第五章 机械量检测―差动变压器电涡流传感器PPT课件
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《电涡流传感器》课件
《电涡流传感器》PPT课 件
电涡流传感器是一种用于测量目标物体电导率、电磁参数等参数的无接触传 感器。本PPT课件将为您介绍电涡流传感器的原理、应用和设计制造等相关内 容。
什么是电涡流传感器？
电涡流传感器是一种利用电涡流效应测量物体电导率或电磁参数的非接触式 传感器。它通过感应电流和涡流之间的相互作用来实现测量。
电涡流原理介绍
电涡流原理是指当导体中有交变电磁场时，产生的涡流会产生磁场，从而对 原交变磁场产生影响，实现了电导率、电磁参数等参数的测量。
电涡流传感器与其他传感器的比较
量方法，不会破坏目标物体表面，适用于高温、高压、腐蚀等 恶劣环境。
高精度和快速响应
电涡流传感器具有较高的精度和快速的响应速度，适用于对物体电导率和电磁参数需要精确 测量的场景。
灵敏度受温度影响
电涡流传感器的灵敏度受温度影响较大，需要进行温度补偿来保证测量的准确性。
电涡流传感器的优点和应用领域
1 高灵敏度
电涡流传感器具有高灵敏度，可用于测量小电导率变化，如金属疲劳检测和材料缺陷检 测。
2 宽测量范围
电涡流传感器的测量范围广，可应用于不同电导率的材料测量，如金属、陶瓷等。
3 工业应用广泛
电涡流传感器的输出方式
电涡流传感器的输出方式可以是模拟输出、数字输出或脉冲输出等。不同的 输出方式适用于不同的应用场景和信号处理需求。
电涡流传感器广泛应用于机床加工、工业自动化、航空航天等领域的电导率、电磁参数 测量。
电涡流传感器的设计与制造
电涡流传感器的设计与制造需要考虑形状尺寸、材料选择、绕组设计等因素。 通过优化设计和制造工艺，可以提高传感器的性能和稳定性。
电涡流传感器的参数测量
电涡流传感器可以测量的参数包括电导率、电磁参数、涡流强度、涡流深度 等。通过测量这些参数可以获取目标物体的相关信息。
电涡流传感器是一种用于测量目标物体电导率、电磁参数等参数的无接触传 感器。本PPT课件将为您介绍电涡流传感器的原理、应用和设计制造等相关内 容。
什么是电涡流传感器？
电涡流传感器是一种利用电涡流效应测量物体电导率或电磁参数的非接触式 传感器。它通过感应电流和涡流之间的相互作用来实现测量。
电涡流原理介绍
电涡流原理是指当导体中有交变电磁场时，产生的涡流会产生磁场，从而对 原交变磁场产生影响，实现了电导率、电磁参数等参数的测量。
电涡流传感器与其他传感器的比较
量方法，不会破坏目标物体表面，适用于高温、高压、腐蚀等 恶劣环境。
高精度和快速响应
电涡流传感器具有较高的精度和快速的响应速度，适用于对物体电导率和电磁参数需要精确 测量的场景。
灵敏度受温度影响
电涡流传感器的灵敏度受温度影响较大，需要进行温度补偿来保证测量的准确性。
电涡流传感器的优点和应用领域
1 高灵敏度
电涡流传感器具有高灵敏度，可用于测量小电导率变化，如金属疲劳检测和材料缺陷检 测。
2 宽测量范围
电涡流传感器的测量范围广，可应用于不同电导率的材料测量，如金属、陶瓷等。
3 工业应用广泛
电涡流传感器的输出方式
电涡流传感器的输出方式可以是模拟输出、数字输出或脉冲输出等。不同的 输出方式适用于不同的应用场景和信号处理需求。
电涡流传感器广泛应用于机床加工、工业自动化、航空航天等领域的电导率、电磁参数 测量。
电涡流传感器的设计与制造
电涡流传感器的设计与制造需要考虑形状尺寸、材料选择、绕组设计等因素。 通过优化设计和制造工艺，可以提高传感器的性能和稳定性。
电涡流传感器的参数测量
电涡流传感器可以测量的参数包括电导率、电磁参数、涡流强度、涡流深度 等。通过测量这些参数可以获取目标物体的相关信息。
《涡流检测》幻灯片PPT
阻抗通过互感M反映到初级线圈电路的等效阻抗Ze来表达。Z0
与Ze之和Z称为初级线圈的视在阻抗。 检测线圈的视在阻抗是自阻抗与反射阻抗之和。
应用视在阻抗的概念，就可认为初级线圈电路中电流和电 压的变化是由于它的视在阻抗的变化引起的，而据此就可以得 知次级线圈对初级线圈的效应，从而可以推知初级线圈电路中 阻抗的变化。
这样，就用一个恒定的磁场和变化着的磁导率替代了实际 上变化着的磁场和恒定的磁导率，这个变化着的磁导率便称为 有效磁导率，用μeff表示，同时推导出它的表达式为
ef f
2 J1( jkrJ0(
jk)r jk)r
有效磁导率可以用频率比f/fg作为变量，f为涡流检 测的鼓励频率，fg为特征频率。 2〕特征频率是工件的固有频率，取决于工件的电 磁特性和几何尺寸。 涡流检测中，一般来说，试验频率f总是大于材料特征频 率fg的。
关键词：涡流
交流磁场
交变磁力线 鼓
励线圈 感生出反作用电流。
涡流变化 反作用电流也变化。测定反作用电流的变
化 测得涡流的变化 得到试件的信息。
f：电流频率，HZ μr: 相对磁导率，无量纲 γ：电导率，s/m
什么叫电导率？
(1)定义或解释: 电阻率的倒数为电导率.简称 为：T.D.S。
σ=1/ρ (2)单位:在国际单位制中,电导率的单位是西 门子/米(s/m)。 (3) 电导率的物理意义:是表示物质导电的性 能。 电导率越大那么导电性能越强,反之越小。
X
阻抗平面图虽然比较直观，但半圆形
曲线在阻抗平面图上的位置与初级线圈自
身的阻抗以及两个线圈自身的电感和互感
有关。另外，半圆的半径不仅受到上述因素
的影响，还随频率的不同而变化。这样，
《涡流检测》课件
《涡流检测》课件一、教学内容本节课的教学内容来自于《无损检测》一书的第五章，主要讲述涡流检测的原理、设备和应用。
具体内容包括：涡流检测的基本原理、涡流检测的设备组成、涡流检测的适用范围和限制、以及涡流检测在实际工程中的应用案例。
二、教学目标1. 让学生了解涡流检测的基本原理，理解涡流检测的设备组成和工作方式。
2. 通过实例分析，使学生掌握涡流检测在实际工程中的应用。
3. 培养学生对涡流检测技术的兴趣，激发学生对无损检测领域的研究热情。
三、教学难点与重点1. 涡流检测的基本原理。
2. 涡流检测设备的组成和工作方式。
3. 涡流检测在实际工程中的应用。
四、教具与学具准备1. PPT课件。
2. 涡流检测设备实物图。
3. 涡流检测实例视频。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过涡流检测设备实物图，让学生了解涡流检测在实际工程中的应用。
2. 涡流检测原理讲解：讲解涡流检测的基本原理，包括涡流的产生、发展和消失过程。
3. 涡流检测设备组成：介绍涡流检测设备的组成，包括发射器、接收器、探头等。
4. 涡流检测工作方式：讲解涡流检测的工作方式，包括断线检测、裂纹检测、材料识别等。
5. 实例分析：通过涡流检测实例视频，分析涡流检测在实际工程中的应用。
6. 随堂练习：让学生结合实例，分析涡流检测的适用范围和限制。
7. 板书设计：涡流检测原理、设备组成、应用案例。
8. 作业设计：题目1：涡流检测的基本原理是什么？答案：涡流检测的基本原理是利用交变磁场在导体中产生的涡流效应，对导体进行无损检测。
题目2：涡流检测设备主要由哪些部分组成？答案：涡流检测设备主要由发射器、接收器、探头等部分组成。
题目3：涡流检测在实际工程中有什么应用？答案：涡流检测在实际工程中可以用于断线检测、裂纹检测、材料识别等。
六、课后反思及拓展延伸1. 反思本节课的教学效果，看是否达到了教学目标。
2. 探讨涡流检测在其他领域的应用，激发学生的研究热情。
3. 搜集更多关于涡流检测的最新研究成果，下一节课与学生分享。
第五章 电涡流PPT课件
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电涡流位移传感器的应用
电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影响，例如金 属材料的厚度、尺寸、形状、电导率、磁导率、表面 因素、距离等。只要固定其他因素就可以用电涡流传 感器来测量剩下的一个因素。因此电涡流传感器的应 用领域十分广泛。但也同时带来许多不确定因素，一 个或几个因素的微小变化就足以影响测量结果。所以 电涡流传感器多用于定性测量。 即使要用作 定 量 测 量，也必须采用逐点标定、计算机线性纠正、温度补 补偿等措施。
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）。
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第五章 电涡流传感器
本章介绍电涡流传感器的 原理及应用，并涉及接近开关 的原理、结构、特性参数及应 用。
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1
第一节 电涡流传感器工作原理
电涡流效应演示
05.12.2020
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。
2
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
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3
集肤效应
图5-1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）。
电涡流传感器教学课件
电涡流传感器的发展趋势与
06
未来展望
技术创新与改进
微型化设计
多功能化
随着微电子和纳米技术的发展，电涡 流传感器的尺寸逐渐减小，具有更高 的灵敏度和空间分辨率。
开发具有温度、压力、位移等多参数 测量能力的电涡流传感器，满足复杂 环境下的应用需求。
智能化技术
集成化、智能化的电涡流传感器能够 实现自校准、自诊断和自适应调整等 功能，提高测量精度和可靠性。
THANKS
感谢观看
当金属材料振动或位移时，其表面电涡流的强度 02 和相位会发生变化，通过测量这些变化，可以获
得金属材料的振动或位移信息。
该方法具有高灵敏度、高分辨率和高动态范围的 03 特点，广泛应用于机械、航空和航天等领域的振
动和位移测量。
液位与流量测量
电涡流传感器也可以用于液位和流量的测量。
01
输标02入题
在液位测量中，当电涡流传感器靠近液面时，由于液 体的导电性，会在液面产生电涡流，通过测量电涡流 的强度和变化规律，可以确定液位的高度。
用途
电涡流传感器广泛应用于材料检测、无损检测、自动化 控制等领域，如金属材料的厚度测量、表面裂纹检测、 气瓶压力检测等。
优缺点分析
优点
电涡流传感器具有非接触、高精度、高分辨率和高可靠性等优点，能够实现快速、准确地测量 和检测。
缺点
电涡流传感器对于导电率、磁导率和温度等参数敏感，对于不同材料和表面状态的物体，需要 进行校准和调整，同时其测量范围较小，难以测量较大尺寸的物体。
分辨率
传感器能够分辨出的最小变化量，通常以百分比 或相对于满量程的数值表示。分辨率越高，传感 器能够检测到的最小变化越小。
频率响应与带宽
频率响应
5.参量传感器之电感式(差动式变压器、电涡流)
USC
二、差动变压器式传感器 1．结构：
可分间隙式和螺管式两种 以螺管式为例
图中：1－一次绕组 2、3－二次绕组 4－衔铁
由一只螺管线圈和一根柱形衔铁组成。当被 测量作用在衔铁上时，会引起衔铁在线圈中 伸入长度的变化，从而引起螺管线圈电感量 的变化。当线圈参数和衔铁尺寸一定时，电 感相对变化量与衔铁插入长度的相对变化量 成正比。
电路与传感器组合在一个壳体内，输出信号可以使
电压，也可以使电流。由于电流信号不易受干扰，
且便于远距离传输，所以在使用中多采用电流输出
型。
YST－1型差动压力变送器线路原理图
220V交流电通过变压、整流、滤波、稳压后，由VT1、VT2 变压 差分 晶体管组成的多谐振荡器转变为6V、1000Hz的稳定交流电 多谐 差分 输出 整流 整流 压，作为差分变压器的激励电压。差动变压器二次侧输出电 振荡器 变压器 显示 滤波 电路 压通过差分整流电路、滤波电路后，作为变送器输出信号， 可接入二次仪表加以显示。线路中R9是调零电位器，R10是 YST－1型差分压力变送器线路原理框图 调量程电位器。
（2）铁芯上移（u21>u22）： Uac>Uda 则ImA=I1－I2>0
（3）铁芯下移(u21<u22)： Uac<Uda 则ImA=I1－I2<0 判别了位移方向和大小
同理，半波电流
电压输出差动整流电路
五、差动变压器式传感器的应用
1.钢板厚度的测量
2.以YST－1型差动压力变送器为例测压力
线圈的阻抗变化 差动变压器式传感器是一种电感式传感器，它是根据互 感的变化来感知被检测量的。
特点：
电感式传感器结构简单、工作可靠、灵敏度
高、分辨率大，线性度好。能测出0.1微米甚至更
电涡流传感器在旋转机械故障诊断中的应用PPT课件
05 电涡流传感器在旋转机械 故障诊断中的优势与挑战
电涡流传感器的优势
高灵敏度与分辨率
能够检测微小的变化，对故障的早期预警非 常有效。
抗干扰能力强
可在恶劣环境下工作，不易受电磁噪声等干 扰的影响。
非接触式检测
无需接触被测表面，减少了对机械结构的干 扰。
实时监测与远程监控
能够实时传输数据，便于远程监控和诊断。
故障诊断是保障旋转机械稳定运 行的关键环节，对于预防事故和
提高生产效率具有重要意义。
电涡流传感器作为一种非接触式 检测方法，在旋转机械故障诊断 中具有独特的优势和应用潜力。
研究目的和意义
针对旋转机械故障诊断的需求， 研究电涡流传感器的应用技术 和方法。
探讨电涡流传感器在旋转机械 故障诊断中的优势、局限性和 适用范围。
电涡流传感器的优点
非接触测量
电涡流传感器能够非接触地测量 金属目标的物理参数，避免了直 接接触可能带来的磨损和污染问
题。
测量范围广
电涡流传感器能够测量多种金属材 料的物理参数，并且测量范围较广， 能够满足不同应用的需求。
响应速度快
电涡流传感器的响应速度很快，能 够实时监测金属目标的状态变化。
电涡流传感器的局限性
障。
油液分析法
通过对润滑油或工作液的理化 性质和污染程度进行分析，判
断设备的磨损情况。
温度分析法
通过测量设备运行中的温度， 判断其是否处于正常状态。
旋转机械故障诊断技术的发展趋势
智能化
利用人工智能和机器学习技术 进行故障诊断，提高诊断准确
性和效率。
多学科融合
将多种学科技术融合在一起， 形成更为全面和准确的诊断方 法。
齿轮故障
差动变压器和涡流传感器
位移测量仪
位移测量包含： 位移测量包含： 偏心、间隙、位置、 偏心、间隙、位置、 倾斜、弯曲、变形、 倾斜、弯曲、变形、 移动、圆度、冲击、 移动、圆度、冲击、 偏心率、冲程、 偏心率、冲程、宽度 等等。 等等。来自不同应用 领域的许多量都可归 结为位移或间隙变化。 结为位移或间隙变化。
数显位移测量仪及探头 数显位移测量仪及探头
大直径电涡流探雷器
四、测量转换电路
调幅电路
石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压 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， 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， 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U 反映了金属体对电涡流线圈的影响（ 终输出的直流电压 o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）。 两者之间的距离等参数）。
安检门演示
当有金属物体穿 越安检门时报警
电涡流表面探伤
手持式裂纹测量仪
油管探伤
掌上型 电涡流 探伤仪
用掌上型电涡流探伤仪检测飞机裂纹
休息一下
Z=R+jωL=f（i1、f、µ、σ、x）
所以电涡流传感器多用于定性测量。 所以电涡流传感器多用于定性测量。 即使要 用作定量测量，也必须采用逐点标定、 用作定量测量，也必须采用逐点标定、计算机线 性纠正、温度补偿等措施。 性纠正、温度补偿等措施。
偏 心 和 振 动 检 测
通过测量间隙来测量径向跳动
二次 次级 线线 圈圈
uo
二、等效电路图
r2A r1 Ui
M1
第五章2：传感器技术及机械量检测2学时15页PPT
谢谢你的阅读
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其中，Us ，Uc 为定子正弦、余弦绕组上的激磁电压，k
为变压比。
旋转变压器的应用 鉴相方式 在旋转变压器定子的两相正交绕组上分别加上幅值相等、
频率相同的正弦、余弦激磁电压
Us Umsi nt Uc Umcost
转子旋转后，两个激磁电压在转子绕组中产生的感应电压 线性叠加得总感应电压为：
则在转子绕组上得到感应电压为
U k s s U 机 i k n c c U 机 o k m s c U 电 o 机 ） s s( t in
不断修改激磁调幅电压幅值的电气角θ电，使之跟踪θ 机的变化，并测量感应电压幅值即可求得机械角位移 θ机 。
4、测速发电机
（1）、直流测速发电机
旋转变压器
旋转变压器结构示意图
1—转子轴， 2—外壳，3—分解器定子， 4—分解器定子绕组，
5—变压器一次线圈， 6—变压器转子，7—分解器转子绕组， 8—分解器转子，9—变压器二次线圈， 10—定子线轴
➢ 旋转变压器原理当转子旋转 Nhomakorabea，转子绕组内产生感应电势
随转子偏转角θ机呈正弦规律变化。
即： UkUssin机或 UkU ccos机
单频激光仪得到的是 直流调幅信号，有直 流漂移的干扰问题。 因此双频激光测量受 环境干扰(气压、温 度、湿度)影响要比 单频激光测量时小得 多，测量精度高。
双频激光干涉仪的工作原理
特点：一是采用高频差的双频激光头作光源，其测量对象的 最大运动速度可达1米/秒，二是采用高分辨率的数字相位卡 进行信号处理，同时对信号进行计数和细分，不但可以获得 纳米级的测量分辨率，而且测量结果直接进入计算机，便于 进一步的处理和分析；三是全部部件均实现了微型化和便携 化，可以方便地携带到现场安装使用。
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三、电涡流传感器结构及特性
交变磁场 电涡流探头外形
15
电涡流探头内部结构
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
16
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
2
第一节 互感式传感器
一、结构和工作原理
差动变压器
1
3
x
M
2
4
U SC U 1U 2
当衔铁在中间位置时 M 1 M 2 ,U 1 U 2 ,U S C0 当衔铁向上移动时 M 1 M 2 ,U 1 U 2 ,U S C0 当衔铁向下移动时 M 1 M 2 ,U 1 U 2 ,U S C0
3
Uz
二、等效电路
之间有何关系？
17
大直径电涡流探雷器
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四、 测量转换电路 1、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）。
一、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。
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。
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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
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集肤效应
图4-1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）。
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。
10
二、等效阻抗分析 电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数表 达式为：
Z=R+jωL=f（i1、f、、、r、x） （4-1）
检测深度与激励源频率有何关系？
如果控制上式中的i1、f、、、r不变，电涡流线
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部分常用材料对振荡器振幅的衰减系数
人的手、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？
20
2、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。如果要用 模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将f 转换为电压Uo 。
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？
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等效阻抗与非电量的测量
检测深度的控制：由于存在集肤效应，电涡流只 能检测导体表面的各种物理参数。改变f，可控制检测 深度。激励源频率一般设定在100kHz~1MHz。频率越 低，检测深度越深。
间距x的测量：如果控制上式中的i1、f、、、r
24
五、 电涡流传感器的应用
1、位移测量 电涡流位移传感器是一种输出为模拟电压的电子 器件。接通电源后，在电涡流探头的有效面（感应工 作面）将产生一个交变磁场。 当金属物体接近此感应 面时，金属表面将吸取电涡流探头中的高频振荡能量， 使振荡器的输出幅度线性地衰减，根据衰减量的变化， 可地计算出与被检物体的距离、振动等参数。这种位 移传感器属于非接触测量，工作时不受灰尘等非金属 因素的影响，寿命较长，可在各种恶劣条件下使用。
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x、i1、f不变，就可以用来检
测与表面电导率有关的表面温度、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。 12
电磁炉内部的励磁线圈
13
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。
第五章 机械量检测
机械量检测的主要任务是检测位移和力的大小。
力
弹性变形
位移变形
线位移————长度、速度、加速度、振动 角位移————角度、角速度、角加速度、振动1来自整体概述概况一
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概况二
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概况三
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MU R12 ( L1)2
5
U scj(M1M2)R1U jL1
（2）当衔铁上移时 M 1 M M ,M 2 M M
USCjR21M jUL1
U SC |U SC | 2MU 2E0M
R12( L1)2
M
（3）当衔铁下移时 M 1 M M ,M 2 M M
USC
j 2MU R1 jL1
2MU M
U SC
2E0
R12 ( L1)2
M
6
灵敏度：
KUSC 2U
M
R2 1
(
L1)2
L1 R1, K2U
R1
L1R1， K2LU1
2U L1
与无关
Z R 2 1 R 2 2 jL 2 1 jL 22
|Z |(R 2 1R 2)2 22 (L 2 1L 2)2 2
7
第二节 电涡流传感器
I U
R1 jL1
U 1jM1I
U 2jM2I
1
3
x
2
4
M1
M2
4
U SC U 1U 2
M1
j(M 1M 2)I
j(M1M2)R1U jL1
M2
USC(M1M2)U
R2 1
(L1)2
（1）衔铁位于中间位置时 M 1 M 2 ,U 1 U 2 ,U S C0
U 1U 2jMR1U jL1
E0|U 1||U 2|
21
并联谐振回路的谐振频率
f 1
2 LC0
4-3
设电涡流线圈的电感量L=0.8mH， 微调电容C0=200pF，求振荡器的频率f 。
22
鉴频器特性
使用鉴频 器可以将 f 转换为 电压Uo
鉴频器的输出电压与输入频率成正比
23
鉴频器在调频式电路中的应用
设电路参数如上页， 计算电涡流线圈未接近金属 时的鉴频器输出电压Uo0 ； 若电涡流线圈靠近金属后， 电涡流探头的输出频率f 上 升为500kHz，f 为多少？ 输出电压Uo又为多少？
三、电涡流传感器结构及特性
交变磁场 电涡流探头外形
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电涡流探头内部结构
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
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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
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第一节 互感式传感器
一、结构和工作原理
差动变压器
1
3
x
M
2
4
U SC U 1U 2
当衔铁在中间位置时 M 1 M 2 ,U 1 U 2 ,U S C0 当衔铁向上移动时 M 1 M 2 ,U 1 U 2 ,U S C0 当衔铁向下移动时 M 1 M 2 ,U 1 U 2 ,U S C0
3
Uz
二、等效电路
之间有何关系？
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大直径电涡流探雷器
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四、 测量转换电路 1、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）。
一、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。
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。
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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
9
集肤效应
图4-1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）。
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。
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二、等效阻抗分析 电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数表 达式为：
Z=R+jωL=f（i1、f、、、r、x） （4-1）
检测深度与激励源频率有何关系？
如果控制上式中的i1、f、、、r不变，电涡流线
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部分常用材料对振荡器振幅的衰减系数
人的手、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？
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2、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。如果要用 模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将f 转换为电压Uo 。
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？
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等效阻抗与非电量的测量
检测深度的控制：由于存在集肤效应，电涡流只 能检测导体表面的各种物理参数。改变f，可控制检测 深度。激励源频率一般设定在100kHz~1MHz。频率越 低，检测深度越深。
间距x的测量：如果控制上式中的i1、f、、、r
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五、 电涡流传感器的应用
1、位移测量 电涡流位移传感器是一种输出为模拟电压的电子 器件。接通电源后，在电涡流探头的有效面（感应工 作面）将产生一个交变磁场。 当金属物体接近此感应 面时，金属表面将吸取电涡流探头中的高频振荡能量， 使振荡器的输出幅度线性地衰减，根据衰减量的变化， 可地计算出与被检物体的距离、振动等参数。这种位 移传感器属于非接触测量，工作时不受灰尘等非金属 因素的影响，寿命较长，可在各种恶劣条件下使用。
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x、i1、f不变，就可以用来检
测与表面电导率有关的表面温度、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。 12
电磁炉内部的励磁线圈
13
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。
第五章 机械量检测
机械量检测的主要任务是检测位移和力的大小。
力
弹性变形
位移变形
线位移————长度、速度、加速度、振动 角位移————角度、角速度、角加速度、振动1来自整体概述概况一
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概况二
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概况三
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MU R12 ( L1)2
5
U scj(M1M2)R1U jL1
（2）当衔铁上移时 M 1 M M ,M 2 M M
USCjR21M jUL1
U SC |U SC | 2MU 2E0M
R12( L1)2
M
（3）当衔铁下移时 M 1 M M ,M 2 M M
USC
j 2MU R1 jL1
2MU M
U SC
2E0
R12 ( L1)2
M
6
灵敏度：
KUSC 2U
M
R2 1
(
L1)2
L1 R1, K2U
R1
L1R1， K2LU1
2U L1
与无关
Z R 2 1 R 2 2 jL 2 1 jL 22
|Z |(R 2 1R 2)2 22 (L 2 1L 2)2 2
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第二节 电涡流传感器
I U
R1 jL1
U 1jM1I
U 2jM2I
1
3
x
2
4
M1
M2
4
U SC U 1U 2
M1
j(M 1M 2)I
j(M1M2)R1U jL1
M2
USC(M1M2)U
R2 1
(L1)2
（1）衔铁位于中间位置时 M 1 M 2 ,U 1 U 2 ,U S C0
U 1U 2jMR1U jL1
E0|U 1||U 2|
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并联谐振回路的谐振频率
f 1
2 LC0
4-3
设电涡流线圈的电感量L=0.8mH， 微调电容C0=200pF，求振荡器的频率f 。
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鉴频器特性
使用鉴频 器可以将 f 转换为 电压Uo
鉴频器的输出电压与输入频率成正比
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鉴频器在调频式电路中的应用
设电路参数如上页， 计算电涡流线圈未接近金属 时的鉴频器输出电压Uo0 ； 若电涡流线圈靠近金属后， 电涡流探头的输出频率f 上 升为500kHz，f 为多少？ 输出电压Uo又为多少？