工业用涡流位移传感器

涡流位移传感器属于感应位移传感器组，非常适合工业应用。与传统的电感式传感器不同，涡流传感器的测量原理可以测量非铁磁材料（例如铝）和铁磁材料（例如钢）。它们专为位移、距离、位置、振动、振动和厚度的非接触式和无磨损测量而设计。因此，它们非常适合监控机器和系统——它们可以在恶劣的工业环境中进行测量，即使在发生压力、污垢或温度波动的情况下也是如此。

通常，涡流位移传感器用于需要高测量精度且其他传感器无法应对主要环境条件的情况。例如，光学传感器会受到测量间隙中的污垢或灰尘以及高温的影响。传统的感应式位移传感器使用铁氧体磁芯，具有较高的线性误差和较低的频率响应。此外，它们的测量精度会随着环境温度的波动而降低。

使用涡流位移传感器只能测量导电金属目标，无论是铁磁性的还是非铁磁性的。非导电材料对涡流测量系统是不可见的，因此对测量结果没有影响。因此，这些传感器可以通过塑料和油等材料对金属物体进行测量。这使得诸如油隙测量和对引导塑料薄膜的辊的距离测量等应用成为可能。

传统电感式位移传感器的局限性

经典的感应式位移传感器使用缠绕在铁磁芯上的线圈。由于该内核，输出是非线性的，因此必须在传感器电子设备中对其进行线性化，或者用户必须在其工厂控制系统中考虑这种非线性。

除了非线性之外，其他限制还包括由于铁芯本身吸收磁场而导致的铁损。这些损耗随着频率的增加而增加，以至于电感式位移传感器在每秒大约 100 次测量时达到其性能极限。

电感式位移传感器的另一个问题是由于铁氧体磁芯的高热膨胀系数，它们对极端温度变化的敏感性。这使得温度补偿具有挑战性，通常会导致高热漂移。

涡流与电容式位移传感器

涡流和电容传感器根据电场的变化检测到导电测量对象的距离。涡流传感器通过传感器线圈的阻抗变化来测量距离。在电容感应中，传感器和测量对象形成电容器的极板。

两种类型都可以在亚微米范围内测量。然而，它们在操作环境方面存在很大差异。涡流传感器非常适合包括污垢、灰尘和湿度在内的恶劣工业环境。另一方面，电容式传感器需要电子产品生产、实验室和洁净室中可以找到的那种清洁环境。

涡流位移传感器

虽然涡流传感器采用与感应位移和接近传感器相同的磁感应定律，但它们的空芯线圈结构可实现更高的精度、测量速度和稳定性——非线性和温度漂移不是问题。

它们的优点包括：

• 高达 100 kHz 的快速测量。

• 分辨率低至 0.5 μm 或更高。

• 高线性度。

• 在波动的环境温度下的高温稳定性，甚至可以通过嵌入式有源温度补偿来提高。

• 使用铁磁性或非铁磁性目标材料进行测量。

• 它们不受高压、高温、污垢、蒸汽或油的影响。

涡流传感器工作原理

感应线圈中的交流电会产生变化的磁场。该场在目标中感应出电流——涡流。交变涡流产生自己的磁场，与感应线圈的磁场相反，从而改变感应线圈的阻抗。阻抗变化量取决于目标与探头中的感应线圈之间的距离。感应线圈中的电流与阻抗相关，经过处理后产生输出电压，该电压指示目标相对于探头的位置。

温度补偿

由于 Micro-Epsilon 提供多种不同的涡流传感器设计，工程师可以为其特定应用选择最佳传感器。例如，如果需要高精度测量，则需要主动温度补偿。随着温度的变化，有两个因素会影响测量信号：机械变化，其中传感器和目标的几何尺寸以传感器和目标的伸展或收缩的形式发生变化。由于电磁特性的变化，电效应比机械效应具有更大的影响。

例如，eddyNCDT 3001 系列专为传统电感式位移传感器经常达到其性能极限的应用而设计。它们尺寸紧凑，提供 M12 和 M18 外壳，测量范围从 2mm 到 8mm。它们的防护等级达到 IP67，因此适用于自动化、机器制造和设计。此外，它们的温度补偿最高可达 70 °C。它们具有很高的测量精度和线性度以及 5kHz 的频率响应率，并针对铝和钢等铁磁和非铁磁物体进行了工厂校准。

静压轴承

涡流位移传感器的一种应用是大型机械，例如石磨或伸缩装置，这些机械通常与静压轴承配合使用。这些轴承系统通过外部压力源连续供应液体润滑剂。润滑剂被压在轴承表面之间，因此它们通过一层薄的润滑剂膜连续地彼此隔开。轴承表面不会受到摩擦，因此无磨损运行。这实现了亚微米位置控制。然而，液压系统中的任何干扰或压力下降都可能产生灾难性的后果。这可能导致轴承损坏并最终导致系统故障，从而导致高昂的维护和维修成本。因此，静压轴承中的油隙需要持续可靠的检查。对于这种应用，传感器水平安装在轴承座上，因此不会直接暴露在油压下。它通过油膜测量到相对的轴承表面。

内燃机

活塞、活塞环的准确位置和现有压力条件是内燃机制造商的基本信息。使用模拟工具，这些数据主要用于对磨损、摩擦和油耗进行可靠预测。涡流传感器以高精度测量活塞环和所谓的活塞二次运动。在这里，涡流传感器的优势——耐内燃机高温（在短时间内高达 180°C 甚至更高）——是显而易见的。主要的振动、压力、油、燃料、燃烧气体和连续的机械运动，不影响结果的精度。此外，eddyNCDT 传感器测量速度快，测量范围小（0 – 0.5 mm），分辨率极高（小于 1μm）。

小型化

Micro-Epsilon 开发了一种使用嵌入式线圈技术 (ECT) 实现小型化的传感器。这种生产技术在传感器的外部设计和几何形状方面允许几乎无限的范围，同时能够将评估电子设备集成到传感器中。它是通过在无机材料中嵌入二维涡流线圈构成的，从而提高了传感器的稳定性、鲁棒性和耐热性。这些传感器适用于极其苛刻的应用，例如半导体生产中的超高真空。

涡流位移传感器 - 小而强大的产业工人

这些小型传感器非常适合工业环境，其中环境最恶劣和最具挑战性，但需要极其精确的测量。它们可用于各种场合，从测量大型机器中静压轴承的间隙、活塞和气缸之间的间隙，到测量引导塑料薄膜的滚轮的距离。

本文由 Micro-Epsilon USA（北卡罗来纳州罗利）董事总经理 Martin Dumberger 撰写。欲了解更多信息，请联系 Mr. Dumberger 在此电子邮件地址已受到防止垃圾邮件机器人的保护。您需要启用 JavaScript 才能查看它。或访问这里 .