移位实验中被测体材质对电涡流传感器特性影响

移位实验中被测体材质对电涡流传感器特性影响
学校：XX大学专业：电子信息工程年级：10级XX：胡丹
一、实验目的
1.了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。

2.了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。

二、基本原理
通过交变电流的线圈产生交变磁场，当金属体处在交变磁场时，根据电磁感应原理，金属体内产生电流，即涡流。

涡流的大小与金属导体的电阻率、导磁率、厚度、线圈激磁电流频率及线圈与金属体表面的距离X有关。

电涡流的产生势必要消耗一部分磁场能量，从而改变激磁线圈阻抗，涡流传感器就是基于这种涡流效应制成的。

涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。

三、实验设备与器件单元
主机箱、电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、测微头、被测体（铁圆片、铝圆片和铜圆片）。

四、数据处理
根据实验数据，得到位移X与电压V的关系曲线如下：
图1
根据以上数据，有：
铁圆片最理想的线性区域为：1.4-2.4mm；最佳工作点：1.9mm；延伸至3mm长时理想的线性区域为：1.1-4.1mm。

铜圆片最理想的线性区域为：0.1-1.1mm；最佳工作点：0.6mm；延伸至3mm长时理想的线性区域为：0-3.0mm。

铝圆片最理想的线性区域为：0.1-0.9mm；最佳工作点：0.5mm；延伸至3mm长时理想的线性区域为：0-3.0mm。

求灵敏度和线性误差：
1.铁圆片
1)线性区域为1mm
数据如下：
x(mm) 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4
V(V) 1.5 1.6 1.7 1.79 1.89 1.99 2.09 2.19 2.28 2.38 2.48
这里采用最小二乘法拟合线。

由EXCEL辅助求出最小二乘拟合方程为：，灵敏度。

下图中作出了实测值与拟合值的偏差曲线，从图中可以看出，当x=2.1mm时有最大偏差。

而，所以:
图2
2)线性区域为3mm
数据如下：
这里采用最小二乘法拟合线。

由EXCEL 辅助求出最小二乘拟合方程为：，灵敏度。

下图中作出了实测值与拟合值的偏差曲线，从图中可以看出，当x=4.1mm 时有最大偏差。

而，所
以
:
图3
2. 铜圆片
1) 线性区域为1mm
数据如下：
x(mm)
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 V(V)
1.09 1.25 1.41 1.58 1.74 1.9
2.05 2.21 2.38 2.53 2.69
这里采用最小二乘法拟合线。

由EXCEL 辅助求出最小二乘拟合方程为：，灵敏度。

V(V) 1.230 1.320 1.41 1.5 1.6 1.7 1.79 1.89 1.99 2.09 2.19 x(mm) 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 V(V) 2.28 2.38 2.48 2.59 2.69 2.78 2.88 2.98 3.08 3.18 3.27 x(mm) 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 V(V)
3.36
3.46
3.56
3.65
3.74
3.83
3.92
4.02
4.11
下图中作出了实测值与拟合值的偏差曲线，从图中可以看出，当x=0.5mm 时有最大偏差。

而，所以
:
图4
2)线性区域为3mm
数据如下：
这里采用最小二乘法拟合线。

由EXCEL辅助求出最小二乘拟合方程为：，灵敏度。

下图中作出了实测值与拟合值的偏差曲线，从图中可以看出，当
x=3mm 时有最大偏差。

而，所以
:
x(mm)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
V(V) 0.95 1.09 1.25 1.41 1.58 1.74 1.9 2.05 2.21 2.38 2.53 x(mm) 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 V(V) 2.69 2.83 2.98 3.13 3.28 3.42 3.55 3.68 3.82 3.94 4.06 x(mm) 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3
V(V) 4.19 4.29 4.43 4.54 4.65 4.75 4.85 4.95 5.05
图5
3.铝圆片
1)线性区域为1mm
数据如下：
x(mm) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
V(V) 1.31 1.49 1.68 1.86 2.04 2.2 2.36 2.53 2.69
这里采用最小二乘法拟合线。

由EXCEL辅助求出最小二乘拟合方程为：，灵敏度。

下图中作出了实测值与拟合值的偏差曲线，从图中可以看出，当x=0.5mm时有最大偏差。

而，所以:
图6
2)线性区域为3mm
x(mm) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
数据如下：
这里采用最小二乘法拟合线。

由EXCEL 辅助求出最小二乘拟合方程为：，灵敏度。

下图中作出了实测值与拟合值的偏差曲线，从图中可以看出，当x=3mm 时有最大偏差。

而
，所以
:
图7
总结：
由于被测体材质不同，传感器的特性也有不用。

取线性区域为1mm 时，灵敏度S 的关系为：铝>铜>铁，而非线性度的关系为：铝>铁>铜；取线性区域为3mm 时，灵敏度S 的关系为：铜>铝>铁，而非线性度的关系为：铝>铜>铁。

五、 思考题
1. 查阅资料，说明涡流效应和磁效应的关系，从理论上判断铁、铜、铝材质在涡流效
应中灵敏度的高低，并与实验结果做比较。

答：传感器特性与被测体的电导率б、磁导率ξ有关。

在导磁材料中，由于涡流效应和磁效应同时存在，磁效应反作用于涡流效应，会使得涡流效应减弱，从而降低传感器的灵敏度。

当磁导率较小时时，由于磁效应弱，相对来说涡流效应要强，因此传感器感应灵敏度要高。

V(V) 1.16 1.31 1.49 1.68 1.86 2.04 2.2 2.36 2.53 2.69 2.86 x(mm) 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 V(V) 3.01 3.15 3.3 3.46 3.62 3.73 3.86 3.99 4.13 4.23
4.37
x(mm) 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 V(V)
4.48
4.59
4.7
4.81
4.91
5
5.1
5.19
5.28
铜的磁导率为1.2566290 × 10-6 H/m，铝的磁导率为1.2566650 × 10-6 H/m。

铜的磁导率比铝稍小，而铁的磁导率远大于铜和铝，及磁导率:铁>铝>铜。

所以理论上，这三种材料构成的传感器的灵敏度S的关系为：铜>铝>铁，铜和铝的磁导率相差较小。

从实验的结果来看，当取线性区域为1mm时，灵敏度关系为：铝>铜>铁；当线性区域取3mm时，灵敏度关系为：铜>铝>铁。

由于圆片尺寸、读数而造成的误差的存在，结果与理论有点偏差。

2.电涡流传感器常用的测量电路有哪几种？其测量原理如何？各有什么特点？
答：电涡流传感器测量的基本原理是当传感器的线圈与被测体之间的距离发生变化时，将引起线圈的等效阻抗变化，也是Z、L、Q都是位移的单值函数。

因此，测量电路的任务就将Z、L、Q转换为有用的电压或电流的变化。

相应地将有三种测量电路：阻抗测量电路、调幅测量电路、调频测量电路。

阻抗测量电路简便易行,但精确度不高;调幅测量电路灵敏度高，但线性X围窄、线路复杂.
3.查阅资料，说明电磁炉和微波炉的简单原理，它们各是如何使食物加热的？
答：电磁炉是采用磁场感应涡流加热原理它利用电流通过线圈产生磁场当磁场内之磁力通过含铁质锅底部时即会产生无数之小涡流使锅体本身自行高速发热然后再加热于锅内食物。

微波炉是利用食物在微波场中吸收微波能量而使自身加热的烹饪器具。

在微波炉微波发生器产生的微波在微波炉腔建立起微波电场，并采取一定的措施使这一微波电场在炉腔中尽量均匀分布，将食物放入该微波电场中，由控制中心控制其烹饪时间和微波电场强度，来进行各种各样的烹饪过程。