电涡流位移传感器设计

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1、云南机电职业技术学院云南机电职业技术学院自动检测与转换技术论文题目：电涡流位移传感器系部：电气工程系专业：电气自动化技术姓名：李莹龙学号：指导教师：郭绍峰2011.11.2025云南机电职业技术学院目录第一章绪论第二章电涡流传感器的基本原理2.1电涡流传感器的工作原理2.2电涡流传感器等效电路分析2.3电涡流传感器测量电路原理第三章电涡流式传感器的结构及特征3.1传感器线圈尺寸的选取3.2电涡流探头的结构第四章电涡流传感器测量电路的设计4.1电路实现方案4.2振荡电路的选择第五章电涡流式传感器的应用第六章接近开关简介

2、6.1常用的接近开关分类6.2接近开关的特点第七章电路的优化7.1移相电路的改进7.2电压-电流转换电路的改进第八章误差分析8.1非线性补偿8.2　动态特性25云南机电职业技术学院第一章绪论一、技术要求：1、量程：0～20mm2、精度：1mm3、激励频率：1MHz4、输入电压：24V5、介质温度:-50℃～250℃6、表面的粗糟度:0.4μm～0.8μm7、线性误差：＜±2%8、工作温度：探头（-20～120）℃，延长电缆（-20～120）℃，前置器（-30～50）℃9、频率响应：0～5KHz二、总体设计方案电涡流传

3、感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点25云南机电职业技术学院。根据下面的组成框图，构成传感器。根据组成框图，具体说明各个组成部分的材料：（1）敏感元件：传感器探头线圈是通过与被测导体之间的相互作用，从而产生被测信号的部分，它是由多股漆

4、包铜线绕制的一个扁平线圈固定在框架上构成，线圈框架的材料是聚四氟乙烯，其顺耗小，电性能好，热膨胀系数小。（2）传感元件:前置器是一个能屏蔽外界干扰信号的金属盒子，测量电路完全装在前置器中，并用环氧树脂灌封。（3）测量电路：本电路拟采用晶体振子及其外围电路来产生振荡。同时考虑到当采用晶体振子构成正弦波振荡电路时，有众多的模拟要素需要处理。如电路常数的确定，工作点的设定和负载阻抗的选用等。因此本电路将采用由COMS反向器与晶体振子组成的最简单且稳定性高的电路，来产生频率为1M的方波信号源。25云南机电职业技术学院第二章电

5、涡流传感器的基本原理2.1电涡流传感器工作原理根据法拉第电磁感应定律，当传感器探头线圈通以正弦交变电流i1时，线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1，它使置于此磁场中的被测金属导体表面产生感应电流，即电涡流，如图2-2中所示。与此同时，电涡流i2又产生新的交变磁场H2；H2与H1方向相反，并力图削弱H1，从而导致探头线圈的等效电阻相应地发生变化。其变化程度取决于被测金属导体的电阻率ρ，磁导率μ，线圈与金属导体的距离x，以及线圈激励电流的频率f等参数。如果只改变上述参数中的一个，而其余参数保持不变，则阻抗Z就成为这个变化

6、参数的单值函数，从而确定该参数的大小。电涡流传感器的工作原理，如图2-2所示：2.2电涡流传感器等效电路分析为了便于分析，把被测金属导体上形成的电涡流等效成一个短路环中的电流，这样就可以得到如图2-3所示的等效电路。25云南机电职业技术学院图中R1，L1为传感器探头线圈的电阻和电感，短路环可以认为是一匝短路线圈，其中R2，L2为被测导体的电阻和电感。探头线圈和导体之间存在一个互感M，它随线圈与导体间距离的减小而增大。U1为激励电压，根据基尔霍夫电压平衡方程式，上图等效电路的平衡方程式如下：经求解方程组，可得I1和I2

7、表达式：由此可得传感器线圈的等效阻抗为:从而得到探头线圈等效电阻和电感。25云南机电职业技术学院通过式（2-4）的方程式可见：涡流的影响使得线圈阻抗的实部等效电阻增加，而虚部等效电感减小，从而使线圈阻抗发生了变化，这种变化称为反射阻抗作用。所以电涡流传感器的工作原理，实质上是由于受到交变磁场影响的导体中产生的电涡流起到调节线圈原来阻抗的作用。因此，通过上述方程组的推导，可将探头线圈的等效阻抗Z表示成如下一个简单的函数关系：其中，x为检测距离；μ为被测体磁导率；ρ为被测体电阻率；f为线圈中激励电流频率。所以，当改变该函

8、数中某一个量，而固定其他量时，就可以通过测量等效阻抗Z的变化来确定该参数的变化。在目前的测量电路中，有通过测量ΔL或ΔZ等来测量x,ρ,μ,f的变化的电路。2.3电涡流传感器测量电路原理电涡流传感器常用的测量电路有电桥电路和谐振电路，阻抗Z的测量一般用电桥，电感L的测量电路一般用谐振电路，其中谐振电路又分为调频式和调幅式电路。电桥法是将传感器线