电涡流传感器探头安装中的注意事项

电涡流位移传感器是专为微小位移测量设计的高精度位移传感器，常用于大型设备震动、膨胀、偏心等在线监测。传感器依据电涡流效应感应测量被测物体位移变化，具有非接触测量、检测精度高、抗干扰能力强、使用寿命长等优点。使用时，将传感器探头固定在合适的位置，要保证被测物体最大行程与最小行程均处于传感器探头检测范围内。

电涡流传感器仅对金属材质测量物体敏感，不同的被测物体材料对传感器的灵敏度影响也各不相同：当被测物体为普通钢、结构钢等导磁材料时，由于被测物体磁效应与传感器涡流效应同时存在，导致传感器检测灵敏度降低；当被测物体为铜、铝、合金钢等弱导磁材料（或者非导磁材料）时，被测物体磁效应减弱，传感器的灵敏度提高。

工业设备应用中，因为多数大型旋转设备的转轴采用40CrMo材料制造，所以厂家常用40CrMo材料制做电涡流位移传感器出厂校准。特殊用户可在传感器出厂校准前寄送少量被测设备材料样本给生产厂家，供厂家调试校准。当被测物体材料发生变化时，必须重新校准传感器，否则可能造成较大的测量误差。电涡流位移传感器现场安装注意事项总结如下：
      ▼各探头间的距离           ▼探头头部与安装面的距离
      ▼探头安装支架的选择       ▼探头安装间隙
      ▼探头所带电缆的安装       ▼电缆接头的密封与绝缘
      ▼探头的抗腐蚀性           ▼探头的高压环境

1. 各探头间的距离

当探头头部线圈中通过电流时，在头部周围会产生交变磁场，因此在安装时要注意两个探头的安装距离不能太近，否则两探头之间会通过磁场互相干扰（如图1所示），在输出信号上迭加两探头的差频信号，造成测量结果的失真，这种情况我们称之为相邻干扰。排除相邻干扰有关的因素：被测体的形状，探头的头部直径以及安装方式。通常情况下探头之间的最小距离见表1。

图1 各探头间的距离

表1 相邻探头之间的最小距离表

※可根据客户应用环境，定制不符合以上距离参数的传感器。

2. 探头头部与安装面的距离

探头头部发射的交变磁场在径向和横向上都有一定的扩散。因此在安装时，就必须考虑安装面金属导体材料的影响，应保证探头的头部与安装面之间不小于一定的距离，工程塑料头部体要完全露出安装面，否则应将安装面加工成平底孔或倒角，如图2所示。

图2 探头头部与安装面的距离

 

3. 探头安装支架的选择

实际的测量值是被测体相对于探头的相对值，而需要的测量结果是被测体相对于其基座的，因此探头必须牢固在基座上，通常需要用安装支架来固定探头。对于不同的测量要求和不同的被测体结构，安装支架的形状和尺寸各种各样，常用的有机器内部探头安装支架和机器外部探头安装支架。

3.1 机器内部安装支架

在机器内部安装探头，对探头规格要求较灵活，而且探头安装支架通常采用角钢就可以制成，但是在选择角钢的规格时，应使角钢的强度尽量高，否则就有可能由于支架的振动造成附加干扰，如图4所示。对于几种常规探头，推荐采用的角钢尺寸如图3和表2所示(本单位可提供加工好的支架)，其他规格的探头安装支架可参照加工。在现场安装时，可以用锤子敲打支架，同时用示波器观察前置器的输出信号来检查其谐振频率的大小。一般要求谐振频率至少为机器转速的十倍，才能保证测量的准确性。

图3 角钢支架

※ 角钢为热轧不等边角钢GB9788-88，固定螺栓为六角头GB30-76
表2 探头规格选择表
                                                         （单位mm）

图4 探头安装支架的影响

另一种常见的机器内部探头安装支架如图5所示，对于几种常规探头安装支架的推荐加工尺寸见表3（本单位提供加工好的安装支架）。这种支架的结构便于调整探头安装间隙：当探头与被测面间隙调整到合适位置时，拧紧固定螺栓，即可将探头安装间隙锁定。这种安装支架还还可以有效地防止由于振动而造成的探头松动。

图5 夹块支架
 

表3 常规探头安装支架的推荐加工尺寸表
                                                        单位：mm

※支架材料1Cr18Ni9Ti，固定螺栓为六角头螺栓GB30-76

在机器内部安装探头，需要将探头电缆引出机壳外，为了避免在过线孔处由于密封不良而产生漏油等现象，应该在机器外部安装一套电缆密封、保护装置（本单位可以提供，参见本单位产品选型手册）。关于这个装置的详细说明见电缆安装部分。
※通常在机器内部安装的探头，选型时，应该选用带不锈钢软管铠装，以保护探头电缆不易被损坏。

3.2 机器外部探头安装支架

探头也可以采用专用的安装支架组件（本单位可以提供，参见本单位产品选型手册），通过机器外壳（如轴承盖），将探头固定，如图6所示。这样安装的好处是：不必打开机壳就可以调整探头安装间隙、拆卸或者更换探头，另外这种专用的安装支架可以起到电缆密封保护作用，不必另外的电缆密封装置。包括探头支撑杆、接线盒、电缆密封组件等。通常用于轴振动测量探头的安装。

图6 机器外部探头安装支架

※采用这种安装方式，探头选用带固定螺母的Φ8反装探头。

3.3 机器外部双探头安装支架套件

轴向位移通常采用双探头同时测量，当两探头并列测量同一轴端面时可以采用双探头安装支架组件（本单位可以提供，参见本单位产品选型手册），通过机器外壳将探头固定，如图7所示。这种支架组件的结构可以在机器外面分别调整每个探头的安装间隙、拆卸或者更换探头，还能起到电缆密封保护作用，不必另外的电缆密封装置。包括二支探头支撑杆、一个接线盒、二套电缆密封组件等。通常用于双轴位移测量探头的安装。

图7 机器外部双探头安装支架

※ 采用这种安装方式，探头选用Φ8或Φ11反装探头。

4. 探头安装间隙

安装探头时，应考虑传感器的线性测量范围和被测间隙的变化量，当被测间隙总的变化量与传感器的线性工作范围接近时，尤其要注意（在订货选型时应使所选的传感器线性范围大于被测间隙的15％以上）。通常，测量振动时，将探头的安装间隙设在传感器的线性中点；测量位移时，要根据位移往哪个方向变化或往哪个方向的变化量较大来决定其安装间隙的设定。当位移向远离探头端部的方向变化时，安装间隙应设定在线性近端；反之，则应设在线性远端。

5. 调整探头安装间隙可以采用下列两种方法

（一）在探头端面和被测面之间塞入设定安装间隙厚度的塞尺，当探头端面和被测面压紧塞尺时，紧固探头即可。该方法适合于探头安装孔为螺纹孔的情况，通过旋转探头来调整安装间隙，如采用夹块支架时。

（二）将探头、延伸电缆（如果有的话）、前置器联接起来，给传感器系统接通电源，用三用表监测前置器的输出，同时调节探头与被测面的间隙，当前置器的输出等于安装间隙所对应的电压或电流时（该值可由传感器校准数据单中查得），再备紧探头所带的两个紧固螺母即可。这种方法适用于探头安装孔为通孔的情形，如采用角钢支架。

※通过测量前置器输出电压来确定安装间隙，有可能会产生一种假象，当探头头部还未露出安装孔时，由于安装孔周围的金属影响，可能使得前置器的输出等于安装间隙所对应的电压或电流输出值，但这时探头测量的不是需要测量的被测体。探头调整到正确的安装位置，前置器的输出应该是：首先是较大的饱和输出（此时探 头还未放进安装孔中），然后是较小的输出（此时探头放进安装孔内），继续将探头塞进安装孔，前置器的输出会变为较大的输出（此时探头头部露出安装孔，但与被测面的间隙较大），再继续塞进探头，前置器的输出等于安装间隙所对应的值，此时探头才是正确的安装间隙。

图8 两种安装间隙对比图
正确的安装间隙            不正确的安装间隙

6. 探头所带电缆的安装

探头所带电缆长度加延伸电缆长度之和应不小于被测体到前置器安装位置之间的距离。探头所带电缆的长度应使探头与延伸电缆的联接处位于机器的机壳外面，这样可以避免联接处转接头被机器内部的润滑油污染，而且当延伸电缆损坏或联接处接触不良时，不必打开机壳就能方便地进行维修或更换。由于探头电缆部分处于裸露状态，在机器检修或探头装拆时容易被损坏，因此通常应该选用带不锈钢软管铠装的探头来保护。如果在机器内部安装探头，建议采用如图9所示电缆密封装置（本单位可以提供，参见本单位产品选型手册）进行电缆密封和接头保护，两个或多个探头可共用一套装置。

图9 探头电缆的安装

7. 电缆接头的密封与绝缘

探头的内部结构已经绝缘，但是探头电缆接头是和信号“地”相接的，而且不具有密封性。为了避免接头和机壳接触以及加强其密封性，应该对接头进行绝缘保护。一种较好的办法是采用热缩套管收缩包裹。在产品出厂时本单位作为附件按每个探头200mm长提供一节Φ8透明热缩套管，现场安装时，剪下约100mm长的一节，接好接头后，将套管套在接头处，用电吹风将其加热收缩即可。这样还能起到防止接头松动的作用。

如果需要脱开接头，只要用刀片小心将热缩套管划开。再次连接接头则另剪一节完好未收缩的套管套上后收缩。这种热缩套管在市场上很容易采购到。

8. 探头的抗腐蚀性

探头头部材料为PPS工程塑料、壳体为1Cr18Ni9Ti耐酸碱不锈钢、电缆外表皮为F4聚四氟乙烯包裹，这些材料可以抗大多数化学物质的腐蚀。但也有一些化学物质可能会对探头造成腐蚀，安装时应注意被测体的环境中是否存在使探头遭到损坏的化学物质。对于探头的抗腐蚀性说明如下：

（1）探头连续接触下列物质，探头材料不会受到影响：

空气、水、润滑油、氨氢氧化物、酒精、汽油、乙醚、稀硫酸、氢氧化钠

（2）探头不应该连续接触下列物质：

无水氨、高压蒸汽、苯甲醛、硝酸、二氧化碳、磷（湿的）、三氯甲烷、高锰酸钾、二氧化硫、98％硫酸、盐酸。

※如果探头的安装环境有其它对金属和工程塑料有腐蚀的化学物质时，请与本单位联系

9. 探头的高压环境

探头头部能承受12Mpa的压力。如果在应用过程中由于压力过高而造成探头损坏，您应及时控制泄漏。另外，探头处在有腐蚀性物质的环境中时，探头最大工作压力值有可能降低。

※在高压环境中安装探头，尤其是在机器外部安装探头，需要特别注意密封性要求。本单位可以为此提供服务

10. 探头安装的一般步骤

（1）根据测量部位的量程、安装空间的环境和尺寸、被测体材料等特性选定传感器，并检查传感器的各部分外观是否完好、各部分是否配套（如探头直径与前置器型号中规定的配套探头直径是否一致、探头电缆长度加延伸电缆长度是否符合前置器对电缆长度的要求等）。通常成套订购的传感器，在出厂时提供有数据校验单，校验单上注明了配套校准的传感器各部分的型号、编号，用户可据此与产品上的标记核对。然后在传感器的探头、延伸电缆（如果有的话）、前置器上分别进行特定标记（如“1#瓦水平振动”、“轴位移”等）来说明其作用以及区分多套传感器各部分之间的联接关系，电缆两端应都做标记以便在多根电缆头中进行分辨，这种标记应该能防水、防油。

（2）将传感器各部分联接好，按第三章第一节校准所述通电检查传感器，若超差，则需进行重新校准。检查时应特别注意校准试件材料是否与被测体材料一致或具有相近成分，关于材料对测量的影响见被测体材料的影响。

（3）如果未订购配套的安装支架，则加工合适的安装支架（参见探头安装支架选择）。外部安装探头支架比较复杂，一般应订购。

（4）在机座上加工支撑安装支架的螺孔，内部安装探头的支架一般都需要两个螺孔进行紧固，外部安装探头一般都是在机壳上加工带螺纹的通孔。

（5）紧固内部安装探头支架。如果是外部安装探头，则应先将探头紧固在支架上，再将支架拧进安装螺孔内。

（6）调整探头安装间隙。不同的用途，探头的初始安装间隙有不同的要求 ，参见传感器的典型应用关于轴的径向振动测量、轴向位移测量、鉴相器测量中的说明。关于调整的方法参见上述探头安装间隙的说明。

（7）紧固内部安装探头，采用角钢支架则用两个螺母背紧，采用夹块则用紧固螺钉锁紧；对于外部安装探头，则紧固外部安装支架。紧固螺钉、螺母都应加弹簧垫圈以防松动（参见探头安装支架选择）。

（8）固定探头电缆。内部安装探头电缆，在机器内部先用电缆固定架固定，然后穿过电缆密封装置（参见探头所带电缆的安装），再拧紧电缆密封组件（多个探头共用一个电缆密封装置时，在各探头电缆都穿过来后再拧紧）；外部安装探头电缆，只需拧紧支架上的电缆密封组件。