传感器课件3.5 电涡流式传感器d
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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。
传感器4电涡流传感器精品PPT课件
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 成为非接触位移传感器。
齐平式传感器安装时可以不高出安装 面，不易被损害。
V系列电涡流位移传感器外形（参考浙江洞头开关厂资料）
30.11.2020
齐平式
22
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，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。 在用作 定 量 测量时，必须采用逐点标 定、计算机线性纠正、温度补补偿等措施。
频率f越高，电涡流的渗透的深度就越 浅，集肤效应越严重。
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（f、、、r、x）
式中的r为表面因子。
检测深度与激励源频率有何关系？
如果控制上式中的f、、、r不变，电涡流
线圈的阻抗Z就成为哪个变量的单值函数？属于 接触式测量还是非接触式测量？
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
集肤效应
电涡流传感器工作原理:当高频 （100kHz～2MHz）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， 被测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，这称为集肤效应。
电涡流式传感器
将f 转
换为电压
Uo
鉴频器的输出电压与输入频率成正比
4.4 电涡流传感器的应用
❖ 接近开关——又称无触点行程开关。它能在 一定的距离（几毫米至几十毫米）内检测有 无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时， 就可以发出“动作”信号。
接近开关的核心部分 是“感辨头”，它对 正在接近的物体有很 高的感辨能力
五、电涡流表面探伤 交流电流
检测原理：
Hs
交变磁通Hp
激励线圈 检测线圈
金属物
载有交变电流的线圈产生交变磁场 Hp ，金属物平面 感应出电涡流，产生交变涡流磁场 H，s均在检测线 圈（反向差动线圈）中产生感应电动势。
（a）被测金属物上无缺陷： 穿过检测线圈的两个线圈的磁通量相等，感应电
势相互抵消，输出为零。
电涡流位移传感器的距离 与输出电压特性曲线
1—量程为10mm 2—量程为16mm 3—量程为 20mm
二、振动测量
测量悬臂梁的 振幅及频率
汽轮机叶片测试
用电涡 流探头、 调幅法 测量简 谐振动 时，探 头的输 出波形。
调频法测量振动的波形
三、转速测量
若转轴上开z 个槽(或齿)，频率计的读数为f
100kHz~1MHz
i2 f (, , x, d,)
电涡流
i1
Φ
H1
H2
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。
称为电涡流效应。
❖涡流的大小与金属体的电阻率ρ、磁导率μ、 金属板的厚度以及产生交变磁场的线圈与金 属导体的距离x、线圈的励磁电流频率f等参 数有关
换为电压
Uo
鉴频器的输出电压与输入频率成正比
4.4 电涡流传感器的应用
❖ 接近开关——又称无触点行程开关。它能在 一定的距离（几毫米至几十毫米）内检测有 无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时， 就可以发出“动作”信号。
接近开关的核心部分 是“感辨头”，它对 正在接近的物体有很 高的感辨能力
五、电涡流表面探伤 交流电流
检测原理：
Hs
交变磁通Hp
激励线圈 检测线圈
金属物
载有交变电流的线圈产生交变磁场 Hp ，金属物平面 感应出电涡流，产生交变涡流磁场 H，s均在检测线 圈（反向差动线圈）中产生感应电动势。
（a）被测金属物上无缺陷： 穿过检测线圈的两个线圈的磁通量相等，感应电
势相互抵消，输出为零。
电涡流位移传感器的距离 与输出电压特性曲线
1—量程为10mm 2—量程为16mm 3—量程为 20mm
二、振动测量
测量悬臂梁的 振幅及频率
汽轮机叶片测试
用电涡 流探头、 调幅法 测量简 谐振动 时，探 头的输 出波形。
调频法测量振动的波形
三、转速测量
若转轴上开z 个槽(或齿)，频率计的读数为f
100kHz~1MHz
i2 f (, , x, d,)
电涡流
i1
Φ
H1
H2
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。
称为电涡流效应。
❖涡流的大小与金属体的电阻率ρ、磁导率μ、 金属板的厚度以及产生交变磁场的线圈与金 属导体的距离x、线圈的励磁电流频率f等参 数有关
常用传感器工作原理电涡流式PPT课件
N f 60 n
可以检查金属表面裂纹、热处理裂纹、焊接处的质量探伤等。统称探伤。
第3章 常用传感器的工作原理
3.5 电涡流式传感器
何谓涡流？
在许多电工设备中都存在大块导体(如发电机和变压器的铁心和端盖等)。 当这些大块导体处在变化的磁场中或在磁场中切割磁力线时，其内部都 会感应出电流。这些电流的特点是：在大块导体内部自成闭合回路，呈 旋涡状流动。因此，称之为涡旋电流，简称涡流。例如，含有圆柱导体 芯的螺管线圈中通有交变电流时，圆柱导体芯中出现的感应电流或涡流， 如图所示。
可见，涡流穿透深度与激励电流频率有关，所以根据激励频率高低，涡流 传感器可分为：高频反射式和低频透射式两大类。前者用于非接触式位移 变量的检测，后者仅用于金属板厚度的测量。
由于结构简单、灵敏度高、频响范围宽、不受油污等介质的影响，并能 进行非接触测量，适用范围广。用来测量位移、厚度、转速、温度、硬 度等参数，以及用于无损探伤领域。
输出电动势e2越小。因此，e2的大小与金属板的厚度及材料的性质有关。
试验表明e2随材料厚度h的增加按负指数规律减少，因此，若金属板材料的
性质一定，则利用e2的变化即可测厚. 度。
11
测量厚度时，激励频率应选得较低。频率太高，贯穿深度 小于被测厚度，不利于进行厚度测量，通常选激励频率为1kHz 左右。
1 234
1 线圈 2 框架 3 衬套 4 支架 5 电缆 6 插头
6
5
.
7
型号
线性范围 线圈外径 分辨力
/m
/mm
/m
线性误差 （%）
使用温度 /C
CZF1-1000 1000
7
1
<3
-15+80
《电涡流传感器应用》ppt课件
电动机转速丈量
四、镀层厚度丈量
由于存在集肤效应，镀层或箔层越薄，电涡流越 小。丈量前，可先用电涡流测厚仪对规范厚度的镀层 和铜箔作出“厚度-输出〞电压的标定曲线，以便丈 量时对照。
电涡流涂层厚度仪
电涡流涂层 厚度仪原理
丈量金属镀层或绝缘层厚度
丈量金属 镀层或绝缘层 厚度的计算方 法有何区别？
位移丈量仪
位移丈量包含：
偏心、间隙、 位置、倾斜、弯曲、 变形、挪动、圆度、 冲击、偏心率、冲 程、宽度等等。来 自不同运用领域的 许多量都可归结为 位移或间隙变数化显。位移丈量仪及探头
4~20mA电涡流位移传感器外形 〔参考德国图尔克公司资料〕
齐平式电涡流位移传感器外形〔参考德国 图尔克公司资料〕
安检门演示
当有金属物体穿 越安检门时报警
六、电涡流外表机
〔参考无锡市通 达滚子资料〕
滚子涡流探伤机 是由计算机控制的轴 承滚子外表微裂纹探 伤的公用设备，可探 出深 30μm的外表微小 裂纹。
手提式探伤仪外形 〔参考厦门爱德华检测设备资料〕
掌上型 电涡流 探伤仪
调频法丈量振动的波形
振动丈量
丈量悬臂梁的 振幅及频率
汽轮机叶片测试
三、转速丈量
假设转轴上开z 个槽(或齿)，频率计的读数为f〔单位为 Hz〕，那么转轴的转速n〔单位为r/min〕的计算公式为
n 60 f z
各种丈量转速的传感器及其与齿轮的相对位置
齿轮转速丈量
例： 以下图中，设齿数z =48，测得频率 f=120Hz，求该齿轮的转速n 。
间距
位移的标定方法
运用千分尺，逐一对照丈量电路的输 出电压及数显表读数，列出对照表，存入 计算机，从而到达线性化的目的。
3.5 电涡流传感器 16页
被测金属板
1
U2
L2
图3.20 透射式涡流厚度传感器结构原理图
2. 高频反射式涡流厚度传感器
厚度给定统
检波 S1
x1
带材 ＋ 比较电压 － － 加法器 指示仪表
x
x2
S2 检波
图3.20 高频反射式涡流测厚仪测试系统图
为了克服带材不够平整或运行过程中上下波动的影响，在 带材的上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感
通过与传感器配用的测量电路测出阻抗Z的变化量，即可实现
对该参数的测量。
当激磁电流频率f及另外两个参量为恒 定，只改变一个参数，传感器线圈阻抗Z就 为此参数的单值函数，例如 ： Z=F（x） 因此，当x变化时，通过测量电路，可 以将Z的变化转换为电压U的变化。这样就达 到了把位移（或振幅）转换为电量的目的。
的上方设有发射传感器线圈L1，在被测金属板下方设有接收传感 . 器线圈L2。当在L1上加低频电压 U1时，L1上产生交变磁通φ1，若
两线圈间无金属板，则交变磁通直接耦合至L2中，L2产生感应电 . 压U2。如果将被测金属板放入两线圈之间，则L1线圈产生的磁场 将导致在金属板中产生电涡流, 并将贯穿金属板，此时磁场能量
根据愣次定律， H2的作用将反抗原磁场H1，由于磁
场H2的作用，涡流要消耗一部分能量，导致传感器线圈 的等效阻抗发生变化。由上可知，线圈阻抗的变化完全 取决于被测金属导体的电涡流效应。
传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数关系式为
Z=F(ρ,μ, f, x)
(3.29)
测量方法： 如果保持上式中其它参数不变，而只改变其 中一个参数，传感器线圈阻抗Z就仅仅是这个参数的单值函数。
受到损耗，使到达L2的磁通将减弱为φ1′，从而使L2产生的感应电 . . 压U2 下降。金属板越厚，涡流损失就越大，电压U2就越小。因此， . 可根据U2电压的大小得知被测金属板的厚度。透射式涡流厚度传 感器的检测范围可达1～100 mm， 分辨率为0.1 μm，线性度为1% 。
1
U2
L2
图3.20 透射式涡流厚度传感器结构原理图
2. 高频反射式涡流厚度传感器
厚度给定统
检波 S1
x1
带材 ＋ 比较电压 － － 加法器 指示仪表
x
x2
S2 检波
图3.20 高频反射式涡流测厚仪测试系统图
为了克服带材不够平整或运行过程中上下波动的影响，在 带材的上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感
通过与传感器配用的测量电路测出阻抗Z的变化量，即可实现
对该参数的测量。
当激磁电流频率f及另外两个参量为恒 定，只改变一个参数，传感器线圈阻抗Z就 为此参数的单值函数，例如 ： Z=F（x） 因此，当x变化时，通过测量电路，可 以将Z的变化转换为电压U的变化。这样就达 到了把位移（或振幅）转换为电量的目的。
的上方设有发射传感器线圈L1，在被测金属板下方设有接收传感 . 器线圈L2。当在L1上加低频电压 U1时，L1上产生交变磁通φ1，若
两线圈间无金属板，则交变磁通直接耦合至L2中，L2产生感应电 . 压U2。如果将被测金属板放入两线圈之间，则L1线圈产生的磁场 将导致在金属板中产生电涡流, 并将贯穿金属板，此时磁场能量
根据愣次定律， H2的作用将反抗原磁场H1，由于磁
场H2的作用，涡流要消耗一部分能量，导致传感器线圈 的等效阻抗发生变化。由上可知，线圈阻抗的变化完全 取决于被测金属导体的电涡流效应。
传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数关系式为
Z=F(ρ,μ, f, x)
(3.29)
测量方法： 如果保持上式中其它参数不变，而只改变其 中一个参数，传感器线圈阻抗Z就仅仅是这个参数的单值函数。
受到损耗，使到达L2的磁通将减弱为φ1′，从而使L2产生的感应电 . . 压U2 下降。金属板越厚，涡流损失就越大，电压U2就越小。因此， . 可根据U2电压的大小得知被测金属板的厚度。透射式涡流厚度传 感器的检测范围可达1～100 mm， 分辨率为0.1 μm，线性度为1% 。
《传感器与检测技术》 3.3电感式传感器(电涡流式)
V系列电涡流位移传感器外 形（参考浙江洞头开关厂资料）
4~20mA电涡流位移传感器外形
（参考德国图尔克公司资料）
齐平式电涡流位移传感器外形（参考德国图尔克公司资料）
齐平式传感器安装时可以不高出安装面， 不易被损害。
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示意图 (c) 通常使用数个传感器探头并排地安置在轴附近
电涡流的贯穿深度h ：
h 5000 f
式中, f：线圈激磁电流的频率，μ ：金属的
磁导率。
可见， f 越高，电涡流的渗透深度越浅。
高频反射式和低频透射式
高频反射式
f : 0.1~1MHz
低频透射式
f <1 kHz
等效电路如图 , 其 中 R2 为 电 涡 流短路环等效 电阻.
I 1
R1
M
I 2
L2 R 2
U 1
L1
根据基尔霍夫定律，有：
& j L I& j MI& U& R I 1 1 1 1 2 1 & & & j MI R I j L I 0 1 2 2 2 2
• 等效电阻、等效电感:
2M 2 Req R1 2 R2 2 2 R2 L2
电磁炉内部 的励磁线圈
电磁炉的工作原理 铁质锅底产 生无数的 电涡流， 使锅底自 行发热。
高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场
2 基本特性
等效阻抗分析 金属导体等效成一个短路环。 I I
1
M
2
等效电阻：
2 R2 ra h 1n ri
电涡流式传感器
传感器与检测技术
电涡流式传感器
这是一种建立在涡流效应原理上的传感器。 它能实现非接触测量，如位移、振动、厚度、转 速、应力、硬度等参数。这种传感器还可用于无损 探伤。原理如下图示。
1.1 结构原理与特性
如下图，当通过金属体的磁通变化时，就会在导 体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的， 这就是所谓电涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分 能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物 理现象称为涡流效应。
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。
1.1.2 低频透射式电涡流传感器
这种传感器采用低频激励，因而有较大的贯穿 深度，适合于测量金属材料的厚度。
传感器与检测技术
1. 结构 传感器包括发射和
接收线圈，并分别位于 被测材料上、下方。
2. 原理 由振荡器产生的e1
加到发射线圈L1两端。
若两线圈间无金属导体，则L2的磁力能较多 穿过L2，在L2上产生的感应电压e2最大。
如果在两个线圈之间设置一金属板，由于在金 属板内产生电涡流，该电涡流消耗了部分能量，使 到达线圈L2的磁力线减小，从而引起e2的下降。
大的材料，则应选用较高的频率（如2kHz），从 而保证在测量不同材料时能得到较好的线性和灵 敏度。
1.2 测量电路
1.2.1 电桥电路
在进行测量时，由于传感器线圈的阻抗发生 变化，使电桥失去平衡，将电桥不平衡造成的输 出信号进行放大并检波，就可得到与被测量成正 比的输出。
1.2.2 谐振法。
谐振法主要有调幅式电路和调频式电路两种 基本形式。调幅式由于采用了石英晶体振荡器， 因此稳定性较高，而调频式结构简单，便于遥测 和数字显示。
电涡流式传感器
这是一种建立在涡流效应原理上的传感器。 它能实现非接触测量，如位移、振动、厚度、转 速、应力、硬度等参数。这种传感器还可用于无损 探伤。原理如下图示。
1.1 结构原理与特性
如下图，当通过金属体的磁通变化时，就会在导 体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的， 这就是所谓电涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分 能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物 理现象称为涡流效应。
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。
1.1.2 低频透射式电涡流传感器
这种传感器采用低频激励，因而有较大的贯穿 深度，适合于测量金属材料的厚度。
传感器与检测技术
1. 结构 传感器包括发射和
接收线圈，并分别位于 被测材料上、下方。
2. 原理 由振荡器产生的e1
加到发射线圈L1两端。
若两线圈间无金属导体，则L2的磁力能较多 穿过L2，在L2上产生的感应电压e2最大。
如果在两个线圈之间设置一金属板，由于在金 属板内产生电涡流，该电涡流消耗了部分能量，使 到达线圈L2的磁力线减小，从而引起e2的下降。
大的材料，则应选用较高的频率（如2kHz），从 而保证在测量不同材料时能得到较好的线性和灵 敏度。
1.2 测量电路
1.2.1 电桥电路
在进行测量时，由于传感器线圈的阻抗发生 变化，使电桥失去平衡，将电桥不平衡造成的输 出信号进行放大并检波，就可得到与被测量成正 比的输出。
1.2.2 谐振法。
谐振法主要有调幅式电路和调频式电路两种 基本形式。调幅式由于采用了石英晶体振荡器， 因此稳定性较高，而调频式结构简单，便于遥测 和数字显示。
传感器电涡流传感器优秀课件
间距x的测量：如果控制上式中的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 成为非接触位移传感器。
其他用途：如果控制x、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磁性材料型号、表面硬
度等参数。
电磁炉内部的励磁线圈
电磁炉的工作原理
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（f、、、r、x）
式中的r为表面因子。
检测深度与激励源频率有何关系？
如果控制上式中的f、、、r不变，电涡流
线圈的阻抗Z就成为哪个变量的单值函数？属于 接触式测量还是非接触式测量？
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。
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接近开关的术语解释（2）
标准检测体：可与现场被检金属作比 较的标准金属检测体。标准检测体通常为 正方形的A3钢，厚度为1mm，所采用的边 长是接近开关检测面直径的2.5倍。
不同材料的金属检测物对电涡流接近开 关动作距离的影响（以Fe为参考金属）
对于非磁性材料，被测体的电导率越高， 则灵敏度越高；被测体是磁性材料时，其磁导 率将影响电涡流线圈的感抗，其磁滞损耗还将 影响电涡流线圈的Q值。磁滞损耗大时，其灵敏 度通常较高。
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， 使锅底发热， 烧开锅 内 食 物。
第二节 电涡流传感器结构及特性
交变磁场
电涡流探头外形
电涡流探头内部结构
电涡流线圈的阻抗Z就成为间距x的单值函数，这样就 成为非接触位移传感器。
其他用途：如果控制x、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磁性材料型号、表面硬
度等参数。
电磁炉内部的励磁线圈
电磁炉的工作原理
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（f、、、r、x）
式中的r为表面因子。
检测深度与激励源频率有何关系？
如果控制上式中的f、、、r不变，电涡流
线圈的阻抗Z就成为哪个变量的单值函数？属于 接触式测量还是非接触式测量？
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。
66
接近开关的术语解释（2）
标准检测体：可与现场被检金属作比 较的标准金属检测体。标准检测体通常为 正方形的A3钢，厚度为1mm，所采用的边 长是接近开关检测面直径的2.5倍。
不同材料的金属检测物对电涡流接近开 关动作距离的影响（以Fe为参考金属）
对于非磁性材料，被测体的电导率越高， 则灵敏度越高；被测体是磁性材料时，其磁导 率将影响电涡流线圈的感抗，其磁滞损耗还将 影响电涡流线圈的Q值。磁滞损耗大时，其灵敏 度通常较高。
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， 使锅底发热， 烧开锅 内 食 物。
第二节 电涡流传感器结构及特性
交变磁场
电涡流探头外形
电涡流探头内部结构
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V系列电涡流位移传感器性能一览表 系列电涡流位移 电涡流位移传感器性能一览表
(摘自洞头开关厂资料) 摘自洞头开关厂资料)
偏心和振动检测
测量弯曲,波动,变形 测量弯曲,波动,
对桥梁,丝杆等机械结构的 振动测量,须使用多个传感器.
测量金属薄膜, 测量金属薄膜,板材厚度电涡流测厚仪
测量冷轧板厚度
测量封口机工作间隙
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3.厚度测量
电涡流式厚度计的测量原理图
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4.转速测量
f N = × 60 n
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f——频率值(Hz); n——旋转体的槽(齿)数; N——被测轴的转速(r/min).
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5. 涡流探伤
可以用来检查金属的表面裂纹, 可以用来检查金属的表面裂纹,热处理裂纹以 及用于焊接部位的探伤等. 及用于焊接部位的探伤等. 综合参数(x, ρ, )的变化将引起传感器参数的 综合参数 的变化将引起传感器参数的 变化, 变化,通过测量传感器参数的变化即可达到探 伤的目的. 伤的目的. 在探伤时导体与线圈之间是有着相对运动速度 的,在测量线圈上就会产生调制频率信号
线圈外径大,线性范围就大,但灵敏度低; 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; 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, 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. 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. 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 不应小于线圈直径的 倍.圆柱被测体直径不应小于 线圈直径的3.5倍 线圈直径的 倍. 被测体厚度一般要大于0.2mm才不影响测量结果 被测体厚度一般要大于 才不影响测量结果 .
数显位移测量仪及探头 数显位移测量仪及探头
4~20mA电涡流位移传感器外形 参考德国图尔克公司资料) 4~20mA电涡流位移传感器外形(参考德国图尔克公司资料)
齐平式电涡流位移传感器外形 参考德国图尔克公司资料) 齐平式电涡流位移传感器外形(参考德国图尔克公司资料)
V系列电涡流位移传感器外形(参考浙江洞头开关厂资料) 系列电涡流位移 电涡流位移传感器外形 参考浙江洞头开关厂资料)
ρ t = 5030 r f
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3.5.3 测量电路 的工作原理, 根据电涡流式传感器 的工作原理,针对被测参 电感, 量可以转换为电感 阻抗或Q值三种参数的变化, 量可以转换为电感,阻抗或 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 量电路也有三种:谐振电路,电桥电路和 值测试电 路. 本节只讲解谐振电路 谐振电路. 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: 谐振回路,则谐振时的频率和阻抗为:
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在探伤时,重要的是缺陷信号和干扰信号比. 在探伤时,重要的是缺陷信号和干扰信号比. 为了获得需要的频率而采用滤波器, 为了获得需要的频率而采用滤波器,使某一频率 的信号通过,而将干扰频率信号衰减. 的信号通过,而将干扰频率信号衰减.
用涡流探伤时的测量信号
a)比较浅的裂缝信号 比较浅的裂缝信号
间隙越大, 间隙越大, 电涡流越小
测量注塑机开合模的间隙 间距
电涡流位移传感器的距离 与输出电压特性曲线
1—量程为10mm 2—量程为16mm
3—量程为20mm
振动测量
用电涡 流探头, 流探头, 调幅法测 量简谐振 动时, 动时,探 头的输出 波形. 波形.
L2 ω 2 M 2 Q = Q0 1 L1 Z 2 2
Q0 = ωL1 R1
2
R2 ω 2 M 2 1 + R线圈的Q值
2
Z 2 = R 2 + ω 2 L2
短路环的阻抗
三式均为M的非线性函数 三式均为 的非线性函数
3.5.2 结构类型
3..5.4 电涡流式传感器的应用
Z=f(i1,f,,ρ,r,x) ( , , ) 间距x的测量:如果控制上式中的i 间距 的测量:如果控制上式中的 1,f,, 的测量 , ρ , r不变 , 电涡流线圈的阻抗 就成为间距 的 不变, 就成为间距x的 不变 电涡流线圈的阻抗Z就成为间距 单值函数, 单值函数 , 这样就成为非接触地测量位移的传 感器. 感器. 多种用途: 不变, 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ρ有关的表面温度 表面温度, 用来检测与表面电导率ρ有关的表面温度,表 面裂纹等参数, 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 材料型号, 等参数. 关的材料型号,表面硬度等参数.
结论:
测量薄板时应选较高的频率, 测量薄板时应选较高的频率,测量厚材时应选较低 的频率. 的频率.
当被测材料的电阻率不同时,渗透深度的值也不相同, 当被测材料的电阻率不同时,渗透深度的值也不相同, 电阻率不同时 于是又引起u2- 曲线形状的变化 曲线形状的变化, 于是又引起 -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 时保持t不变 变动ρ时保持 不变, 料时所得到的曲线形状相近,就需在变动 时保持 不变, 这时应该相应地改变 改变f. 较小的材料(如紫铜 这时应该相应地改变 .测ρ较小的材料 如紫铜 时,选 较小的材料 如紫铜)时 而测ρ较大的材料 如黄铜, 用较低的频率 (500Hz);而测 较大的材料 如黄铜 , 铝 ) 而测 较大的材料(如黄铜 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. 量不同材料时的线性度和灵敏度的一致性.
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b)经过幅值甄别后的信号 经过幅值甄别后的信号
位移测量仪
位移测量包含: 位移测量包含: 偏心,间隙, 偏心,间隙,位 倾斜,弯曲, 置,倾斜,弯曲,变 移动,圆度, 形,移动,圆度,冲 偏心率,冲程, 击,偏心率,冲程, 宽度等等. 宽度等等.来自不同 应用领域的许多量都 可归结为位移或间隙 变化. 变化
t1 > t 2 > t 3
u2 ~ e
h
t
t大,则u2大 大 大
ρ t = 5030 r f
要选择变化率较大的曲线部分: 要选择变化率较大的曲线部分: 测薄板时, 小 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. 测厚板时, 大 即激励频率要低.
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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,线圈至金属板的距离, 线圈 的外形尺寸,线圈至金属板的距离,金属板材 料的电阻率和 以及激励电源的频率 激励电源的频率等参数 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, 一个发生变化, 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. 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, 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I 的电流 2.根据基尔霍夫定律得 电压平衡方程: 电压平衡方程:
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
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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示意图 (c) 通常使用数个传感器探头并排地安置在轴附近
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, 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. 称为涡流 导体内闭合 称为涡流.
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3.5.1 工作原理
线圈置于金属导体附近: 线圈置于金属导体附近: 线圈中通以交变电流 i1
i1产生正弦交变磁场 H1
被测参数
位移,厚度,振动
变换量
特
(1) (2)
征
x
ρ
非接触测量,连续测量 受剩磁的影响.
表面温度,电解质浓度 材质判别,速度(温度)
(1) (2)
非接触测量,连续测量; 对温度变化进行补偿
应力,硬度
x, ρ ,
(1) (2)
非接触测量,连续测量; 受剩磁和材质影响
探伤
可以定量测量
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f = 1 2π LC
(
)
Z0 = L R /C
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 定频调幅电路
晶体振荡器提供高频激励信号; 晶体振荡器提供高频激励信号; R为耦合电阻; 为耦合电阻; 为耦合电阻 输出高频载波信号较小,高频放大,检波, 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; 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; 源极输出器用于减小振荡器的负载;
金属导体内就会产生涡流i2 产生反向电磁场H 涡流i2产生反向电磁场 2 反作用于线圈 ,导致线圈的 导致线圈的 阻抗和品质因数变化 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 减小时 离x 减小时,电 涡流线圈的等效 涡流线圈的等效 电感L 及感抗X 电感 及感抗 L 减小, 减小,但等效电 增大. 阻R 增大. 由于感抗X 由于感抗 L 的变化比 R 的变 化 大 得 多,因 此,流过线圈的 增大. 电流 i1 增大.
1.
高频反射式