng)2。線圈與導(dǎo)體間存在一個(gè)互感線圈與導(dǎo)體間存在一個(gè)互感M，它隨線圈與導(dǎo)體間距的減小而增大。它隨線圈與導(dǎo)體間距的減小而增大。4.3.1.1 高頻反射式電渦流傳傳感器高頻反射式電渦流傳傳感器 1 1、結(jié)構(gòu)：由一個(gè)固定在框架上

4、的扁平線圈、結(jié)構(gòu)：由一個(gè)固定在框架上的扁平線圈組成。組成。 為了充分有效地利用電渦流效應(yīng)，對(duì)于平板為了充分有效地利用電渦流效應(yīng)，對(duì)于平板型的被測(cè)體則要求被測(cè)體的半徑應(yīng)大于線圈半徑型的被測(cè)體則要求被測(cè)體的半徑應(yīng)大于線圈半徑的的1.81.8倍，否則靈敏度要降低。當(dāng)被測(cè)物體是圓倍，否則靈敏度要降低。當(dāng)被測(cè)物體是圓柱體時(shí)，被測(cè)導(dǎo)體直徑必須為線圈直徑的柱體時(shí)，被測(cè)導(dǎo)體直徑必須為線圈直徑的3.53.5倍倍以上，靈敏度才不受影響。以上，靈敏度才不受影響。2、原理、原理 電渦流傳感器的線圈與被測(cè)金屬導(dǎo)體間是磁電渦流傳感器的線圈與被測(cè)金屬導(dǎo)體間是磁性耦合，電渦流傳感器是利用這種耦合程度的變性耦合，電渦流傳感器是

5、利用這種耦合程度的變化來進(jìn)行測(cè)量的。因此，被測(cè)物體的物理性質(zhì)，化來進(jìn)行測(cè)量的。因此，被測(cè)物體的物理性質(zhì)，以及它的尺寸和開關(guān)都與總的測(cè)量裝置特性有關(guān)。以及它的尺寸和開關(guān)都與總的測(cè)量裝置特性有關(guān)。一般來說，被測(cè)物的電導(dǎo)率越高，傳感器的靈敏一般來說，被測(cè)物的電導(dǎo)率越高，傳感器的靈敏度也越高。度也越高。1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 傳感器包括發(fā)射和傳感器包括發(fā)射和接收線圈，并分別位于接收線圈，并分別位于被測(cè)材料上、下方。被測(cè)材料上、下方。4.3.1.2 低頻透射式電渦流傳感器低頻透射式電渦流傳感器 這種傳感器采用低頻激勵(lì)，因而有較大的貫穿這種傳感器采用低頻激勵(lì)，因而有較大的貫穿深度，適合于測(cè)量金屬材料的厚度。深度，

6、適合于測(cè)量金屬材料的厚度。2. 原理原理 由振蕩器產(chǎn)生的由振蕩器產(chǎn)生的e1加到發(fā)射線圈加到發(fā)射線圈L1兩端。兩端。 若兩線圈間無金屬導(dǎo)體，則若兩線圈間無金屬導(dǎo)體，則L2的磁力能較多的磁力能較多穿過穿過L2，在在L2上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓e2最大。最大。 如果在兩個(gè)線圈之間設(shè)置一金屬板，由于在金如果在兩個(gè)線圈之間設(shè)置一金屬板，由于在金屬板內(nèi)產(chǎn)生電渦流，該電渦流消耗了部分能量，使屬板內(nèi)產(chǎn)生電渦流，該電渦流消耗了部分能量，使到達(dá)線圈到達(dá)線圈L2的磁力線減小，從而引起的磁力線減小，從而引起e2的下降。的下降。 線圈線圈L2的感應(yīng)電壓與被測(cè)厚度的增大按負(fù)冪指的感應(yīng)電壓與被測(cè)厚度的增大按負(fù)冪指數(shù)

7、的規(guī)律減小，數(shù)的規(guī)律減小， 為了較好地進(jìn)行厚度測(cè)量，激勵(lì)為了較好地進(jìn)行厚度測(cè)量，激勵(lì)頻率應(yīng)選得較低。頻率太高，貫穿深度小于被測(cè)頻率應(yīng)選得較低。頻率太高，貫穿深度小于被測(cè)厚度，不利進(jìn)行厚度測(cè)量，通常選厚度，不利進(jìn)行厚度測(cè)量，通常選1kHz左右。左右。 一般地，測(cè)薄金屬板時(shí)，頻率應(yīng)略高些，測(cè)厚一般地，測(cè)薄金屬板時(shí)，頻率應(yīng)略高些，測(cè)厚金屬板時(shí)，頻率應(yīng)低些。如下圖在測(cè)量金屬板時(shí)，頻率應(yīng)低些。如下圖在測(cè)量較小的較小的材料時(shí)，應(yīng)選較低的頻率（如材料時(shí)，應(yīng)選較低的頻率（如500500HzHz），），測(cè)量測(cè)量較較大的材料，則應(yīng)選用較高的頻率（如大的材料，則應(yīng)選用較高的頻率（如2 2kHzkHz），），從從而保

8、證在測(cè)量不同材料時(shí)能得到較好的線性和靈而保證在測(cè)量不同材料時(shí)能得到較好的線性和靈敏度。敏度。4.3.2 4.3.2 測(cè)量電路測(cè)量電路 4.3.2.1 電橋電路電橋電路 在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于傳感器線圈的阻抗發(fā)生變化，使電橋失去平衡，將電橋不平衡造成的輸出信號(hào)進(jìn)行放大并檢波，就可得到與被測(cè)量成正比的輸出。4.3.2.2 諧振法諧振法 諧振法主要有調(diào)幅式電路和調(diào)頻式電路兩種基本形式。調(diào)幅式由于采用了石英晶體振蕩器，因此穩(wěn)定性較高，而調(diào)頻式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于遙測(cè)和數(shù)字顯示。 （一）調(diào)幅式（一）調(diào)幅式（AM）電路電路 石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻、穩(wěn)幅高頻振蕩電壓石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻、穩(wěn)幅高頻振蕩電壓(100kHz1MH

9、z）用于激勵(lì)電渦流線圈。金屬材料在高頻磁場(chǎng)中產(chǎn)生電渦流，引用于激勵(lì)電渦流線圈。金屬材料在高頻磁場(chǎng)中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線圈端電壓的衰減，再經(jīng)高放、檢波、低放電路，最起電渦流線圈端電壓的衰減，再經(jīng)高放、檢波、低放電路，最終輸出的直流電壓終輸出的直流電壓Uo反映了金屬體對(duì)電渦流線圈的影響（例如反映了金屬體對(duì)電渦流線圈的影響（例如兩者之間的距離等參數(shù)）。兩者之間的距離等參數(shù)）。 人的手、泥土或裝滿水的玻璃杯能人的手、泥土或裝滿水的玻璃杯能對(duì)對(duì)振蕩器的振幅產(chǎn)生明顯的衰減嗎？為振蕩器的振幅產(chǎn)生明顯的衰減嗎？為什么？什么？ 當(dāng)電渦流線圈與被測(cè)體的距離當(dāng)電渦流線圈與被測(cè)體的距離x 改變時(shí)，改變時(shí)，電渦流線

10、圈的電感電渦流線圈的電感量量L 也隨之改變，引起也隨之改變，引起LC 振蕩器的輸出頻率變化，此頻率可直接用計(jì)算振蕩器的輸出頻率變化，此頻率可直接用計(jì)算機(jī)測(cè)量。如果要用模擬儀表進(jìn)行顯示或記錄時(shí)，機(jī)測(cè)量。如果要用模擬儀表進(jìn)行顯示或記錄時(shí)，必須使用鑒頻器，將必須使用鑒頻器，將 f轉(zhuǎn)換為電壓轉(zhuǎn)換為電壓 Uo 。 設(shè)電渦流線圈的電感量設(shè)電渦流線圈的電感量L=0.8mH，微調(diào)電容微調(diào)電容C0=200pF，求求振蕩器的頻率振蕩器的頻率f 。01 4-32fLC 電渦流探頭電渦流探頭外外形形交變磁場(chǎng)交變磁場(chǎng) 1電渦流線圈電渦流線圈 2探頭殼體探頭殼體 3殼體上的位置調(diào)節(jié)螺紋殼體上的位置調(diào)節(jié)螺紋 4印制線路板印

11、制線路板 5夾持螺母夾持螺母 6電源指示燈電源指示燈 7閾值指示燈閾值指示燈 8輸出屏蔽電纜線輸出屏蔽電纜線 9電纜插頭電纜插頭 4.3.3 典型應(yīng)用典型應(yīng)用 電渦流傳感器系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電力、石油、電渦流傳感器系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、冶金等行業(yè)和一些科研單位。對(duì)汽輪機(jī)、化工、冶金等行業(yè)和一些科研單位。對(duì)汽輪機(jī)、水輪機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、空分機(jī)、齒輪箱、水輪機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、空分機(jī)、齒輪箱、大型冷卻泵等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸的徑向振動(dòng)、軸大型冷卻泵等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸的徑向振動(dòng)、軸向位移、鍵相器、軸轉(zhuǎn)速、脹差、偏心、以及向位移、鍵相器、軸轉(zhuǎn)速、脹差、偏心、以及轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究和零件尺寸檢驗(yàn)等進(jìn)行在線測(cè)

12、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究和零件尺寸檢驗(yàn)等進(jìn)行在線測(cè)量和保護(hù)。量和保護(hù)。 如轉(zhuǎn)速測(cè)量、脹差測(cè)量、振動(dòng)及軸位移測(cè)如轉(zhuǎn)速測(cè)量、脹差測(cè)量、振動(dòng)及軸位移測(cè)量、量、 物理探傷等諸多領(lǐng)域。物理探傷等諸多領(lǐng)域。1)轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量 對(duì)于所有旋轉(zhuǎn)機(jī)械而言，都需要監(jiān)測(cè)對(duì)于所有旋轉(zhuǎn)機(jī)械而言，都需要監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速是衡量機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速是衡量機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)重要指標(biāo)。它既能響應(yīng)零轉(zhuǎn)速，也能響應(yīng)高轉(zhuǎn)速，抗重要指標(biāo)。它既能響應(yīng)零轉(zhuǎn)速，也能響應(yīng)高轉(zhuǎn)速，抗干擾性能也非常強(qiáng)。轉(zhuǎn)速發(fā)生裝置有以下幾種：用標(biāo)干擾性能也非常強(qiáng)。轉(zhuǎn)速發(fā)生裝置有以下幾種：用標(biāo)準(zhǔn)的漸開線齒數(shù)（準(zhǔn)的漸開線齒數(shù)（M1M5）作轉(zhuǎn)速發(fā)生信

13、號(hào)，在轉(zhuǎn)）作轉(zhuǎn)速發(fā)生信號(hào)，在轉(zhuǎn)軸上開一鍵槽、在轉(zhuǎn)軸上開孔眼、在軸轉(zhuǎn)上凸鍵等軸上開一鍵槽、在轉(zhuǎn)軸上開孔眼、在軸轉(zhuǎn)上凸鍵等.如：如：RS9000XL系列電渦流轉(zhuǎn)速傳感器，適合于測(cè)量從系列電渦流轉(zhuǎn)速傳感器，適合于測(cè)量從零轉(zhuǎn)速以上的任何一轉(zhuǎn)速。通常選用零轉(zhuǎn)速以上的任何一轉(zhuǎn)速。通常選用3-10mm的探頭。頻響為的探頭。頻響為010KHZ。傳感器輸出的信號(hào)幅。傳感器輸出的信號(hào)幅值較高（在低速和高速整個(gè)范圍內(nèi)）抗干擾能力強(qiáng)。值較高（在低速和高速整個(gè)范圍內(nèi)）抗干擾能力強(qiáng)。 2）脹差測(cè)量）脹差測(cè)量 對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)組來說，在其啟動(dòng)對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)組來說，在其啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)，由于金屬材料的不同，熱膨脹系數(shù)的不和停機(jī)時(shí)，

14、由于金屬材料的不同，熱膨脹系數(shù)的不同，以及散熱的不同，軸的熱膨脹可能超過殼體膨同，以及散熱的不同，軸的熱膨脹可能超過殼體膨脹；有可能導(dǎo)致透平機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件（如脹；有可能導(dǎo)致透平機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件（如機(jī)殼、噴嘴、臺(tái)座等）的相互接觸，導(dǎo)致機(jī)器的破機(jī)殼、噴嘴、臺(tái)座等）的相互接觸，導(dǎo)致機(jī)器的破壞。因此脹差的測(cè)量是非常重要的。壞。因此脹差的測(cè)量是非常重要的。3）軸向位移測(cè)量）軸向位移測(cè)量 對(duì)于許多旋轉(zhuǎn)機(jī)械，包括蒸汽對(duì)于許多旋轉(zhuǎn)機(jī)械，包括蒸汽輪機(jī)、燃汽輪機(jī)、水輪機(jī)、離心式和軸流式壓縮機(jī)、輪機(jī)、燃汽輪機(jī)、水輪機(jī)、離心式和軸流式壓縮機(jī)、離心泵等，軸向位移是一個(gè)十分重要的信號(hào)，過大離心泵等，軸向位移

15、是一個(gè)十分重要的信號(hào)，過大的軸向位移將會(huì)引起過大的機(jī)構(gòu)損壞。軸向位移的的軸向位移將會(huì)引起過大的機(jī)構(gòu)損壞。軸向位移的測(cè)量，可以指示旋轉(zhuǎn)部件與固定部件之間的軸向間測(cè)量，可以指示旋轉(zhuǎn)部件與固定部件之間的軸向間隙或相對(duì)瞬時(shí)的位移變化，用以防止機(jī)器的破壞。隙或相對(duì)瞬時(shí)的位移變化，用以防止機(jī)器的破壞。軸向位移是指機(jī)器內(nèi)部轉(zhuǎn)子沿軸心方向，相對(duì)于止軸向位移是指機(jī)器內(nèi)部轉(zhuǎn)子沿軸心方向，相對(duì)于止推軸承二者之間的間隙而言。有些機(jī)械故障，也可推軸承二者之間的間隙而言。有些機(jī)械故障，也可通過軸向位移的探測(cè)，進(jìn)行判別：通過軸向位移的探測(cè)，進(jìn)行判別： 止推軸承的止推軸承的磨損與失效；磨損與失效； 平衡活塞的磨損與失效；平衡

16、活塞的磨損與失效； 止止推法蘭的松動(dòng)推法蘭的松動(dòng) ； 聯(lián)軸節(jié)的鎖住等。聯(lián)軸節(jié)的鎖住等。 4）振動(dòng)測(cè)量：測(cè)量徑向振動(dòng)，可以由它看到軸承）振動(dòng)測(cè)量：測(cè)量徑向振動(dòng)，可以由它看到軸承的工作狀態(tài)，還可以看到轉(zhuǎn)子的不平衡，不對(duì)中等的工作狀態(tài)，還可以看到轉(zhuǎn)子的不平衡，不對(duì)中等機(jī)械故障?？梢詫?duì)壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)械故障。可以對(duì)壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等關(guān)鍵或基礎(chǔ)機(jī)械進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。也可以用于對(duì)機(jī)等關(guān)鍵或基礎(chǔ)機(jī)械進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。也可以用于對(duì)一般性的小型機(jī)械進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)?？蔀橛湍なХ€(wěn)、一般性的小型機(jī)械進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。可為油膜失穩(wěn)、部件松動(dòng)、活塞磨損部件松動(dòng)、活塞磨損/失效、電機(jī)氣隙不勻、齒輪失效、電機(jī)氣

17、隙不勻、齒輪咬合等各種機(jī)械故障的早期判別提供重要信息。咬合等各種機(jī)械故障的早期判別提供重要信息。 3）偏心測(cè)量）偏心測(cè)量 偏心是在低轉(zhuǎn)速的情況下，電渦流傳感偏心是在低轉(zhuǎn)速的情況下，電渦流傳感器系統(tǒng)可以對(duì)軸彎曲程度的測(cè)量，這種彎曲可由下列器系統(tǒng)可以對(duì)軸彎曲程度的測(cè)量，這種彎曲可由下列情況引起：原有的機(jī)械彎曲，臨時(shí)溫升導(dǎo)致的彎曲，情況引起：原有的機(jī)械彎曲，臨時(shí)溫升導(dǎo)致的彎曲，在靜止?fàn)顟B(tài)下，必然有些向下彎曲，有時(shí)也叫重力彎在靜止?fàn)顟B(tài)下，必然有些向下彎曲，有時(shí)也叫重力彎曲，外力造成的彎曲。偏心的測(cè)量，對(duì)于評(píng)價(jià)旋轉(zhuǎn)機(jī)曲，外力造成的彎曲。偏心的測(cè)量，對(duì)于評(píng)價(jià)旋轉(zhuǎn)機(jī)械全面的機(jī)械狀態(tài)，是非常重要的。特別是對(duì)于裝有械全面的機(jī)械狀態(tài)，是非常重要的。特別是對(duì)于裝有透平監(jiān)測(cè)儀表系統(tǒng)（透平監(jiān)測(cè)儀表系統(tǒng)（TSI）的汽輪機(jī)，在啟動(dòng)或停機(jī)）的汽輪機(jī)，在啟動(dòng)或停機(jī)