任務(wù)二振動和偏心檢測

任務(wù)提出任務(wù)二振動和偏心檢測

在機(jī)械設(shè)備的運行過程中，轉(zhuǎn)軸的振動和偏心會影響零件的加工精度，要對振動和偏心進(jìn)行檢測。數(shù)控車床加工

采用非接觸式小位移檢測，選用電渦流傳感器。具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧、靈敏度高等優(yōu)點，在位移測量、速度檢測、厚度檢測等方面廣泛應(yīng)用。相關(guān)知識

電渦流傳感器是利用電渦流效應(yīng)，將非電量轉(zhuǎn)換成阻抗的變化而進(jìn)行測量的。

電渦流是塊狀金屬導(dǎo)體處于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導(dǎo)體中產(chǎn)生的呈渦旋狀的感應(yīng)電流。電渦流效應(yīng)是由于電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分能量，使產(chǎn)生磁場的線圈阻抗發(fā)生變化的物理現(xiàn)象。一、電渦流傳感器的工作原理在金屬導(dǎo)體上方放置一個線圈L，線圈中通以電流I1時，線圈的周圍產(chǎn)生交變磁場H1，在金屬內(nèi)部產(chǎn)生電渦流I2，I2產(chǎn)生反向磁場H2。

H2和H1方向相反，H2抵消了部分原磁場H1，使線圈的阻抗發(fā)生了變化。線圈的等效阻抗z一般可表示為函數(shù)：Z=F（σ，μ，f，x，r）。其中：σ，μ----被測金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率；f----激勵信號的頻率；x----線圈與金屬導(dǎo)體的距離；r----線圈的尺寸因子，與線圈的結(jié)構(gòu)、形狀以及尺寸相關(guān)。

電渦流在金屬導(dǎo)體中的貫穿深度t與線圈的激勵源頻率f、導(dǎo)體材料的相對磁導(dǎo)率μr、電阻率ρ有關(guān)，即：改變激勵源頻率f，可控制貫穿深度，頻率越高，電渦流的貫穿深度越淺。二、高頻反射式電渦流傳感器用高頻激勵源施加在線圈上，通過反射來檢測與被測金屬導(dǎo)體的間距。保持σ、μ、f、r參數(shù)不變，阻抗Z的變化反映了線圈與金屬導(dǎo)體之間的距離。Z=F（σ，μ，f，x，r）三、低頻透射式電渦流傳感器

用低頻激勵源施加在線圈上，電渦流的貫穿深度越深，通過透射來檢測被測金屬導(dǎo)體的厚度。發(fā)射線圈ω1

和接收線圈ω2分別放在被測材料G的兩側(cè)；若存在被測材料G，在G中產(chǎn)生渦流,此渦流損耗了部分能量,使貫穿ω2的磁力線減少,從而使ω2產(chǎn)生的感應(yīng)電勢e2減小。低頻電壓e1加到線圈ω1

的兩端后,在周圍空間產(chǎn)生一交變磁場,若沒有被測材料G,

ω1產(chǎn)生的磁力線較多地穿過ω2,在ω2產(chǎn)生的感應(yīng)電勢e2最大。e2

的大小與G的厚度及材料性質(zhì)有關(guān),實驗與理論證明,e2隨材料厚度h增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減小。可根據(jù)接收線圈ω2產(chǎn)生輸出電壓e2的大小，確定G的厚度。四、電渦流傳感器外形結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)（一）電渦流傳感器外形4~20mA電渦流位移傳感器外形（參考德國圖爾克公司資料）齊平式電渦流位移傳感器外形（參考德國圖爾克公司資料）齊平式傳感器安裝時可以不高出安裝面，不易被損害。V系列電渦流位移傳感器外形（參考浙江洞頭開關(guān)廠資料）齊平式

電渦流探頭外形及調(diào)理電路前置器交變磁場（二）電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)（三）V系列電渦流傳感器的性能指標(biāo)（摘自洞頭開關(guān)廠資料）電渦流線圈的直徑越大，探測范圍就越大——電渦流探雷器五、電渦流傳感器的測量電路電渦流傳感器的探頭是一個電感線圈，改變它與被測金屬板的間距，就改變了電感線圈的阻抗大小，阻抗的變化還要通過后續(xù)的測量電路轉(zhuǎn)換為容易測量的電壓的變化。（一）電橋測量電路線圈A、B為相同的電渦流傳感器線圈，組成差分形式，線圈的阻抗作為電橋的橋臂。初始狀態(tài)電橋平衡，無輸出電壓。當(dāng)測量時，由于傳感器線圈的阻抗發(fā)生變化，電橋失去平衡，將電橋不平衡造成的輸出信號進(jìn)行放大并檢波，就可得到與被測量成正比的輸出。（二）定頻調(diào)幅測量電路傳感器線圈L和電容C并聯(lián)組成諧振電路，由石英晶體振蕩電路提供一個穩(wěn)定的高頻激勵電流i。諧振頻率為：等效阻抗為：，其中R’為回路的等效損耗內(nèi)阻

當(dāng)金屬導(dǎo)體靠近傳感器時，線圈的等效電感L發(fā)生變化，回路失諧，LC并聯(lián)電路的阻抗下降，電壓u下降。L隨檢測距離而變化，阻抗跟隨變化，導(dǎo)致u也變化，經(jīng)放大、檢波后，指示表可直接顯示距離的大小。當(dāng)沒有被測金屬導(dǎo)體時，LC并聯(lián)諧振電路處于諧振狀態(tài)，此時輸出阻抗最大，u也最大。（三）調(diào)頻式測量電路傳感器線圈接入LC振蕩回路，當(dāng)傳感器與被測導(dǎo)體距離x改變時，由于電渦流的影響，L改變，導(dǎo)致振蕩器頻率跟隨改變。該頻率可由數(shù)字頻率計直接測量或通過頻率電壓變換后，再由電壓表測得。任務(wù)實施一、合理選擇電渦流傳感器

軸的振動和偏心的檢測，實際是檢測電渦流傳感器線圈與被測軸間的間距的變化，根據(jù)電渦流傳感器的相關(guān)知識，選用高頻反射式電渦流傳感器。二、正確使用電渦流傳感器（一）被測導(dǎo)體厚度的選擇高頻反射式電渦流傳感器測距時，應(yīng)使導(dǎo)體厚度遠(yuǎn)大于電渦流的軸向貫穿深度；低頻透射式電渦流傳感器測厚時，應(yīng)使導(dǎo)體厚度小于電渦流的軸向貫穿深度。（二）勵磁電源頻率的選擇低頻透射式電渦流傳感器測厚時，由于電渦流的貫穿深度。所以對于檢測電阻率大的材料的厚度時，可選用較高的勵磁頻率；電阻率小的材料應(yīng)選用較低的勵磁頻率。（三）被測導(dǎo)體大小的確定線圈在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的電渦流密度有一個范圍。在線圈軸線附近，電渦流密度很小，越靠近線圈外徑，電渦流密度越大，而在直徑為線圈外直徑的1.8倍和0.4倍處，電渦流密度已衰減到最大值的5％。線圈的大小確定了被測區(qū)域的大小。為了充分利用電渦流效應(yīng)，被測平板型導(dǎo)體的橫向尺寸應(yīng)大于線圈外徑的1.8倍，被測圓柱導(dǎo)體的直徑因大于線圈外徑的3.5倍，保證靈敏度不受影響。（四）檢測距離范圍的確定電渦流強(qiáng)度與線圈到導(dǎo)體的距離成非線性關(guān)系，距離越近，電渦流越強(qiáng)；隨著距離增加，電渦流迅速減小。當(dāng)線圈與導(dǎo)體距離大于線圈半徑時，電渦流強(qiáng)度已很弱。因此一般取距離與線圈外徑的比值為0.05～0.15之間。（五）使用注意事項安裝探頭時，應(yīng)調(diào)節(jié)夾住位置，使位移變化不超出測量范圍。被測軸表面應(yīng)光滑、清潔，沒有缺陷。探頭線圈要通入合適的高頻電流。系統(tǒng)接線牢固，接觸良好。若傳感器線圈本身未加屏蔽，那么不屬于被測對象的金屬物與線圈之間至少要相距一個線圈直徑的距離。其他案例（一）測量位移汽輪機(jī)主軸的軸向位移測量相對軸位移指的是軸向推力軸承和導(dǎo)向盤之間在軸向的距離變化。1—旋轉(zhuǎn)設(shè)備（汽輪機(jī)）

2—主軸

3—聯(lián)軸器4—電渦流探頭5—夾緊螺母6—發(fā)電機(jī)7—基座軸向推力軸承用來承受機(jī)器中的軸向力，它要求在導(dǎo)向盤和軸承之間有一定的間隙以便能夠形成承載油膜。汽輪機(jī)主軸的軸向位移測量1—旋轉(zhuǎn)設(shè)備（汽輪機(jī)）

2—主軸

3—聯(lián)軸器4—電渦流探頭5—夾緊螺母6—發(fā)電機(jī)7—基座被測軸位移傳感器汽輪機(jī)主軸的軸向位移測量一般汽輪機(jī)在0.2～0.3mm之間，壓縮機(jī)組在0.4～0.6mm之間。如果小于這些間隙，軸承就會受到損壞，嚴(yán)重的導(dǎo)致整個機(jī)器損壞；因此需要監(jiān)測軸的相對位移以測量軸向推力軸承的磨損情況。

33測量封口機(jī)工作間隙間隙越大，電渦流越小測量注塑機(jī)開合模的間隙間距（二）測量振幅（三）測量變形

對橋梁、絲桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動測量，須使用多個傳感器。汽輪機(jī)葉片測試

測量懸臂梁的振幅及頻率（四）測量轉(zhuǎn)速若轉(zhuǎn)軸上開z個槽(或齒)，頻率計的讀數(shù)為f（Hz），則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n（r/min）的計算公式為電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量（五）高頻反射式電渦流測厚儀在被測金屬板兩側(cè)對稱放置兩個特性相同的電渦流傳感器，間距為D。工作時，分別測得與被測金屬板間距為x1和x2，板厚d=D-(x1+x2)，再將間距x1和x2轉(zhuǎn)換為電壓值相加，與間距D對應(yīng)的電壓值相減，即可得到與板厚d對應(yīng)的電壓值。（六）液位監(jiān)控系統(tǒng)（七）安檢門安檢門的內(nèi)部設(shè)置有發(fā)射線圈和接收線圈。當(dāng)有金屬物體通過時，10KHz的音頻信號產(chǎn)生的交變磁場就會在該金屬導(dǎo)體表面產(chǎn)生電渦流，會在接收線圈中感應(yīng)出電壓，進(jìn)行報警。帶有電渦流探頭及X光掃描儀安檢門

計算機(jī)根據(jù)感應(yīng)電壓的大小、相位來判定金屬物體的大小。在安檢門的側(cè)面還安裝一臺“軟x光”掃描儀，它對人體、膠卷無害，用軟件處理的方法，可合成完整的光學(xué)圖像。

L11、L12為發(fā)射線圈，密封在上下門框內(nèi)；L21、L22為接收線圈，密封在兩側(cè)門框內(nèi)。當(dāng)10kHz音頻信號進(jìn)入發(fā)射線圈時，在線圈周圍產(chǎn)生交變磁場。接收線圈和發(fā)射線相互垂直，無磁路交鏈，輸出電壓為零。

當(dāng)攜帶金屬物品通過發(fā)射線圈形成的交變磁場H1時，交變磁場會在該金屬導(dǎo)體表面產(chǎn)生電渦流，電渦流產(chǎn)生一個新的微弱磁場H2，它與金屬的位置、大小等有關(guān)，但與接收線圈不正交，在接收線圈中感應(yīng)出電壓。計算機(jī)根據(jù)感應(yīng)電壓的大小、相位判斷金屬物體的大小并報警。（八）測量氣體壓力（九）電渦流表面探傷手持式裂紋測量儀油管探傷用掌上型電渦流探傷儀檢測飛機(jī)裂紋（十）電磁爐高頻電流通過勵磁線圈，產(chǎn)生交變磁場，在鐵質(zhì)鍋底產(chǎn)生無數(shù)的電渦流，使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋內(nèi)的食物。電磁爐內(nèi)部的勵磁線圈

由于存在集膚效應(yīng)，鍍層或箔層越薄，電渦流越小。測量前，可先用電渦流測厚儀對標(biāo)準(zhǔn)厚度的鍍層和銅箔作出“厚度-輸出”電壓的標(biāo)定曲線，以便測量時對照。

（十一）鍍層厚度測量鍍層厚度測量示意圖

1－電渦流測厚儀2－金屬鍍層3－塑料工件塑料表面的金屬鍍層越厚，電渦流就越大。測量絕緣層厚度與測量金屬鍍層的原理是相反的。絕緣層越厚，探頭與金屬板之間的距離就越大，電渦流就越小。仿真實驗趨膚效應(yīng)（集膚效應(yīng)）交變磁場的頻率f越高，電渦流的滲透深度就越淺，趨膚效應(yīng)越嚴(yán)重。可以利用趨膚效應(yīng)來控制非電量的