电涡流式传感器课件.ppt

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1、3.4电涡流式传感器当导体置于交变磁场或在固定磁场中运动时，导体内引起感应电流，此电流在导体内闭合,称为涡流。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。感抗XL的变化比R的变化大得多，流过电涡流线圈的电流i1增大。涡流式传感器的变换原理是利用金属导体在交流磁场中的电涡流效应。若一金属板置于一只线圈的附近，它们之间相互的间距为δ，当线圈输入一交变电流i时，便产生交变磁通量Φ，金属板在此交变磁场中会产生感应电流i1，这种电流在金属体内是闭合的，所以称之为电涡流或涡流。涡流的大小与金属板的电阻率ρ、磁导率μ、厚度h、金属板与线

2、圈的距离δ、激励电流角频率ω等参数有关。若固定某些参数，就可根据涡流的变化测量另一个参数。集肤效应集肤效应与激励源频率f、工件的电导率、磁导率等有关。频率f越高，电涡流的渗透的深度就越浅，集肤效应越严重。上页图是电涡流传感器工作原理示意图。当高频（100kHz左右）信号源产生的高频电压施加到一个靠近金属导体附近的电感线圈L1时，将产生高频磁场H1。如被测导体置于该交变磁场范围之内时，被测导体就产生电涡流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，这称为集肤效应（也称趋肤效应）。电涡流的应用——在我们日常生活中经常可以遇到干

3、净、高效的电磁炉电磁炉内部的励磁线圈电磁炉的工作原理高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅内的食物。电涡流式传感器3.4.1高频反射式涡流传感器3.4.2低频透射式涡流传感器3.4.3涡流式传感器的应用高频反射式高频(>lMHz)激励电流，产生的高频磁场作用于金属板的表面，由于集肤效应，在金属板表面将形成涡电流。与此同时，该涡流产生的交变磁场又反作用于线圈，引起线圈自感L或阻抗ZL的变化，其变化与距离x、线圈尺寸r、金属板的电阻率ρ、磁导率μ、激励电流i，及频率f等有关.Z=f（is、f、、、r、x）a.

4、检测深度与激励源频率有何关系？b.如果控制上式中的is、f、、、r不变，电涡流线圈的阻抗Z就成为哪个非电量的单值函数？属于接触式测量还是非接触式测量？电涡流探头结构1—电涡流线圈2—探头壳体3—壳体上的位置调节螺纹4—印制线路板5—夹持螺母6—电源指示灯7—阈值指示灯8—输出屏蔽电缆线9—电缆插头CZF-1系列传感器的性能分析上表请得出结论：探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系？结论：⑴金属导体上形成的涡流有一定的范围，当线圈与导体间的距离不变时，电涡流密度随着线圈外径的大小而变化。为了充分有效地利用电涡流效应，对于平板型的被测体则要求被测体的半径应

5、大于线圈半径的1.8倍，否则灵敏度要降低。当被测物体是圆柱体时，被测导体直径必须为线圈直径的3.5倍以上，灵敏度才不受影响。⑵涡流强度随着线圈与导体间距离x的增大而迅速减小，由此可知，涡流强度与距离x呈非线性关系。为了获得较好的线性和较高的灵敏度，应使x/R＜＜1，一般取x/R＝0.05～0.15。⑶金属导体内产生的涡流由于趋肤效应，电涡流不仅沿径向分布不均匀，而且贯穿金属导体的厚度有限。贯穿深度与励磁电流的频率成反比关系。激励源频率一般设在100kHz~1MHz。频率越低，检测深度越深。(4)多种用途：如果控制x、i、f不变，就可以用来检测与表面电导率有

6、关的表面温度、表面裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率有关的材料型号、表面硬度等参数。发射线圈L1和接收线圈L2分别置于被测金属板材料M的上、下方。由于低频磁场集肤效应小，渗透深，当低频(音频范围)电压u加到线圈L1的两端后，所产生磁力线的一部分透过金属板材料M,使线圈L2产生感应电动势e。但由于涡流消耗部分磁场能量，使感应电动势e减少，当金属板材料M越厚时，损耗的能量越大，输出电动势e越小。因此，e的大小与M的厚度及材料的性质有关，试验表明，e随材料厚度h的增加按负指数规律减少,如图所示，因此，若金属板材料的性质一定，则利用e变化即可测量其厚度。低频透射

7、式金属板厚度越大，涡流损耗越大，E越小。E的大小间接反映金属板厚度。线圈L2的感应电压与被测厚度的增大按负幂指数的规律减小，即：式中，δ为被测金属板厚度；t为贯穿深度，它与成正比，其中ρ为金属板的电阻率，f为交变电磁场的频率。在测量ρ较小的材料时，应选较低的频率（如500Hz），测量ρ较大的材料，则应选用较高的频率（如2kHz）。高频反射式低频透射式测量电路之定频测距电路石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压(100kHz~1MHz）用于激励电涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生电涡流，引起电涡流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最终输出的直流电压Uo

8、反映了金属体对电涡流线圈的影响（例如两者之间的距离等