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      電渦流傳感器在磁懸浮軸承位移測量中的應用

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      電渦流傳感器在磁懸浮軸承位移測量中的應用

      發布日期:2021-09-08 作者: 點擊:

      一、電渦流位移傳感器在磁軸承系統中的應用


      電渦流位移傳感器在磁軸承系統當中是為了測量轉子的位移,而磁軸承需要對轉子的五個自由度進行控制,則測量位移的傳感器也至少需要五個,分別測量五個自由度上的位移信號。由于磁軸承在正常工作時會在磁軸承線圈附近產生強大的磁場,因此我們就需要考慮磁場對傳感器的影響,電渦流位移傳感器由于是靠磁場來工作的,因此,為了使得電渦流傳感器能夠正常的工作,就需要考慮傳感器的安裝位置。一般徑向測量的傳感器安裝在磁軸承線圈的外側和磁軸承線圈之間間隔一定的距離,避免強磁場的影響,另外,電渦流傳感器還要求探頭與周圍金屬有一定的間距以保證傳感器的正常工作。因此在磁軸承系統當中,電渦流位移傳感器安裝位置決定了軸向傳感器測量的是轉子的軸向位移,而徑向位移傳感器測量的并不是軸承處的轉子位移, 需要一定的計算才能得到在軸承處的轉子位移。

      電渦流位移傳感器


      二、電渦流位移傳感器應用中的影響因素與問題


      在實際的研究當中發現,用于主動磁懸浮軸承位移測量的電渦流位移傳感器存在一些問題需要考慮:


      (一)、被測體尺寸的影響。


      電渦流位移傳感器的探頭產生的磁場的范圍是一定的,被測體表面形成的渦流場也是一定的,所以,當被測面為平面時,以正對探頭中心的點為中心,被測體直徑應當大于探頭頭部直徑的1.5倍以上;當被測體為圓軸而且探頭中心線與軸心線正交時,一般要求被測軸直徑為探頭頭部直徑的3倍以上,否則靈敏度就會下降。另外被測體的厚度也會影響測量結果,如果被測體太薄,將會造成電渦流作用不夠,使靈敏度下降,一般厚度大于0.lmm以上的鋼等強導磁材料靈敏度不會受到厚度的影響。電感調頻式位移傳感器


      (二)、被測體表面加工狀況的影響。


      被測體表面的加工狀況對電渦流傳感器的測量結果有較大的影響,不規則的被測體表面會給實際的測量值造成附加誤差,特別是在磁懸浮軸承系統當中的位移測量,對轉子位移的控制有很大的影響,這個誤差將會和實際的位置信號疊加在一起,在電氣上很難分離,因此被測表面應該是光潔的,不應該存在刻痕、洞眼、凸臺、凹槽等缺陷。通常,對于震動測量被測表面粗糙度要求在0.4~0.8μm,目前精度較高的磁懸浮軸承當中的轉子都在高精度磨床上進行了磨削加工,光潔度達到了0.lμm。


      (三)、被測轉子材質的影響。


      由電渦流位移傳感器的工作原理可以知道,被測體的磁導率和電導率都是影響傳感器測量結果的主要因素,因此要保證測量的準確可靠,就要求被測物體的材質是均勻的。當前磁懸浮軸承系統當中的被測物體就是被懸浮的轉子,由于轉子是采用不同的鋼材做成的,很難保證材質的均勻,因此就需要在轉子上的傳感器檢測位置處裹上一層材質均勻的導磁材料,例如可選用優質的45#鋼, 這層材料的厚度為l0mm,完全可以滿足電渦流傳感器的測量要求。


      (四)、 溫度變化對傳感器的影響。


      磁懸浮軸承系統是依靠磁力作用將轉子懸浮起來的,線圈產生相應的電磁力控制轉子的懸浮位置,當轉子高速旋轉時,會產生很大的熱量,使轉子———軸承系統的溫度顯著升高,這樣電渦流傳感器就會受到溫升的影響,環境溫度的升高將會導致傳感器測量結果出現偏差,使磁懸浮軸承的控制系統輸出錯誤的控制信號,因此要使磁懸浮軸承能夠正常的工作,就需要考慮電渦流傳感器的溫漂問題。本人對北京清華、上海瑞視和湖南天瑞生產的電渦流傳感器進行了測試,發現這幾個廠家的傳感器都有不同程度的溫漂現象,發熱嚴重時傳感器輸出偏差能夠達到0.05mm,這對于要實現高精度懸浮控制的磁軸承系統是絕對不允許的,因此需要對其進行一定的補救措施。首先從傳感器的角度考慮,出現溫漂是不可避免的,尤其是在溫差較大的情況下,因為根據電渦流的工作原理可以知道,傳感器的探頭線圈在溫度發生變化時,其內阻要發生相應的變化,因此也就會影響到輸出值。這樣我們就需要添加一個溫度傳感器測量系統的溫度,然后對傳感器的輸出進行校正,就是在傳感器探頭附近安裝一個溫度傳感器,根據溫度傳感器的輸出值對位移傳感器的輸出進行修正。另外一個補救的方法就是要考慮如何降低轉子———軸承系統的發熱,目前的轉子———軸承系統的設計還存在一定的問題,導致轉子在高速旋轉時產生過大的熱量,這不僅會影響傳感器的正常使用,而且還會降低磁軸承系統的工作性能。因此就需要改進對轉子———軸承系統的參數設計,減少不必要的渦流損耗。位移傳感器


      (五)、動態響應。


      由于磁懸浮軸承主要用于高速旋轉物體的支撐,因此用于測量的位移傳感器必須要有足夠的響應帶寬。當前的磁軸承系統的理想轉速是60000轉/分鐘,因此電渦流位移傳感器的響應帶寬至少要大于1KHz,現在常用的幾種電渦流位移傳感器均已經達到了5KHz 的響應帶寬,完全滿足系統的要求。在系統當中設計的濾波電路也考慮到了這一點,均采用低通濾波,截至頻率都在5KHz,保證傳感器能夠及時的響應轉子位移的變化情況。


      本文網址:http://www.dbfministries.com/news/543.html

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