传感器课件35电涡流式传感器.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。上一页下一页返回3.5.1工作原理线圈置于金属导体附近：线圈中通以交变电流i1i1产生正弦交变磁场H1金属导体内就会产生涡流i2涡流i2产生反向电磁场H2反作用于线圈,导致线圈的电感、阻抗和品质因数变化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及感抗XL减小，但等效电阻R增大。由于感抗XL的变化比R的变化大得多，因此，流过线圈的电流i1增大。线圈的电感、阻抗和品质因数的变化程度取决于线圈L的外形尺寸、线圈至金属板

2、的距离、金属板材料的电阻率和磁导率以及激励电源的频率等参数。若控制上述参数中的一个发生变化，其余不变，就能构成测量该参数的传感器。电涡流效应的等效电路如图,导体中的电涡流等效为短路环中的电流I2。根据基尔霍夫定律得电压平衡方程：由此可得线圈受金属导体涡流影响后的等效阻抗：线圈受金属导体涡流影响后的等效电感：线圈受金属导体涡流影响后的品质因数：(3-69)(3-70)(3-71)三式均为M的非线性函数3.5.2结构类型高频反射式采用高频激励，影响性能的因素有：线圈的结构尺寸、材料；框架的材料；所用电缆和插头；被测导体的电导率、磁导率、大小、形状、厚度等

3、。（书P88）线圈框架3．框架衬套4．支架5．电缆6．插头线圈外径大，线性范围就大，但灵敏度低；线圈内径和厚度的变化影响较小；被测体的电导率高，灵敏度也高。磁导率相反，且磁性体比非磁性体的灵敏度低。被测体表面镀层性质和厚度不均匀将影响测量精度。被测体的大小和形状的影响。平面被测体的直径不应小于线圈直径的1.8倍。圆柱被测体直径不应小于线圈直径的3.5倍。被测体厚度一般要大于0.2mm才不影响测量结果。2.低频透射式(常用来测厚)透射式涡流传感器原理线圈感应电势与厚度关系曲线测厚的依据:u2的大小间接反映了材料M的厚度h（t为电涡流的贯穿深度）上一页下

4、一页返回t大，则u2大要选择变化率较大的曲线部分：测薄板时，h小，选t3，即激励频率要高，测厚板时，h大，选t1，即激励频率要低。U2与电涡流的贯穿深度t有关,结论：当被测材料的电阻率不同时，渗透深度的值也不相同，于是又引起u2－h曲线形状的变化，为使测量不同的材料时所得到的曲线形状相近，就需在变动ρ时保持t不变，这时应该相应地改变f。测ρ较小的材料(如紫铜)时，选用较低的频率(500Hz);而测ρ较大的材料(如黄铜、铝)时，则选用较高的频率(2KHz)，从而保证传感器在测量不同材料时的线性度和灵敏度的一致性。上一页下一页返回测量薄板时应选较高的频率

5、，测量厚材时应选较低的频率。3.5.3测量电路根据电涡流式传感器的工作原理，针对被测参量可以转换为电感、阻抗或Q值三种参数的变化，测量电路也有三种：谐振电路、电桥电路和Q值测试电路。本节只讲解谐振电路。谐振电路的原理是将传感器线圈和电容组成并联谐振回路，则谐振时的频率和阻抗为：当传感器电感L变化时，f和Z0均随之改变。1.定频调幅电路晶体振荡器提供高频激励信号；R为耦合电阻；输出高频载波信号较小，高频放大、检波、滤波环节使输出信号便于传输与测量；源极输出器用于减小振荡器的负载；线路复杂，装调困难，线性范围窄。3－44定频调幅谐振曲线2.变频调幅电路将

6、传感器接入电容三点式振荡回路，当导体接近传感器线圈时，由于涡流效应，振荡器输出电压的幅度和频率均变化，利用振荡幅度的变化来检测线圈与导体间的位移变化。结构简单，灵敏度高，线性范围宽。3.调频电路与变频调幅电路不同的是常以振荡频率的变化作为输出信号。若以电压作为输出信号，则后接鉴频器。关键：提高振荡器的频率稳定度，从环境温度变化、电缆电容变化和负载影响三方面考虑。间距x的测量：如果控制上式中的i1、f、、、r不变，电涡流线圈的阻抗Z就成为间距x的单值函数，这样就成为非接触地测量位移的传感器。多种用途：如果控制其他参数不变，就可以用来检测与表面电导率

7、ρ有关的表面温度、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。3..5.4电涡流式传感器的应用Z=f（i1、f、、ρ、r、x）被测参数变换量特征位移、厚度、振动（1）非接触测量，连续测量（2）受剩磁的影响。表面温度、电解质浓度材质判别、速度（温度）（1）非接触测量，连续测量；（2）对温度变化进行补偿应力、硬度（1）非接触测量，连续测量；（2）受剩磁和材质影响探伤可以定量测量上一页下一页返回1．位移测量(a)汽轮机主轴的轴向位移测量示意图(b)磨床换向阀、先导阀的位移测量示意图(c)金属试件的热膨胀系数测量示意图上一页下

8、一页返回2．振幅测量(a)汽轮机和空气压缩机常用的监控主轴的径向振动的示意图(b)测量发动机涡轮叶片的振幅的