专利名称：一种高温非接触式电涡流位移传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非接触式电涡流位移传感器，尤其涉及一种可在高温(220°C—40(TC)条件下实现长期精确位移测量的非接触式电涡流位 移传感器。
背景技术：
目前，在非接触式位移测量技术中，普遍采用电涡流式位移传 感器。此类传感器系统通常包括探头、高频连接电缆和前置电路三个部分。 其中探头是传感器系统获取相关测量信号的敏感部分。普通的非接触式电涡 流位移传感器探头由一个金属电感线圈和绕线骨架用环氧树脂粘结而成，此 类结构的探头难以在22(TC以上的工作环境中长期正常工作。前置电路由振 荡电路、检波电路、滤波电路、校正电路和信号转换电路组成(如图1所示)。 其测量原理是振荡器产生一个高频激励信号，该高频激励信号使得电感线 圈产生一个高频交变磁场Ol，当被测量导体靠近线圈时，在磁场作用范围 的表面会产生与此磁场相交链的电涡流，根据楞次定律可知此电涡流又将产 生一个与其大小相等方向相反的磁场02。这个反向磁场0 2会阻碍磁场01的变化，当传感器电感线圈与被测量导体间距离发生变化时，由于电涡流和 磁场的作用，使电感线圈的电感量U等效电阻R都发生变化，从而使得电 感线圈两端电压的幅值发生相应的变化。电涡流效应与被测金属间的距离、 电导率、磁导率、线圈的材料、几何形状、尺寸和电流频率等参数有关。当 线圈的材料、几何形状、尺寸和被测导体的材料确定时，电涡流效应只与电 感线圈和被测金属导体间的距离有关。此时传感器的输出信号为距离的单值 函数。通过电路中的振荡电路、检波电路、滤波电路、校正电路和输出信号 转换电路，可以将被测量导体相对于电感线圈的距离变化转换成电流(或电 压)变化，从而实现位移测量。此类位移传感器已在汽轮发电机组、鼓风机、 泵、锅炉空气预热器等大旋转机械的位移变化参数的在线测量和故障诊断方
面得到广泛应用。但在高温环境下(220°C—400°C)，其电感线圈的材料、几何形状和电阻与低温时相比较会发生较大变化，严重影响测量精度，使得 传感器输出的测量值因误差超出允许范围而失去实际测量意义。中国专利申请02121432. 8公开了一种传感器，其不足之处是无法实现高温距离测量，校正电路过于简单无法实现大温度范围的精确校正，线圈高低温时的电阻变化量较大。发明人通过大量的试验研究，在电感线圈的材料、校正电路等方面做了 改进，完成了本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温非接触式电涡流位移传感器，使 其能在高温(22(TC—40(TC)环境中长期正常工作并获取精确测量值。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种高温非接触式电涡流 位移传感器，包括由电感线圈组成的探头、高频连接电缆和前置电路，所述 前置电路是由振荡电路、检波电路、滤波电路、校正电路和输出信号转换电 路组成，其特征在于所述电感线圈由温度系数为-10ppm广C到-80卯m广C的 合金导线绕制而成。所述校正电路由热电偶和放大器组成，热电偶位于电感线圈处，热电偶 的测量端与电感线圈处于相同的温度环境。热电偶测量端的热电动势经由放 大器后输出一个与探头的环境温度成一定关系的电压值(或电流值)；为了更好保护所述探头，探头的电感线圈部分被上釉料以约束电感线圈 高温时的几何形状改变、保证绝缘和在恶劣的酸碱环境中对电感线圈的金属 导线进行保护；在上述技术的基础上，还可以振荡电路采用激励信号的频率在 1.2MHz 5. 5腿z，其最佳激励频率范围为1.5MHz 3. 5MHz来工作。绕制电 感线圈的合金导线的线径为0. lram 2. 5mm;高频连接电缆呈正电阻温度系 数特性。本发明的积极效果是，由于采用温度系数合适的并加以保护措施的电感
线圈，以及采用同温度环境热电偶组成的校正电路，最大范围地消除测量误 差。具有以下突出技术特点和技术进步该传感器可以在0'C—40(TC温度范围内实现位移测量，特别是实现了22(TC—40(TC温度范围内的精确位移 测量，解决了现有技术中非接触式电涡流传感器不能在高温状态(22(TC — 40(TC)下长期精确测量的技术，从而使得该传感器可以在大型旋转机械位 移检测中得到更广泛的应用。以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图l为非接触式电涡流位移传感器的系统结构框图。图中1.振荡电路、2.电感线圈、3.检波整流电路、4.滤波电路、5.校正电路、6.输出转换 电路，.7.被测量金属导体。图2为本发明实施例的前置电路原理图。图中l.振荡电路、2.电感线 圈、3.检波整流电路、4.滤波电路、5.校正电路、6.转换电路、7.电源电路。图3为图2中的校正电路原理图。图中8.热电偶、9.电压跟随器、10. 信号放大器、ll.信号运算电路。
具体实施方式
如图1所示， 一种高温非接触式电涡流位移传感器，包括振荡电路l、 电感线圈2、检波整流电路3、滤波电路4、校正电路5和输出转换电路6。 电感线圈2通过振荡电路1激励工作，电感线圈2与被测量金属导体7相互 作用产生的信号依次通过检波整流电路3、滤波电路4、校正电路5和输出 转换电路6输出。实施例1 图2为本发明实施例1的前置电路原理图。如图2所示， 一种高温非接触式电涡流位移传感器，包括振荡电路1、电感线圈2(探头)、 检波整流电路3、滤波电路4、校正电路5、转换电路6和电源电路7。图中 用虚线框划分开各电路。如图3所示，校正电路由热电偶8、电压跟随器9、 信号放大器IO、信号运算电路ll组成。图中用虚线框划分开各电路。热电偶位于电感线圈处，热电偶的测量端与电感线圈处于相同的温度环境。通过调整信号放大器10中的精密电位器Wl，可以改变经由信号放大器10进入信号运放电路的校正信号的幅值。精密电位器wi的输出电压值要在电感线圈处于高温工作状态时做最终调整。经过调整，使得测量系统在高温状态下 的输出值与低温状态下的输出值重合，并使得测量系统的输出值与位移的关 系呈线性关系。电感线圈使用铜基加镍、锰元素制成的康铜合金导线绕制而成，镍含量为1.0-2.0%，锰含量为39-41%，电阻温度系数为-35ppm/°C，其线径为 l.Omm。此类合金电感线圈和呈正电阻温度系数的高频电缆共同工作时，可 使它们的总电阻值在常温和高温时(22(TC—40(TC)的电阻变化量《1%。 将合金导线绕制在陶瓷骨架后，使用低温玻璃釉进行烧结定型，使得常温和 高温时的线圈几何外形无大的差异。将探头经由高频电缆接入前置电路，分 别在常温条件和高温条件下调整校正电路输出值，使传感器系统输出值与位 移变化量成线性关系。实施例2 电感线圈使用铁铬铝合金导线绕制而成，电阻温度系数为 -10ppm广C，其线径为0. lmm。此类合金电感线圈和呈正电阻温度系数的高 频电缆共同工作时，可使它们的总电阻值在常温和高温时(22(TC—40(TC) 的电阻变化量《1Q/^。其余同实施例l。实施例3 电感线圈使用镍络合金导线绕制而成，电阻温度系数为 -80ppm/'C，其线径为2.0mm。此类合金电感线圈和呈正电阻温度系数的高 频电缆共同工作时，可使它们的总电阻值在常温和高温时(22(TC—40(TC) 的电阻变化量《1%。其余同实施例l。
权利要求
1、一种高温非接触式电涡流位移传感器，包括由电感线圈组成的探头、高频连接电缆和前置电路；所述前置电路是由振荡电路、检波电路、滤波电路、校正电路和输出信号转换电路组成；其特征在于所述电感线圈由温度系数为-10ppm/℃到-80ppm/℃的合金导线绕制而成。
2、 根据权利要求1所述的高温非接触式电涡流位移传感器，其特征在 于所述的校正电路由热电偶和放大器组成，热电偶位于电感线圈处。
3、 根据权利要求1或2所述的高温非接触式电涡流位移传感器，其特 征在于在所述的探头的电感线圈部分被上釉料。
4、 根据权利要求1或2所述的高温非接触式电涡流位移传感器，其特 征在于所述的振荡电路采用激励信号的频率在1. 2MHz 5. 5MHz。
5、 根据权利要求4所述的高温非接触式电涡流位移传感器，其特征在 于所述的振荡电路采用激励信号的频率在1. 5MHz 3. 5MHz。
6、 根据权利要求1或2所述的高温非接触式电涡流位移传感器，其特 征在于所述的电感线圈的合金导线的线径为0. lmm 2. 5mm。
7.根据权利要求1或2所述的高温非接触式电涡流位移传感器，其特 征在于所述的高频连接电缆是呈正电阻温度系数特性的电缆。
8、根据权利要求3所述的高温非接触式电涡流位移传感器，其特征在于所述的釉料为玻璃釉。
全文摘要
本发明公开了一种高温非接触式电涡流位移传感器，包括由电感线圈组成的探头、高频连接电缆和前置电路。前置电路是由振荡电路、检波电路、滤波电路、校正电路和输出信号转换电路组成。所述电感线圈由温度系数为-10ppm/℃到-80ppm/℃的合金导线绕制而成。校正电路由热电偶和放大器组成，热电偶位于电感线圈处。探头的电感线圈部分被上釉料以约束电感线圈高温时的几何形状改变。由于采用温度系数合适的并加以保护措施的电感线圈，以及采用同温度环境热电偶组成的校正电路，最大范围地消除测量误差。解决了现有非接触式电涡流传感器不能在高温状态下长期精确测量的问题，从而使得该传感器可以在大型旋转机械位移检测中得到更广泛的应用。
文档编号G01B7/02GK101126622SQ200710077328
公开日2008年2月20日 申请日期2007年9月25日 优先权日2007年9月25日
发明者刘其权, 李一平, 黄 金 申请人:深圳东方锅炉控制有限公司