一、概述

電渦流傳感器能靜態和動態地非接觸、高線性度、高分辨力地測量被測金屬導體距探頭表面的距離。它是一種非接觸的線性化計量工具。電渦流傳感器能準確測量被測體（必須是金屬導體）與探頭端面之間靜態和動態的相對位移變化。

二、背景

在高速旋轉機械和往復式運動機械的狀態分析，振動研究、分析測量中，對非接觸的高精度振動、位移信號，能連續準確地采集到轉子振動狀態的多種參數。如軸的徑向振動、振幅以及軸向位置。從轉子動力學、軸承學的理論上分析，大型旋轉機械的運動狀態，主要取決于其核心—轉軸，而電渦流傳感器，能直接非接觸測量轉軸的狀態，對諸如轉子的不平衡、不對中、軸承磨損、軸裂紋及發生摩擦等機械問題的早期判定，可提供關鍵的信息。電渦流傳感器以其長期工作可靠性好、測量范圍寬、靈敏度高、分辨率高、響應速度快、抗干擾力強、不受油污等介質的影響、結構簡單等優點，在大型旋轉機械狀態的在線監測與故障診斷中得到廣泛應用。

三、原理

根據法拉第電磁感應原理，塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時（與金屬是否塊狀無關，且切割不變化的磁場時無渦流），導體內將產生呈渦旋狀的感應電流，此電流叫電渦流，以上現象稱為電渦流效應，而根據電渦流效應制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。

前置器中高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產生交變的磁場。當被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產生感應電流，與此同時該電渦流場也產生一個方向與頭部線圈方向相反的交變磁場，由于其反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變（線圈的有效阻抗）。

這一變化與金屬體磁導率、電導率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導體表面的距離等參數有關。通常假定金屬導體材質均勻且性能是線性和各項同性，則線圈和金屬導體系統的物理性質可由金屬導體的電導率б、磁導率ξ、尺寸因子τ、頭部體線圈與金屬導體表面的距離D、電流強度I和頻率ω參數來描述，則線圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函數來表示。通常我們能做到控制τ, ξ, б, I, ω這幾個參數在一定范圍內不變，則線圈的特征阻抗Z就成為距離D的單值函數，雖然它整個函數是一非線性的，其函數特征為“S”型曲線，但可以選取它近似為線性的一段。

于此，通過前置器電子線路的處理，將線圈阻抗Z的變化，即頭部體線圈與金屬導體的距離D的變化轉化成電壓或電流的變化。輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間距而變化，電渦流傳感器就是根據這一原理實現對金屬物體的位移、振動等參數的測量。

四、典型應用

電渦流傳感器系統以其獨特的優點，廣泛應用于電力、石油、化工、冶金等行業，對汽輪機、水輪機、發電機、鼓風機、壓縮機、齒輪箱等大型旋轉機械的軸的徑向振動、軸向位移、鑒相器、軸轉速、脹差、偏心、油膜厚度等進行在線測量和安全保護，以及轉子動力學研究和零件尺寸檢驗等方面。圖1-1列舉了上海的電渦流傳感器的一些典型應用示意。前置器根據探頭線圈阻抗的變化輸出一個與距離成正比的直流電壓。

轉速測量

除了測量振動外，電渦流傳感器還能測量轉速。

對于所有旋轉機械而言，都需要監測旋轉機械軸的轉速，轉速是衡量機器正常運轉的一個重要指標。旋轉測量通常有以下幾種傳感器可選：電渦流轉速傳感器、無源磁電轉速傳感器、有源磁電轉速傳感器等。具有需要選擇那類傳感器，則要根據轉速測量的要求轉速等，轉速發生裝置有以下幾種：用標準的漸開的線齒數（M1～M5）作轉速發生信號，在轉軸上開一鍵槽、在轉軸在轉軸上開孔眼、在軸轉上凸鍵等轉速發生信號裝置。

無源磁電式傳感器是針對測齒輪而設計的發電型傳感器（無源），不適合測零轉速和較低轉速，因低頻時，幅值信號小，抗干擾能力差，它不需要供電。

有源磁電式傳感器采用了電源供電，輸出波形為矩形波，具有負載驅動能力，適合測量 0.03HZ以上轉速信號。

而電渦流傳感器測量轉速的優越性是其它任何傳感器測量沒法比的，它既能響應零轉速，也能響應高轉速。對于被測體轉軸的轉速發生裝置要求也很低，被測體齒輪數可以很小，被測體也可以是一個很小的孔眼，一個凸鍵，一個小的凹鍵。電渦流傳感器測轉速，通常選用φ3mm、φ4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm的探頭。轉速測量頻響為0～10KHZ。電渦流傳感器測轉速，傳感器輸出的信號幅值較高（在低速和高速整個范圍內）抗干擾能力強。作轉速測量的電渦流傳感器有一體化和分體兩種。一體化電渦流轉速傳感器取消前置器放大器、安裝方便、適用于工作溫度在–20℃～100℃的環境下,帶前置器放大器的電渦流傳感器適合在–50℃～250℃的工作環境中。

五、應用場景

測量徑向振動，可以由它分析軸承的工作狀態，還可以看到分析轉子的不平衡，不對中等機械故障。電渦流傳感器系統可以提供對于下列關鍵或是基礎機械狀態監測所需要的信息：

工業透平，蒸汽/燃氣

膨脹機

動力發電透平，蒸汽/燃氣/水利

1.相對振動測量（小型機械）

振動測量同樣可以用于對一般性的小型機械進行連續監測。電渦流傳感器系統可為如下各種機械故障的早期判別提供重要信息：

軸的同步振動

轉子摩擦

軸承套筒松動

徑向預載，內部/外部包括不對中

軸承間隙過大，徑向/軸向

聯軸器“鎖死”磨損/失效

軸裂紋

齒輪咬合問題

電動馬達空氣間隙不勻

透平葉片通道共振

2、偏心測量

偏心是在低轉速的情況下，電渦流傳感器系統可對軸彎曲的程度進行測量，這些彎曲可由下列情況引起：

原有的機械彎曲

臨時溫升導致的彎曲

重力彎曲

外力造成的彎曲

偏心的測量，對于評價旋轉機械全面的機械狀態，是非常重要的。特別是對于裝有透平監測儀表系統（TSI）的汽輪機，在啟動或停機過程中，偏心測量已成為不可少的測量項目。它使你能看到由于受熱或重力所引起的軸彎曲的幅度。轉子的偏心位置，也叫軸的徑向位置，它經常用來指示軸承的磨損，以及加載荷的大小。如由不對中導致的那種情況，它同時也用來決定軸的方位角，方位角可以說明轉子是否穩定。

3.脹差測量

對于汽輪發電機組來說，在其啟動和停機時，由于金屬材料的不同，熱膨脹系數的不同，以及散熱的不同，軸的熱膨脹可能超過殼體膨脹；有可能導致透平機的旋轉部件和靜止部件（如機殼、噴嘴、臺座等）的相互接觸，導致機器的破壞。因此脹差的測量是非常重要的。