基于PULSE多功能分析仪的电涡流位移传感器的检定

王玲 贠韫 郑慧慧/陕西省计量科学研究院

0 引言

电涡流位移传感器（以下简称“电涡流传感器”）能静态和动态，非接触地连续测量被测金属导体距探头表面的距离，它具有长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨力高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点，常被用于大型旋转机械的轴位移、轴振动、轴转速等参数的长期实时监测， 分析设备的工作状况和故障原因，有效地对设备进行保护和预测性维修[1]。参照JJG 644-2003《振动位移传感器》检定规程[2]，衡量电涡流位移传感器计量性能的指标有静态指标（灵敏度、幅值线性度、回程误差、幅值重复性、零值误差、温漂、幅值稳定度）和动态指标（参考灵敏度、频率响应、幅值线性度）。目前我院振动测量中心使用中频振动标准装置进行动态标定，利用振动台产生振动源，标准传感器测量振动源振动位移并通过PULSE多功能分析仪进行相应的参数设置后直接获得电涡流传感器动态灵敏度值。

1 电涡流传感器工作原理

电涡流传感器由探头、前置器和延长电缆组成，利用探头内线圈与被测金属之间耦合程度的变化来进行测量，并具有零频率响应性能，结构形式如图1所示。其工作过程是当被测金属与探头之间距离发生变化时，探头中线圈的电感量发生变化引起了振荡器的振荡电压幅度变化，这个随距离变化的振荡电压经检测电路检波、滤波和线性校正后变成了与位移成正比的电压，经放大器输出[3]。

图1 电涡流传感器的构成

2 测量原理

2.1 原理

对电涡流位移传感器灵敏度的动态校准是在中频振动标准装置的基础上，增加被校传感器固定支架及被测体，实现其动态特性的校准。标定时将被测体（45#钢）背靠背安装在标准传感器上，并将电涡流传感器通过专用支架固定在标准振动台上，同时与被测体留有1.5 mm左右间隙（用塞尺来测量），由振动台产生振动位移量，电涡流传感器输出与位移成正比的电压量并通过分析仪读出，传感器的位移灵敏度S为输出电压与振动位移之比，即

式中：U——传感器的输出电压，mV；

A——振动位移，μm

2.2 检定框图

图2采用中频比较法标定电涡流传感器动态灵敏度，振动位移的大小由丹麦B&K的3560动态信号分析仪将振动台加速度信号二次积分后得到，并由分析仪的传递函数模块直接得出标准振动台位移输出变化量和电压输出变化量比，即位移灵敏度S。

图2 中频比较法检定装置

2.3 实验

用中频标准振动装置标定美国本特利型号为330103-00-05-10-02-00、编号为08H018PD 的电涡流传感器。按照图2将标准传感器先用螺钉固定在振动台面上与台面垂直，输出通过电荷放大器接入分析仪输入通道2；被测体（45#钢）背靠背安装在标准传感器上，被校电涡流传感器通过专用支架固定在标准振动台上同时与被测体留有1.5 mm左右间隙（用塞尺来测量），前置器输出接入分析仪输入通道3[4]。按照图3、图4、图5设置信号分析仪参数，且在图5中“传递函数”界面直接可以得到电涡流传感器的灵敏度。表1、表2分别为位移灵敏度频率响应和幅值线性度数据。

图3 标准信号参数设置

图4 被检传感器参数设置

图5 传递函数参数设定及灵敏度标定数据

表1 灵敏度频率响应

表2 灵敏度幅值线性

以40 Hz、位移为200 μm下的灵敏度作为参考灵敏度，频率响应、幅值线性度均符合JJG 644-2003要求。

3 结语

用PULSE多功能分析仪可以很方便地完成电涡流位移传感器的检定，它的二次积分功能省去了手动积分计算振动台位移度量，并由传递函数直接地读出传感器的灵敏度，大大提高了工作效率，并提高了测量结果的准确度。