N-3.4 电涡流式传感器解析课件.ppt

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1、3.4电涡流式传感器涡流式传感器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，i1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。3.4电涡流式传感器当块状导体置于变化的磁场中或在固定磁场中运动时，导体内都要产生感应电动势形成电流，这种电流在导体内闭合的，称为

2、涡流。穿透深度ρ：导体电阻率(Ω·cmr：导体相对磁导率ƒ：交变磁场频率(Hz)式中：电涡流的应用——在我们日常生活中经常可以遇到干净、高效的电磁炉电磁炉内部的励磁线圈大直径电涡流探雷器演示实验电涡流式传感器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(>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。线圈自感L或阻抗ZL的变化与距离该金属板的电阻率ρ、磁导率μ、

3、激励电流i及角频率ω等有关，若只改变距离δ而保持其它参数不变，则可将位移的变化转换为线圈自感的变化，通过测量电路转换为电压输出。高频反射式涡流传感器多用于非接触式位移测量。高频反射式电涡流传感器一般讲，线圈的阻抗变化与金属导体的电阻率 、磁导率 、线圈与金属导体的距离以及线圈激励电流的频率 等参数有关。即，线圈阻抗Z是这些参数的函数，可写成Φ1i1Φ2i2若能控制其中大部分参数恒定不变，只改变其中一个参数，这样阻抗就能成为这个参数的单值函数。涡流式传感器的特点是结构简单，易于进行非接触的连续测量，灵敏度较高，适用性强，因此得到了广泛

4、的应用。其应用大致有下列四个方面：①利用位移作为变化量，可以测被测量位移、厚度、振动、转速等传感器，也可做成接近开关、计数器等；②利用材料电阻率 作为变换量，可以做成温度测量、材质判别等传感器③利用磁导率 作为变换量，可以做成测量应力、硬度等传感器；④利用变换量、 、 等的综合影响，可以做成探伤装置等。3.4.1高频反射式涡流传感器1.基本原理2．等效电路3.传感器的结构4.测量电路1.基本原理线圈置于金属导体附近：线圈中通以高频信号i1正弦交变磁场H1金属导体内就会产生涡流涡流产生电磁场反作用于线圈，改变了电感电感变化程度取于线圈

5、L的外形尺寸，线圈L至金属板之间的距离，金属板材料的电阻率和磁导率以及的频率等把被测导体上形成的电涡流等效成一个短路环中的电流，短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为R1、电感为L1。这样线圈与被测导体便可等效为两个相互耦合的线圈。线圈与导体间存在一个互感M它随线圈与导体间距x的减小而增大。电涡流传感器等效电路MRL1LR12．等效电路等效电路电感L1表示金属板对涡流呈现的电感效应电阻R1表示在金属板上的涡流损耗互感系数M表示L1与原线圈L之间的相互作用R为原线圈L的损耗电阻C为线圈与装置的分布电容根据克希霍夫定律，可列出下面的方程

6、：传感器线圈的等效阻抗为：线圈的等效电阻和电感为：当被测导体的某些参数发生变化时，可引起涡流式传感器线圈的阻抗Z、电感L和品质因数Q变化，测量Z、L或Q就可求出被测量参数的变化。频率（MHZ）感抗电阻RE10.10.0020.02101.00.00630.06310010.00.020.2表3.4.1不同频率时的感抗分量与电阻分量计算邻近高频线圈的金属板呈现的电感效应与涡流损耗之间的数量关系可以进行估计。金属板对涡流呈现的电感效应可以用许多大小不同的电感线圈按一定方式结合起来的总效应来等效。由安置在框架上的扁平圆形线圈构成。此线圈可

7、粘贴于框架上，或在框架上开一槽，将导线绕在槽内。下图为CZF1型涡流传感器的结构原理，它是将导线绕在聚四氟乙烯框架窄槽内。1234561线圈2框架3衬套4支架5电缆6插头3.传感器的结构4.测量电路调幅式测量电路调频式测量电路一、调幅式（AM）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参数）。部分常用材料对振荡器振幅的衰减系数人的手

8、、泥土或装满水的玻璃杯能对振荡器的振幅产生明显的衰减吗？为什么？二、调频（FM）式电路(100kHz~1MHz）当电涡流线圈与被测体的距离x改变时，电涡流线圈的电感量L也随之改变，引起LC振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机测量