自动检测技术梁森版第四章

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1、机电类《自动检测技术及应用》多媒体课件（共13章，第四章）统一书号：ISBN978-7-111-34300-4课程配套网站www.sensor-measurement.net或www.liangsen.net2012年7月版9/7/20211第四章电涡流传感器本章介绍电涡流效应、趋肤效应、电涡流传感器的原理、电涡流探头结构、特性、调幅、调频转换电路，电涡流线性位移传感器、安检门、裂纹检测等的应用，介绍接近开关的概念、分类、特性、结构、工作原理、特性参数及其应用。9/7/202124.1电涡流传感器的工作原理4.2电涡流传感器的结构及特性4.3

2、电涡流传感器的测量转换电路4.4电涡流传感器的应用4.5接近开关及应用第四章电涡流传感器目录进入进入进入进入进入9/7/20213第一节电涡流传感器工作原理电涡流效应演示当电涡流线圈与金属板的距离x减小时，电涡流线圈的等效电感L减小，等效电阻R增大，Q值降低，流过电涡流线圈的电流i1增大。9/7/20214交变励磁引起铁心的涡流损耗Pe减小变压器铁损耗的方法：（1）使用软磁材料减小Ph；（2）增大铁心的电阻率，减小涡流及其损耗；（3）用很薄的互相绝缘的硅钢片（0.1mm）叠成铁心，每一片硅钢片内部的电涡流需要走较长的扁形路线，减小了电涡流损耗

3、。ΦΦ电涡流大电涡流小9/7/20215电工钢（硅钢、矽钢）具有较大的电阻率和磁通密度，较小的纠顽力、电导率、剩磁和铁芯损耗，减小了变压器的损耗，提高了效率。9/7/20216软磁铁氧体具有较大的电阻率，所以电涡流损耗较小。与硅钢比较，在中频时还能有较高的磁导率。但是单位体积中储存的磁能较低，饱合磁化强度也较低（只有纯铁的1/5），因而不适合用于低频领域，而广泛应用于在1MHz以下的逆变电源中。9/7/20217电涡流在日常生活中的应用——电磁炉干净、高效的电磁炉9/7/20218铁磁材料制作的锅具底部既有较大的磁滞损耗,又能产生较大的电涡流

4、,才能产生较大的热量锅具与励磁线圈的距离增大时，电涡流减小，产生报警信号，停止励磁。9/7/20219电磁炉工作原理框图9/7/202110电磁炉内部的励磁线圈9/7/202111电涡流在工业中的应用——中频炉将工频50HZ交流电转变为直流电，再逆变为中频（300HZ以上至1000HZ）电压，接到中频炉的中频绕组两端，在绕组中产生高密度的交变磁力线，耐高温容器里盛放的金属原料内部产生很大的电涡流，使金属的温度升高，甚至融化。中频炉广泛用于有色金属的熔炼、淬火或锻压。中频功率源9/7/202112趋肤效应（集肤效应）交变磁场的频率f越高，电涡流

5、的渗透深度就越浅，趋肤效应越严重。可以利用趋肤效应来控制非电量的检测深度。当100kHz～2MHz信号源产生的交变电压施加到电感线圈L1上时，就产生一次电流i1，在线圈周围产生交变磁场Φ。如果将线圈靠近一块金属导体，金属导体表面就产生电涡流i2。i2在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为趋肤效应。9/7/202113圆形导线中的电缆电流趋肤效应示意图a）直流电流时的均匀分布b）中频电流时中心部位电密度减小c）高频电流时，电流线趋向表面分布9/7/202114二、电涡流线圈等效阻抗分析.设电涡流线圈在高频时的等效

6、电阻为R1（大于直流电阻），电感为L1。当有被测导体靠近电涡流线圈时，则被测导体等效为一个短路环，电涡流线圈L1与导体之间存在一个互感M。互感随线圈与导体之间距离的减小而增大。9/7/202115影响电涡流线圈等效阻抗的因数如果控制上式中的f、μ、σ、r不变，电涡流线圈的阻抗Z就成为线圈与被测金属体的间距δ的单值函数，属于非接触式测量。电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z由两部分构成，即等效电感L和等效电阻R串联而成：Z=R+jωL=f(f、μ、σ、r、δ)上式中的μ、σ为金属导体的磁导率和电导率，r为表面因子，包括粗超度、沟痕、裂纹等。当被

7、测物与电涡流线圈的间距δ减小时，电涡流线圈与被测金属的互感量M增大，等效电感L减小，Q值降低，等效电阻R增大。由于线圈的感抗XL的减小比R的增大大得多，故此时流过电涡流线圈的电流i1增大。9/7/202116电涡流线圈的等效阻抗式中R、L——电涡流线圈靠近被测导体时的等效电阻和等效电感。当被测物与电涡流线圈的间距δ减小时，电涡流线圈与被测金属的互感量M增大，等效电感L减小，等效电阻R增大，品质因数Q值降低：Q=ωL/R等效电阻上消耗的有功功率P增大：P=I2R9/7/202117电涡流线圈在不同情况下的品质因数Q值越大，曲线越尖锐，后级检测电

8、路得到的电压就越高。Q初始9/7/202118电涡流用于其他非电量的测量检测深度的控制：电涡流线圈的激励频率一般设定在100kHz~1MHz。频率越低，有效测量距离