电涡流位移测量

基本结构与工作机理

电涡流位移传感器的敏感部分是一个绕在骨架上的线圈（探头），由高频振荡器激励，在探头端面附近产生交变磁场。当被测金属导体靠近探头时，导体表面感应出闭合的涡电流（电涡流）。涡流又产生反向磁场，反作用于探头线圈，使线圈的等效电感 $L$ 和等效电阻 $R$ 发生变化，即线圈等效阻抗 $Z$ 随间距 $x$ 改变。因此，测得阻抗（或其引起的电压、频率）变化，即可推知间距。

距离响应

在定频测量电路中，振荡器频率固定为 $f_0$，输出电压 $U$ 随探头—金属板间距 $x$ 变化。当 $x$ 足够大时，金属板影响可忽略，线圈电感回到自由空间值 $L=L_{\mathrm{\infty }}$，回路处于并联谐振状态，输出电压为 $U_{\mathrm{\infty }}$。$U$–$x$ 曲线单调递增：$x$ 较小时上升较快，随后趋于平缓并渐近于 $U_{\mathrm{\infty }}$。因此，测量应工作在曲线中灵敏度较高、且单调的区段；超出该区段后灵敏度下降，不能简单按线性处理。

位移测量

根据等效阻抗随距离变化的原理，电涡流传感器可测量位移，例如汽轮机主轴的轴向位移、金属试样的热膨胀、钢水液位、流体压力等。教材给出的位移量程为 $0\sim 30\mathrm{m}\mathrm{m}$，国外甚至可测 $80\mathrm{m}\mathrm{m}$，分辨力为满量程的 $0.1\mathrm{\%}$。这些数值是教材给出的典型范围，实际量程与分辨力取决于探头直径、被测材料、电路和标定条件。

探头布置

轴向位移、阀位移和热膨胀测量都要求探头端面正对被测金属表面，并保持确定的初始间隙。课件示意图中统一标注“1—被测件”和“2—传感器探头”，说明测量的是探头与被测件表面之间的相对距离变化。

• 轴向位移：探头安装在主轴附近，端面正对轴上的测量面，用于监测主轴沿轴向的移动。
• 阀位移：探头正对换向阀或先导阀的移动部件，把阀芯位移转换为电信号。
• 热膨胀：探头正对金属试件表面，试件受热膨胀时表面与探头间距改变，从而测得热膨胀量。

适用范围与条件

电涡流位移测量只适用于被测对象为金属导体（或表面有金属导体）的场合；非金属材料一般不能直接形成足够涡流。测量结果受被测材料电导率、磁导率、表面状态和温度影响，实际使用需针对具体材料标定。定频测距的单调区段和灵敏度由振荡频率、线圈参数和被测金属共同决定，不能把 $U$–$x$ 曲线在全量程内当作线性。