專利名稱：一種高溫非接觸式電渦流位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種非接觸式電渦流位移傳感器，尤其涉及一種可在高溫 (220°C -400°C )條件下實(shí)現(xiàn)長期精確位移測量的非接觸式電渦流位移傳感器。
背景技術(shù)：
在非接觸式位移測量技術(shù)中，普遍采用電渦流式位移傳感器。此類傳感器系統(tǒng)通 常包括探頭、高頻連接電纜和前置電路三個(gè)部分。其中探頭是傳感器系統(tǒng)獲取相關(guān)測量信 號的敏感部分。普通的非接觸式電渦流位移傳感器探頭由一個(gè)金屬電感線圈和繞線骨架用 環(huán)氧樹脂粘結(jié)而成，此類結(jié)構(gòu)的探頭難以在220°C以上的工作環(huán)境中長期正常工作。前置電 路由振蕩電路、檢波電路、濾波電路、校正電路和信號轉(zhuǎn)換電路組成(如圖1所示)。其測量原理如下振蕩器產(chǎn)生一個(gè)高頻激勵(lì)信號，該高頻激勵(lì)信號使得電感線圈 產(chǎn)生一個(gè)高頻交變磁場φ 1，當(dāng)被測量導(dǎo)體靠近線圈時(shí)，在磁場作用范圍的表面會(huì)產(chǎn)生與此 磁場相交鏈的電渦流，根據(jù)楞次定律可知此電渦流又將產(chǎn)生一個(gè)與其大小相等方向相反的 磁場Φ2。這個(gè)反向磁場Φ2會(huì)阻礙磁場Φ1的變化，當(dāng)傳感器電感線圈與被測量導(dǎo)體間 距離發(fā)生變化時(shí)，由于電渦流和磁場的作用，使電感線圈的電感量L、等效電阻R都發(fā)生變 化，從而使得電感線圈兩端電壓的幅值發(fā)生相應(yīng)的變化。電渦流效應(yīng)與被測金屬間的距離、 電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、尺寸和電流頻率等參數(shù)有關(guān)。當(dāng)線圈的材料、幾何形狀、 尺寸和被測導(dǎo)體的材料確定時(shí)，電渦流效應(yīng)只與電感線圈和被測金屬導(dǎo)體間的距離有關(guān)。 此時(shí)傳感器的輸出信號為距離的單值函數(shù)。通過電路中的振蕩電路、檢波電路、濾波電路、 校正電路和輸出信號轉(zhuǎn)換電路，可以將被測量導(dǎo)體相對于電感線圈的距離變化轉(zhuǎn)換成電流 (或電壓)變化，從而實(shí)現(xiàn)位移測量。此類位移傳感器已在汽輪發(fā)電機(jī)組、鼓風(fēng)機(jī)、泵、鍋爐 空氣預(yù)熱器等大旋轉(zhuǎn)機(jī)械的位移變化參數(shù)的在線測量和故障診斷方面得到廣泛應(yīng)用。但在 高溫環(huán)境下-400°C )，其電感線圈的幾何形狀和電阻R與低溫時(shí)相比較會(huì)發(fā)生較大 變化，嚴(yán)重影響測量精度，使得傳感器輸出的測量值因誤差超出允許范圍而失去實(shí)際測量意義。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種高溫非接觸式電渦流位移傳感器，使其能在高溫 (220°C -400°C )環(huán)境中長期正常工作并獲取精確測量值。本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種高溫非接觸式電渦流位移傳感器，包括由電感線圈組成的探頭、高頻連接電 纜和前置電路，所述前置電路是由振蕩電路、檢波電路、濾波電路、校正電路和輸出信號轉(zhuǎn) 換電路組成，其特征在于所述電感線圈由溫度系數(shù)為-10ppm/°C到-80ppm/°C的合金導(dǎo)線 繞制而成；所述的電感線圈部分被上釉料以約束電感線圈高溫時(shí)的幾何形狀改變、保證絕 緣和在惡劣的酸堿環(huán)境中對電感線圈的金屬導(dǎo)線進(jìn)行保護(hù)；所述校正電路由熱電偶和放大 器組成，熱電偶位于電感線圈處。熱電偶測量端的熱電動(dòng)勢經(jīng)由放大器后輸出一個(gè)與探頭的環(huán)境溫度成一定關(guān)系的電壓值(或電流值)。進(jìn)一步的，所述的振蕩電路采用激勵(lì)信號的頻率在1. 2MHz 5. 5MHz，其最佳激勵(lì) 頻率范圍為1. 5MHz 3. 5MHz ；繞制電感線圈的合金導(dǎo)線的線徑為0. Imm 2. 5mm ；高頻傳 輸線呈正電阻溫度系數(shù)特性。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下特出技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)進(jìn)步該傳感器可以 在0°C -400°C溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)位移測量，特別是實(shí)現(xiàn)了 220°C -400°C溫度范圍內(nèi)的精確位 移測量，解決了現(xiàn)有技術(shù)中非接觸式電渦流傳感器不能在高溫狀態(tài)-400°C )下長期 精確測量的技術(shù)，從而使得該傳感器可以在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械位移檢測中得到更廣泛的應(yīng)用。以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行較為詳細(xì)的說明。

圖1為非接觸式電渦流位移傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2為實(shí)施例的電路原理圖。圖3為圖2中的校正電路圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1，如圖1所示，一種高溫非接觸式電渦流位移傳感器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括 振蕩電路1、電感線圈2 (探頭)、檢波整流電路3、濾波電路4、校正電路5和輸出轉(zhuǎn)換電路 6，7為被測量金屬導(dǎo)體。電感線圈2通過振蕩電路1激勵(lì)工作，電感線圈2與被測量金屬導(dǎo) 體7相互作用產(chǎn)生的信號依次通過檢波整流電路3、濾波電路4、校正電路5和輸出轉(zhuǎn)換電 路6輸出。圖2為實(shí)施例的電路原理圖，包括振蕩電路I、電感線圈II、檢波整流電路III、 濾波電路IV、校正電路V、輸出信號轉(zhuǎn)換電路VI和電源電路VII，圖中各部分電路用虛線 框劃分開。上述電路都是常規(guī)電路。所述的振蕩電路采用激勵(lì)信號的頻率在1.2MHZ 5. 5MHz，其最佳激勵(lì)頻率范圍為1. 5MHz 3. 5MHz ；高頻傳輸線呈正電阻溫度系數(shù)特性。如圖3所示，校正電路由熱電偶A、電壓跟隨器B、信號放大器C、信號運(yùn)算電路D順 序電連接組成，圖中各部分用虛線框劃分開。熱電偶位于電感線圈處。通過調(diào)整精密電位 器W1，可以改變經(jīng)由信號放大器進(jìn)入信號運(yùn)放電路的校正信號的幅值。精密電位器Wl的輸 出電壓值要在電感線圈處于高溫工作狀態(tài)時(shí)做最終調(diào)整。經(jīng)過調(diào)整，使得測量系統(tǒng)在高溫 狀態(tài)下的輸出值與低溫狀態(tài)下的輸出值重合，并使得測量系統(tǒng)的輸出值與位移的關(guān)系呈線 性關(guān)系。本實(shí)施例的電感線圈使用銅基加鎳、錳元素制成的康銅合金導(dǎo)線繞制而成，鎳含 量為1.0-2. 0%，錳含量為39-41%，電阻溫度系數(shù)為-35ppm/°C，其線徑為1.0mm。。此類合 金電感線圈和呈正電阻溫度系數(shù)的高頻電纜共同工作時(shí)，可使它們的總電阻值在常溫和高 溫時(shí)-400°C )的電阻變化量彡1%。將合金導(dǎo)線繞制在陶瓷骨架后，使用低溫玻璃 釉進(jìn)行燒結(jié)定型，使得常溫和高溫時(shí)的線圈幾何外形無大的差異。將探頭經(jīng)由高頻電纜接 入前置電路，分別在常溫條件和高溫條件下調(diào)整校正電路輸出值，使傳感器系統(tǒng)輸出值與 位移變化量成線性關(guān)系。實(shí)施例2所述的電感線圈使用鐵鉻鋁合金導(dǎo)線繞制而成，電阻溫度系數(shù)為-10ppm/°C，其線徑為0. Imm0此類合金電感線圈和呈正電阻溫度系數(shù)的高頻電纜共同工 作時(shí)，可使它們的總電阻值在常溫和高溫時(shí)-400°C )的電阻變化量彡1%。其余同 實(shí)施例1。 實(shí)施例3所述的電感線圈使用鎳鉻合金導(dǎo)線繞制而成，電阻溫度系數(shù) 為-80ppm/°C，其線徑為2. 5mm。此類合金電感線圈和呈正電阻溫度系數(shù)的高頻電纜共同工 作時(shí)，可使它們的總電阻值在常溫和高溫時(shí)-400°C )的電阻變化量彡1%。其余同 實(shí)施例1。
權(quán)利要求1.一種高溫非接觸式電渦流位移傳感器，包括由電感線圈組成的探頭、高頻連接電纜 和前置電路，所述前置電路是由振蕩電路、檢波整流電路、濾波電路、校正電路和輸出信號 轉(zhuǎn)換電路組成；其特征在于所述的電感線圈由溫度系數(shù)為-10ppm/°c到-80ppm/°c的合金 導(dǎo)線繞制而成；所述的電感線圈部分被上釉料以約束；所述的校正電路由熱電偶和放大器 組成，熱電偶位于電感線圈處。
2.按照權(quán)利要求1所述的高溫非接觸式電渦流位移傳感器，其特征在于所述的釉料 為玻璃釉。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高溫非接觸式電渦流位移傳感器，主要包括電感線圈、高頻連接電纜和振蕩電路、檢波電路、濾波電路、校正電路和信號轉(zhuǎn)換電路組成的前置電路，其特點(diǎn)是電感線圈采用溫度系數(shù)為-10ppm/℃到-80ppm/℃的合金導(dǎo)線繞制而成；并在所述的系統(tǒng)中加入了校正電路。該傳感器可以在20℃-400℃溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確的位移測量，解決了現(xiàn)有非接觸式電渦流位移傳感器不能在高溫狀態(tài)下、大溫度變化范圍長期精確測量的技術(shù)問題，從而使得該傳感器可以在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械大變溫環(huán)境下的位移監(jiān)測中被更為廣泛應(yīng)用。
文檔編號G01B7/02GK201819663SQ201020530189
公開日2011年5月4日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者劉其權(quán), 李一平, 肖先勇, 金黃 申請人:深圳東方鍋爐控制有限公司