基于PULSE多功能分析儀的電渦流位移傳感器的檢定

王玲 贠韞 鄭慧慧/陜西省計(jì)量科學(xué)研究院

0 引言

電渦流位移傳感器（以下簡稱“電渦流傳感器”）能靜態(tài)和動態(tài)，非接觸地連續(xù)測量被測金屬導(dǎo)體距探頭表面的距離，它具有長期工作可靠性好、測量范圍寬、靈敏度高、分辨力高、響應(yīng)速度快、抗干擾力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)的影響、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，常被用于大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸位移、軸振動、軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)的長期實(shí)時(shí)監(jiān)測， 分析設(shè)備的工作狀況和故障原因，有效地對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)和預(yù)測性維修[1]。參照J(rèn)JG 644-2003《振動位移傳感器》檢定規(guī)程[2]，衡量電渦流位移傳感器計(jì)量性能的指標(biāo)有靜態(tài)指標(biāo)（靈敏度、幅值線性度、回程誤差、幅值重復(fù)性、零值誤差、溫漂、幅值穩(wěn)定度）和動態(tài)指標(biāo)（參考靈敏度、頻率響應(yīng)、幅值線性度）。目前我院振動測量中心使用中頻振動標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行動態(tài)標(biāo)定，利用振動臺產(chǎn)生振動源，標(biāo)準(zhǔn)傳感器測量振動源振動位移并通過PULSE多功能分析儀進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置后直接獲得電渦流傳感器動態(tài)靈敏度值。

1 電渦流傳感器工作原理

電渦流傳感器由探頭、前置器和延長電纜組成，利用探頭內(nèi)線圈與被測金屬之間耦合程度的變化來進(jìn)行測量，并具有零頻率響應(yīng)性能，結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。其工作過程是當(dāng)被測金屬與探頭之間距離發(fā)生變化時(shí)，探頭中線圈的電感量發(fā)生變化引起了振蕩器的振蕩電壓幅度變化，這個(gè)隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)檢測電路檢波、濾波和線性校正后變成了與位移成正比的電壓，經(jīng)放大器輸出[3]。

圖1 電渦流傳感器的構(gòu)成

2 測量原理

2.1 原理

對電渦流位移傳感器靈敏度的動態(tài)校準(zhǔn)是在中頻振動標(biāo)準(zhǔn)裝置的基礎(chǔ)上，增加被校傳感器固定支架及被測體，實(shí)現(xiàn)其動態(tài)特性的校準(zhǔn)。標(biāo)定時(shí)將被測體（45#鋼）背靠背安裝在標(biāo)準(zhǔn)傳感器上，并將電渦流傳感器通過專用支架固定在標(biāo)準(zhǔn)振動臺上，同時(shí)與被測體留有1.5 mm左右間隙（用塞尺來測量），由振動臺產(chǎn)生振動位移量，電渦流傳感器輸出與位移成正比的電壓量并通過分析儀讀出，傳感器的位移靈敏度S為輸出電壓與振動位移之比，即

式中：U——傳感器的輸出電壓，mV；

A——振動位移，μm

2.2 檢定框圖

圖2采用中頻比較法標(biāo)定電渦流傳感器動態(tài)靈敏度，振動位移的大小由丹麥B&K的3560動態(tài)信號分析儀將振動臺加速度信號二次積分后得到，并由分析儀的傳遞函數(shù)模塊直接得出標(biāo)準(zhǔn)振動臺位移輸出變化量和電壓輸出變化量比，即位移靈敏度S。

圖2 中頻比較法檢定裝置

2.3 實(shí)驗(yàn)

用中頻標(biāo)準(zhǔn)振動裝置標(biāo)定美國本特利型號為330103-00-05-10-02-00、編號為08H018PD 的電渦流傳感器。按照圖2將標(biāo)準(zhǔn)傳感器先用螺釘固定在振動臺面上與臺面垂直，輸出通過電荷放大器接入分析儀輸入通道2；被測體（45#鋼）背靠背安裝在標(biāo)準(zhǔn)傳感器上，被校電渦流傳感器通過專用支架固定在標(biāo)準(zhǔn)振動臺上同時(shí)與被測體留有1.5 mm左右間隙（用塞尺來測量），前置器輸出接入分析儀輸入通道3[4]。按照圖3、圖4、圖5設(shè)置信號分析儀參數(shù)，且在圖5中“傳遞函數(shù)”界面直接可以得到電渦流傳感器的靈敏度。表1、表2分別為位移靈敏度頻率響應(yīng)和幅值線性度數(shù)據(jù)。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)信號參數(shù)設(shè)置

圖4 被檢傳感器參數(shù)設(shè)置

圖5 傳遞函數(shù)參數(shù)設(shè)定及靈敏度標(biāo)定數(shù)據(jù)

表1 靈敏度頻率響應(yīng)

表2 靈敏度幅值線性

以40 Hz、位移為200 μm下的靈敏度作為參考靈敏度，頻率響應(yīng)、幅值線性度均符合JJG 644-2003要求。

3 結(jié)語

用PULSE多功能分析儀可以很方便地完成電渦流位移傳感器的檢定，它的二次積分功能省去了手動積分計(jì)算振動臺位移度量，并由傳遞函數(shù)直接地讀出傳感器的靈敏度，大大提高了工作效率，并提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。