电涡流位移振动传感器 传感器是如何工作的

CZF/BZF型电涡流位移传感器
SZC/SZB 型电涡流转速传感器

使用指南


一、 原理

非接触式电涡流位移传感器，是基于高频磁场在金属表面的“涡流效应”而成，是对金
属物体的位移、振动、转速等机械量进行检测和控制的理想传感器。它具有非接触测量、线
性范围宽、灵敏度高、抗干扰能力强、无介质影响、稳定可靠、易于处理等明显优点，广泛
用于冶金、化工、航天等行业中，也可用于科研和学校实验中的位移、振动、转速、长度、
厚度、表面不平度等机械量的检测。
目前我公司生产的电涡流式传感器有两大类：位移、振动传感器和转速传感器。

二、 CZF型位移、振动传感器

1、量程： ±250µ.m-----±20mm
2、线性误差：0.5％ ～3.5%
3、分辨率：0.05％（静态）0.1％（动态）。
4、频率响应：0 ～ 10KHz
（0 ~ 2KHz,≤0.5%, 2 ～ 10KHz ≤1%）
5、工作温度： ―20℃～ 100℃ （常 温）
―40℃～ 160℃ （高 温）
6、 温度漂移： 0.08％/℃（F.S）
7、 探头外径： Ф6~Ф65（mm）
8、 安装部分尺寸：
a: M10×1×50. (量程≤2mm)
b: ф13×50. (量程≤15mm)
c: ф18×50. (量程＞15mm)
(注：尾架可根据用户要求定制)

三、BZF型前置变换器

前置变换器的型号分为：
BZF―Ⅰ型、BZF―Ⅱ型和BZF―Ⅲ型。

1、信号输出：
a: 非标准电压输出， （BZF—Ⅰ）
b: 0～~±2V, 0～~±5V,0～10V.(BZF―Ⅱ)
C: 4～ 20mA. (BZF―Ⅲ)
2、供电电源：
a: ±15～24V (BZF―Ⅰ,BZF―Ⅱ)
b: ―20～30V (BZF―Ⅲ)
（用户可选配本公司ZY-A型专用电源）
3、接线： 四芯航空插头
。①负电源, ②正电源， ③信号输出， ④公共地 (4―20mA输出②脚为空脚)
4、工作温度： 0℃～65℃
5、有容错装置，不会因电源接错而烧毁。
四、SZC/SZB型转速传感器变换器
1、输出信号： a: 矩形波：Vpp≥4V
b：直流电压：0～5V.
c: 直流电流：4～20mA.
2、频率响应： 0～5 KHz
3、供电电源： +15～24V.
4、工作温度： 传感器：-40℃~100℃
前置器：-10℃~65℃

五、位移传感器的连接和标定

1、传感器与前置变换器的连接
①、通过高频电缆连接，标准长度为3米。
②、最大可加长至9米，需订货时说明。
2、传感器与前置变换器的标定
①、环境：室温20±5℃
②、材料：45﹟钢（用户可指定被测材料）
③、设备：静态标定器0-25mm±0.005
（用户可选配本公司的静态标定器自行标定。）
④、静态标定器：
静态标定器是由高精度的千分尺和专用的支架定制而成，用于传感器的静态标定和校准，以求得传感器的输入――输出特性曲线，同时用来求得理想安装距离和标定变换器标准输出。可通过调节螺母来调节传感器与被测体的相对距离，用千分尺进行位移的静态 标定或校准。
⑤、标定方法
将传感器置于静态标定器的夹头上，把试件安置在试件支架上，试件必须根据实际被测体的材料和形状来选择，把前置变换器的四芯接头与电源和数字万用表正确连接，打开电源，使前置变换器正常工作。改变静态标定器的调节螺母使传感器与试件稍稍接触，调节“满度”电位器到较小的位置，再根据每只传感器的输出特性表中所提供的线性范围段的下限点，调整千分尺，改变传感器与试件的距离，然后，调整“零位”电位器，使变换器的下限点输出读数为“0V”，（如是±5V输出，则调为―5V）再改变千分尺，到线性段的上限点调整“满度”电位器，使变换器的上限点输出读数为“5V”。改变千分尺到线性段的中点，查看输出读数是否是“2.5V”（或者是0V）。如果正好，则表明传感器基本校正了。如发现中点的电压读数大于“2.5V”(或者小于“2.5V”),而对于±5V输出则要看是否大于0V（或者小于0V）,则将下限点的位置向试件靠近些（或者离远些）。然后重复上述方法，继续校正。直至下限点δ1，中点δ0和上限点δ2 这三点对应的输出读数成直线状，符合精度为止。一旦校正以后,它的“零位”和“满度”电位器就不宜再动了，以保证精确测量。“零位”与“满度”电位器是须反复调整几次，才能达到较佳状态。

六、传感器的安装

在确定传感器已经标定完成后。卸下传感器，连同万用表和电源一起，安装到实际被测
体处。调整传感器与被测体之间的距离，使变换器的输出读数符合检测要求。
一般来说，（以“0―5V”输出为例）测振动，应使输出指示为“2.5V”即线性段的中点。测位移，如果被测体的位移是双向的也应使输出指示为“2.5V”即线性段的中点。如果是单向的，应使输出指示为“0V”，或者“5V”.即线性段的下限或者上限。安装无误后，固定传感器即可。
转速传感器的安装比较简单，只要将传感器的前端面对准被测转轴的采样孔或者采样齿
轮，保持有2～3mm的间隙，固定传感器即可。

七、应用
1、 用于金属材质的检测、如：
①、移动、位置、位移、膨胀、尺寸
②、振动、偏移、间隙、谐振
③、轴承振动、润滑间隙、磨损、偏移
④、换向器不圆度、圆度、气隙、分度
⑤、压缩机、涡轮机间隙、转速
⑥、冲击、变形、轴向轴振动
2、用于机械转轴的转速测量和监控

八、注意事项

1、 连接无误，接通电源后，请预热10分钟。
2、 探头周围一倍于探头直径的地方，不能有其它金属材料。
3、 工作时，应避免强磁场和强电场的干扰。
4、 传感器和前置变换器之间的插头、插座工作时，不应有抖动，以免引起输出变化。
5、 高频电缆的长度不能随意增减。
6、 无温度补赏的传感器，测量环境不可出现温度急剧变化，以提高测量精度。
7、 使用中，如有问题，可直接与厂方联系。

（公司另有与传感器，前置变换器配套的二次仪表，专用电源有多种规格，欢迎垂询，欢迎选购。）


杭州华瑞仪器有限公司
地址：杭州市文晖路73011部队干休所大院
电话：0571-56799795 邮编：310005



射流流量传感器以及射流电子水表利用流体在射流计量腔中产生与其流速成正比的双稳态振荡这一原理而构成，是近年来水流量测量领域中的新产品。由于射流流量传感器的计量腔内无机械运动部件，内表面采用摩擦系数极低的工程塑料材料和优化的腔体结构等技术，因此射流流量传感器具有使用寿命长，腔体不结垢、不堵塞，制造成本低，射流计量腔体可一次注塑成型，批量生产产品特性一致性好等特点。

等同采用国外水表先进产品标准的新国标（GB/T778.1～3－2007）已将传统机械水表、带电子装置的机械水表以及采用电和电子原理的新颖电子水表等均列入水表产品序列，使水表产品门类和品种更加全面、技术来源更加多样、产品性能更加优越。水表新国标的颁布实施给射流电子水表有了正式“身份”，同时也有了可以遵循和验收的技术指标和试验方法，为射流流量传感器和射流电子水表的性能提升与发展指明了方向。图1为宁波水表股份有限公司首创并研制的DN15与DN20的射流水表。

射流流量传感器

射流流量传感器通常由射流计量（振荡）腔和振荡信号检测电路两部分所组成。射流计量腔的作用是将被测流体引入腔体并使其产生稳定而持续的双稳态振荡；振荡信号检测电路的作用则是将与被测流体振荡频率成比例的流速信号通过一定的传感原理及相应的敏感元件将其检出并做信号预处理，供后续信号处理单元使用，最终得到被测管道中流体的流速、流量以及累积流量等参数。

射流腔的结构形式有多种，其中有代表性结构的射流腔的主要特点是在小流量测量条件下（即雷诺数较小时）能很好地起振并持续等幅振荡，因此具有小的始动流量值，特别适合于流量测量范围要求较宽的电子水表应用。

当封闭管道中的水流体进入射流计量腔时，由于射流的附壁效应和控制射流反馈原理，使水流体在射流计量腔中振荡，该振荡频率在一定的流量范围内与流经管道流体的流速或体积流量成正比，且不受流体的物理性质等影响，见下式

式中：v—射流腔喷射口处流体平均流速值，m/s；d—与射流腔特征尺寸有关的参数；Sr—Strouhal数；f—射流振荡频率；qv—流过喷射口的体积流量值，m3/h；S—射流喷射口截面积，m2。

在射流腔主通道或反馈通道上设置电磁速度式敏感元件或压电压力式敏感元件，可以将流体振荡频率检出并送后续信号处理电路作进一步处理。

对流体在射流腔中的振荡过程作如下描述：管道水流体进入射流腔进水孔并在其喷嘴口处形成射流喷射体；射流喷射体在通过主通道时，由于受到射流附壁效应和随机干扰影响，流体就会沿着两个对称侧壁中的任意一个侧壁前行；在分流劈的阻挡下，流体会在分流劈与其中一个侧壁之间通过，其中大部分流体流向出水孔并最后流出射流腔，少部分流体则通过两个对称反馈通道中的同一侧通道流回主通道；反馈回来的流体会改变主通道射流喷射体的流动方向，使其偏向另一侧壁并在分流劈和另一侧壁之间流过。同样情形，大部分流体又会流出出水孔，少部分流体通过另一反馈通道又流回到主通道并改变射流喷射体的流动方向；这样周而复始进行下去，就会在射流腔中形成稳定的射流振荡，它与双稳态振荡器的工作原理非常相似。射流振荡频率在雷诺数大于某一数值时与管道中水流体的流速或体积流量成线性关系。

信号处理

现以电磁速度式信号检测原理为例说明信号检测的工作过程。射流振荡频率f是由感应电动势E的周期变化反映的。射流振荡幅值Emax既是射流腔信号检测电极几何位置w的函数，又是射流振荡频率f的函数。计算机数值模拟结果表明，在相同的管道流速条件下，处于射流腔内部不同位置的振荡流体，其流动速度是不同的，因此感应电动势也不相同；当管道中流速变化时，射流振荡频率也会随之改变。射流振荡频率越低，射流体切割磁力线的运动速度就越慢，检测到的信号幅值就越小。反之，频率越高，速度就越快，信号幅值就越大。信号检测方式可以是单端形式，也可以是差动形式，差动信号输出幅值是单端形式的2倍。已知射流体在计量腔中按正弦规律振荡，可用下式分别描述两路相位相反的单端输出信号E1和E2：

式中：E—差动输出射流振荡信号电动势，V；Emax（w、f）—射流振荡幅值信号，V；ω、f—射流振荡时的角频率和频率，rad/s、Hz (ω =2π f)；w—位置参数。

射流水表

射流水表是在射流流量传感器基础上增加信号处理单元等构成的。信号处理单元按用水计量要求对传感器输出信号进行累积流量（即用水体积量）、平均瞬时流量等的计算，在通信接口硬件电路及通信软件（如通信协议等）的支撑下，将处理得到的计量数据以有线传输或无线传输方式发送到控制终端，完成计量数据远传任务，同时还将计量数据在射流水表电子显示器上加以显示。在由射流流量传感器构成的射流电子水表工作原理框图中，它除了流量传感单元外，还包括信号处理单元（由模拟与数字信号处理、数据运算及显示、数据通信等电路组成）。当采用恒磁励磁电磁检测方法时，信号处理单元还应包括信号调制电路等部分。

应用与特性

射流电子水表当前主要应用场合是户用小口径供水管网的用水计量，而户用小口径供水管网水表则是城镇和农村居民用水贸易结算的主要工具。随着高能供电电池技术和微功耗电路设计技术的逐步成熟，射流电子水表的使用寿命可以达到数十年之久，电池使用寿命也可达到近十年的水平。由于射流电子水表具有良好的使用特性、优越的测量性能及较高的性价比，因此可以确信它的应用前景是非常光明的。

射流电子水表既有许多特色优势，但也有一定的局限性，如：大流量测量受到射流腔压力损失的限制而不能持续提高；始动流量受到被测流体粘性力作用不起振的制约等。目前，宁波水表股份有限公司研制的DN20射流电子水表性能已能达到的较好水平。

提升射流水表小流量测量特性的关键点：1）射流计量腔在低雷诺数流体条件下（如102量级）是否仍能正常起振；2）在流体振荡幅值很弱（微伏级电压）、振荡频率很低（10-1～10-2 Hz）条件下能否保证有用信号的有效检测与处理。

由于射流水表的结构限制，当被测管道流量超过它的使用上限，就会使射流水表的压力损失大大增加，因此射流水表目前主要还是在小口径管网上流量不大条件下使用为主。如要在大口径管网的大流量条件下使用，则应采用分流形式结构，使其能满足大流量测量的需要。式（6）是其体积流量与射流腔振荡式中：

K1—射流振荡腔调整系数；K2—文丘里差压管调整系数；采用文丘里管差压原理的

分流式射流流量传感器，在减少了传感器测量管压力损失的同时也扩大了传感器流量测量的上限值。

结论

射流流量传感器以及射流电子水表的研制成功，标志着我国在利用电或电子原理构成新颖水流量传感技术以及新颖电子水表产品方面有了新的起步与开端，标志着我国与国外先进水表企业间的竞争差距明显缩小，也为我国赶超世界电子水表技术的先进水平奠定了基础。电子水表的诞生，为我国水表产品功能的多样性和测量的高准确性创造了十分有利的条件。相信，在不远的将来电子水表必将成会水表产品家族中的主体。

上一篇：碳硫分析仪表的保护 分析仪是如...

下一篇：KO-7DJ土工膜（防渗膜）渗...