基于PMAC卡的航空发动机篦齿间隙测量系统的研究(9)

航空动力学

电子科技大学硕士学位论文

中Ｋ为常数，即电容Ｃ与ｄ为反比关系，是一个非线性量。

在实际测量中，传感器电极构成可变电容器的一个极板，可变电容器的电容随着叶尖间隙变化。电容器的第二个极板是由转子叶尖构成，叶尖必须通过轴承、密封装置、齿轮系统与试验件壳体接地。传感器头部安装在直接对着待测间隙的转子叶片的机匣上（缩进机匣表面０．５ｒａｍ）。在传感器确定的情况下，可忽略各叶片顶部尺寸形状的差异。假设传感器与叶尖间隙的气体的介电常数是个常量，传感器极板与叶尖间隙变化（机匣与叶尖的间隙）使电容发生变化。

目前，国外常把电容法分为两类：调频式，主要用于压气机（或涡轮）与机匣的间隙测量；调幅式，主要用于连续变化的情况。调频式系统的工作原理是：叶尖与探头电极之间的间隙发生变化引起电容变化，进而引起震荡频率的改变，这一变化信号对原载波信号进行频率调制，调频后的信号由振荡器输出，通过电缆送到信号处理器，最后将间隙变化转变为阶梯信号输出。

电容法的主要特点：灵敏度高，固有频率高，频带宽，动态性能好，能在数兆的频率下正常工作，功率小，阻抗高等。它的精度受多方因素的影响。如测量时介质的介电常数的变化、环境的干扰（磁场、电火花）、探头及机匣受热变形、校准误差等。绝缘时电容法的特殊问题，由于电容本身的内阻很高，因而对绝缘提出了更高的要求。另外，当材料性能不好时，其绝缘电阻将随温度和湿度变化，从而引起传感器输出产生缓慢的零位漂移。

１．２．３电涡流法

电涡流法是采用金属切割磁力线产生磁场变化的方法【姗，电涡流法测量间隙这套装置主要由探头和检测电路两部份构成。检测电路由振荡器、检波器及放大器等组成。

当振荡器产生的高频电压施加给靠近金属板（相当于转子叶片叶尖）一侧的传感器线圈Ｌ时，Ｌ产生磁束，金属板受此磁束感应产生环流电流，此电流在线圈上产生反向磁束，导致传感器线圈Ｌ的电感及等效阻抗发生变化，传感器线圈Ｌ受涡流影响时的等效阻抗Ｚ的函数表达式为：

Ｚ＝Ｆ（ｘ，∥，Ｐ，７，国）（１－２）

式中，Ｐ：被测导体的电阻率。

∥：被测导体的磁导率。

彩：线圈激磁电压的频率。４