电涡流传感器
电涡流传感器结构
电涡流传感器结构电涡流传感器是一种常用的非接触式传感器，它利用电涡流效应来测量物体的位置、速度和形状等参数。
本文将从电涡流传感器的结构、工作原理和应用领域等方面进行详细介绍。
一、电涡流传感器的结构电涡流传感器的主要部件包括传感器头、激励线圈、接收线圈和信号处理电路等。
1. 传感器头：传感器头是电涡流传感器的核心部件，它通常由铜或铝制成。
传感器头的外形多为圆柱形，底部设置了一个槽口，用于安装激励和接收线圈。
2. 激励线圈：激励线圈通过通电产生交变磁场，激励物体产生电涡流。
激励线圈通常由多层绕组构成，以增强磁场的强度和稳定性。
3. 接收线圈：接收线圈用于检测物体产生的电涡流，并将其转化为电信号。
接收线圈通常与激励线圈相互独立，但它们之间的距离很近，以提高传感器的灵敏度和响应速度。
4. 信号处理电路：信号处理电路对接收到的电信号进行放大、滤波和解调等处理，以获得准确的测量结果。
信号处理电路通常由模拟电路和数字电路组成，可以根据不同的应用需求进行设计。
二、电涡流传感器的工作原理电涡流传感器的工作原理基于电磁感应和电涡流效应。
当激励线圈通电时，会在传感器头附近产生一个交变磁场。
当传感器头靠近导电物体时，物体内部会感应出一个感应电流，即电涡流。
这个电涡流的方向和大小与物体的导电性、形状和相对速度等因素有关。
接收线圈检测到电涡流的变化，并将其转化为电信号。
信号处理电路对接收到的电信号进行处理，得到物体的位置、速度和形状等参数。
三、电涡流传感器的应用领域电涡流传感器广泛应用于工业自动化、航空航天、汽车制造、医疗设备等领域。
1. 位移测量：电涡流传感器可用于测量物体的位移，如测量机械零件的偏心量、轴向位移等。
2. 速度测量：电涡流传感器可以测量物体的速度，如测量转子的转速、涡轮的叶片速度等。
3. 形状测量：电涡流传感器可以测量物体的形状，如测量管道的弯曲程度、板材的变形等。
4. 材料检测：电涡流传感器可以用于检测材料的导电性和缺陷，如检测金属管道的腐蚀程度、焊接接头的质量等。
电涡流传感器详解
电涡流传感器详解电涡流传感器详解一、电涡流传感器的基本类型分为高频反射式电涡流传感器和低频透射式电涡流传感器。
激励频率的选择原则为：待测导体的厚度大，应选择较低的激励频率以保证线性度，反之则使用较高激励频率以提高灵敏度。
二、电涡流传感器的典型应用电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位。
对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护。
胀差测量斜坡式胀差测量补偿式胀差测量双斜面胀差测量振动测量轴位移测量轴心轨迹测量差动测量动力膨胀转子动平径向运动分析转速和相位差测试转速测量表面不平整度测量裂痕测量非导电材料厚度测量金属元件合格检测轴承测量换向片测量1、相对振动测量测量径向振动，可以由它分析轴承的工作状态，还可以看到分析转子的不平衡，不对中等机械故障。
电涡流传感器系统可以提供对于下列关键或是基础机械状态监测所需要的信息：●工业透平，蒸汽/燃气●压缩机，径向/轴向●膨胀机●动力发电透平，蒸汽/燃气/水利●发动马达●发动机●励磁机●齿轮箱●泵●风箱●鼓风机●往复式机械（1）相对振动测量（小型机械）振动测量同样可以用于对一般性的小型机械进行连续监测。
电涡流传感器系统可为如下各种机械故障的早期判别提供重要信息：●轴的同步振动●油膜失稳●转子摩擦●部件松动●轴承套筒松动●压缩机踹振●滚动部件轴承失效●径向预载，内部/外部包括不对中●轴承巴氏合金磨损●轴承间隙过大，径向/轴向●平衡（阻气）活塞●联轴器“锁死”磨损/失效●轴裂纹●轴弯曲●齿轮咬合问题●电动马达空气间隙不匀●叶轮通过现象●透平叶片通道共振（2）偏心测量偏心是在低转速的情况下，电涡流传感器系统可对轴弯曲的程度进行测量，这些弯曲可由下列情况引起：●原有的机械弯曲●临时温升导致的弯曲●重力弯曲●外力造成的弯曲偏心的测量，对于评价旋转机械全面的机械状态，是非常重要的。
传感器6(2)电涡流式
等效电感为： 等效Q值为：
电涡流式传感器
由于涡流的影响，线圈阻抗的实数部分增大，虚数部分减 小，因此线圈的品质因数Q下降。阻抗变为Z，常称其 变化部分为“反射阻抗”。
式中 Q0 L1 / R1 ——无涡流影响时线圈的Q值； 2 Z 2 R2 2 L2 ——短路环的阻抗。 2 Q值的下降是由于涡流损耗所引起，并与金属材料的导电性和 距离直接有关。当金属导体是磁性材料时，影响Q值的还有 磁滞损耗与磁性材料对等效电感的作用。在这种情况下，线 圈与磁性材料所构成磁路的等效磁导率的变化将影响L。
2
形成涡流条件
存在交变磁场
导电体处于交 变磁场中
电涡流式传感器
6.3.1.2 高频反射电涡流式传感器的工作原理
传感线圈由高频电压激励，产生 高频交变磁场 ， i在被测体平 i 面上产生电涡流 ie 。根据电磁感 应定律，电涡流对 i起去磁作 用，以阻止其变化。图中 表示 e 由电涡流 ie产生的磁场，因而与 M i 反向。显然传感器线圈与被 测体之间的距离d越小，电涡流 效应越强，从而把非电量d转换 为电量，以实现位移量的测量。
E
通过解方程组，可得I1、I2。
电涡流式传感器
解方程得到传感器的等效阻抗
2M 2 2M 2 Z R1 R2 2 j L1 L2 2 2 2 R2 (L2 ) R2 (L2 )
等效电阻为：
2M 2 R R1 R2 2 2 R2 2 L2
6.3.3 电涡流式传感器的应用
电涡流式传感器
电涡流式传感器
电涡流传感器
电涡流式传感器
• 高频反射式涡流厚度传感器
电涡流式传感器
电涡流式传感器
基本概念
➢ 电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。 ➢ 涡流效应：金属导体置于变化的磁场中，在金属导体内会产生感
应电流—涡电流，这种电流在金属体内是闭合的。 ➢ 形成涡电流的两个条件：
①有交变磁场；②导电体位于交变磁场中。 ➢ 涡流传感器主要由产生交变磁场的通电线圈和置于线圈附近的金
因此可制成位移传感器、探伤检测仪、测厚仪等。
1.2 简化模型及等效电路
为了分析方便，将电
涡流式传感器模型简化为
如图3.21所示。
ras
模型中把在被测金属
导体上形成的电涡流等效
成一个短路环中的电流。
其中h由以下公式求得：
3 12
ra ri
x
h ( )1 2 0 r f
(μrρ)
h
图 3.21 电涡流式传感器简化模型
定性分析：
如图3-20，扁平线圈置于金属体附近，
当线圈中通有高频交变电流 I1 时，线圈周 围就产生交变磁场H1。置于这一磁场中的 金属导体就产生电涡流 I2，电涡流也将产 生一个新磁场H2，H2的方向总是与H1的变 化方向相反（即H2总是抵抗原磁场H1 的 变化）。由于H2的作用，且电涡流的产生 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△Z。
线圈
H1
被测导体
·
· I·1 U1
L1
I·2
L2
图3-22 涡流作用原理及等效电路
图4.3.1 电涡流传感器原理图
图4.3.2 电涡流传感器等效电路图
图中R1、L1为传感器线圈的电阻和电感。短路环可认为是 一匝短路线圈，其电阻为R2、电感为L2。线圈与导体间存在一个
第六讲-电涡流传感器
值的变化。所以凡是能引起电涡流变化的非电量，均
可通过测量线圈的等效电阻R、等效电感L、等效阻抗 Z及等效品质因数Q来测量。
三、等效阻抗分析
R
M
R1
I1 U1 L1
I 2
L2
传感器线圈的等效阻抗为：
.
Z
U1
.
I
R
2M 2
R12 L12
R1
导体材料确定之后，可以改变励磁电源频率来改 变轴向贯穿深度。电阻率大的材料应选用较高的励磁 频率，电阻率小的材料应选用较低的励磁频率。从而 保证在测量不同材料时能得到较好的线性和灵敏度。
2、电涡流的径向形成范围
线圈电流所产生的磁场不能涉及到无限大的范围，电涡流 密度也有一定的径向形成范围。在线圈轴线附近,涡流的密度 非常小，愈靠近线圈的外径处，涡流的密度愈大，而在等于线 圈外径1.8倍处,涡流将衰减到最大值的5％。为了充分利用涡 流效应，被测金属导体的横向尺寸应大于线圈外径的1.8倍； 而当被测物体为圆柱体时，它的直径应大于线圈外径的3.5倍。
此时磁场能量受到损耗, 到达L2的磁通将减弱为 , 1 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, U2电压就越小。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检测范围可达 1～100mm, 分辨率为0.1μm, 线性度为 1%。
五、电涡流传感器的测量电路
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
六、电涡流传感器的使用注意事项
1、电涡流轴向贯穿深度的影响
涡流在金属导体中的轴向分布是按指数规律衰减的
简述电涡流传感器的工作原理
简述电涡流传感器的工作原理一、引言电涡流传感器是一种常用的非接触式测量仪器，具有高精度、高灵敏度、快速响应等优点，广泛应用于机械加工、汽车制造、航空航天等领域。
本文将从电涡流传感器的基本原理、结构组成和工作特点三个方面进行详细介绍。
二、基本原理电涡流传感器的测量原理是利用交变磁场作用在导体中产生涡流，根据涡流的大小和相位差来判断被测物体的状态。
当导体与磁场相对运动时，磁通量会发生变化，导致导体中产生涡流，并且涡流会产生反向磁场，从而抵消外部磁场。
因此，当被测物体移动或发生形变时，导体与磁场之间的距离或相对位置发生变化，进而影响到反向磁场的大小和相位差，最终通过电路输出信号。
三、结构组成电涡流传感器主要由控制系统、激励线圈、检测线圈和信号处理单元四个部分组成。
其中控制系统包括供电和控制电路，激励线圈用来产生交变磁场，检测线圈用来检测涡流信号，信号处理单元用来对检测到的信号进行放大、滤波、调理和输出等处理。
四、工作特点电涡流传感器具有以下几个特点：1. 非接触式测量：涡流传感器不需要与被测物体接触，避免了机械磨损和污染等问题。
2. 高精度：涡流传感器的分辨率可以达到亚微米级别，适合于高精度测量。
3. 快速响应：涡流传感器的响应时间可以达到毫秒级别，适合于高速运动物体的实时监测。
4. 范围广泛：涡流传感器可以对金属、非金属等各种材料进行测量，适用范围广泛。
五、总结综上所述，电涡流传感器是一种基于电磁原理的非接触式测量仪器，具有高精度、快速响应等优点，在机械加工、汽车制造、航空航天等领域得到广泛应用。
了解其基本原理、结构组成和工作特点，有助于我们更好地理解和应用电涡流传感器。
第4章6电涡流传感器
2. 低频透射式电涡流传感器
发射线圈 L1 和接收线圈 L2 分置于被测金属板 的上下方。由于低频磁场集肤效应小，渗透深， 当低频电压 u1 加到线圈 L1 的两端后，所产生磁 力线的一部分透过金属板,使线圈 L2产生感应电 动势 u2 。但由于涡流消耗部分磁场能量，使感 应电动势u2减少。
u2的大小与金属板的厚度及材料的性质有关， 试验表明u2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u2
电涡流将产生交变磁场H2，其方向与激励磁
场方向相反，由于磁场H2的反作用使导电 线圈的有效阻抗(电感)发生变化。
电涡流传感器的等效电路
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。
高频反射式涡流传感器多用于位移测量。
CZF1型涡流传感器 主要由一个安置在框架上的扁平圆形线圈构成。此 线圈可以粘贴于框架上，或在框架上开一条槽沟，将导 线绕在槽内。
1
2 3 4
1 线圈 2 框架 3 衬套 4 支架 5 电缆 6 插头
5
6
～
M
Φｉ
Φe
dቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ie 电涡流传感器原理图
高频反射式电涡流传感器工作原理： 当被测金属物体与传感器间的距离d 改变时， 传感器的Q 值和等效阻抗Z、电感L 均发生变化， 于是把位移量转换成电量。这便是电涡流传感器 的基本原理。 可以测量位移、或作为接近开关。
2、生产线工件的计数
3、机械手的限位
作业
教材第78页，17题
电涡流式传感器工作原理
电涡流式传感器工作原理
电涡流式传感器是一种非接触式传感器，主要利用了电涡流效应来测量物体的位置、形状、速度等参数。
其工作原理如下：
1. 传感器的工作基于电磁感应原理，其中包括了物体的相对运动、时变磁场和感应电动势之间的相互作用。
2. 传感器中的探测线圈通常由薄线圈绕组构成，通过电流激励线圈产生交变磁场。
3. 当目标物体靠近传感器时，它会产生电涡流，即由于交变磁场的存在而在目标物体表面产生感应电流。
4. 感应电流的大小和方向取决于目标物体的导电性和形状，并且具有弱化交变磁场的作用。
5. 接收线圈位于激励线圈旁边，用于感应目标物体产生的电涡流。
6. 接收线圈在感应电流的作用下产生感应电动势，该电动势的大小和方向与感应电流成正比。
7. 通过测量接收线圈的感应电动势，可以推断出目标物体的位置、形状、速度等参数。
电涡流式传感器的优点是具有快速响应、高精度、非接触式测
量、无需额外装置等特点。
它可以用于工业自动化、机械加工、材料检测等领域。
3.3电涡流式传感器
旋转体转动时，传感器将周期性地改变输出信号，此电压经放大、 整形，可由频率计测出频率值。
这种转速传感器可实现非接触式测量，抗污染能力很强，可安装在 旋转轴近旁长期对被测转速进行监视。最高测量转速可达600000r/min。
N
f n
60
f——频率值(Hz)； n——旋转体的槽(齿)数； N——被测轴的转速(r／min)。
h 5030
r f
( cm )
式中, ρ——导体电阻率(Ω·cm)； r——导体相对磁导率； ƒ ——交变磁场频率(Hz)。 可见，h与激励电流频率有关，故电涡流传感器按激 励频率高低，可分为高频反射式和低频透射式两大类。
15
1. 高频反射式电涡流传感器
1. 线圈 2. 框架 3．框架衬套 4． 支架 5．电缆 6．插头
Leq
Req
由以上两式可知： 1、由于电涡流影响，线圈复阻抗的实部（等效阻抗）增大， 虚部（等效电感）减小，故线圈等效品质因数Q下降。 2、电涡流传感器的等效电气参数都是互感系数M2的函数。通 常总是利用其等效电感的变化组成测量电路，故电涡流传感器 属于电感式（互感式）传感器。
10
3. 测量电路
由式上式解得等效阻抗Z 的表达式为 h
& & & & R1 I1 j L1 I1 j MI 2 U1 ra & R I j L I 0 & & j MI1 2 2 2 2
U1
I 1
Ⅰ
I 2
L1 L2
Ⅱ
R2
传感器线圈
电涡流短路环
2 2 2 2 & U1 M M Z R1 2 R2 j L1 2 L2 2 2 2 2 & R2 L2 R2 L2 I1
电涡流传感器
• 因此传感器线圈的复阴抗为：
•
（4 –3 -1）
线圈的等效电感为
（4-3-2）
•由式（4-3-1）和（4-3-2）可
以看出，线圈与金属导体系统 的阻抗、电感都是该系统互感 平方的函数。而互感是随线圈 与金属导体间距离的变化而改
OD9000电涡流传感器
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制作人:张轶楠 0510304
• 我们可以把被测导体
上形成的电涡等效成 一个短路环，这样就 可得到如图4.3.2的等 效电路。图中R1、L1 为传感器线圈的电阻 和电感。短路环可以 认为是一匝短路线圈， 其电阻为R2、电感为 L2。线圈与导体间存 在一个互感M，它随线 圈与导体间距的减小 而增大。
• 根据等效电路可列出电路方程组：
电涡流传感器
• 电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上
的传感器。 电涡流式传感器可以实现非接触地测量物体表
面为金属导体的多种物理量，如位移、振动、厚 度、转速、应力、硬度等参数。这种传感器也可 用于无损探伤。
电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度
高、测量范围大、抗干忧能力强，特别是有非接 触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各 个领域中得到了广泛的应用。
如图4.3.1所示，一
个扁平线圈置于金属
导体附近，当线圈中
通有交变电流I1时，
线圈周围就产生一个
交变磁场H1。置于这
一磁场中的金属导体
就产生电涡流I2，电
涡流也将产生一个新
磁场H2，H2与H1方向 • 电涡流也将产生一个新
相反，因而抵消部分
磁场H2，H2与H1方向
原磁场，使通电线圈
相反，因而抵消部分原
电涡流传感器
4. 3电涡流传感器的应用
4. 3. 1位移的测量 某些旋转机械，如高速旋转的汽轮机对轴向位移要求很高。
当汽轮机运行时，叶片在高压蒸汽推动下高速旋转，它的主 轴承受巨大的轴向推力。若主轴的位移超过规定值时，叶片 有可能与其他部件碰撞而断裂。因此用电涡流传感器测量各 种金属工件的微小位移量就显得十分重要。利用电涡流探头 可以测量诸如汽轮机主轴的轴向位移、电动机的轴向窜动、 磨床换向阀、先导阀的位移和金属试件的热膨胀系数等。 ZXWY型电涡流轴向位移监测保护装置可以在恶劣的环境(如 高温、潮湿、剧烈振动等)下非接触测量和监视旋转机械的轴 向位移。
成LC振荡器，以振荡器的频率作为输出量。 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振荡器输出频率改变，此频率也可直 接将频率信号送到计算机的计数定时器，测量出频率。如果 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，鉴频器的特性如图4-8 (b)所示。
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4. 3电涡流传感器的应用
电涡流探伤仪在实际使用时会受到诸多因素的影响，如环境 温度变化、表面硬度、机械转动不均匀、抖动等，用单个电 涡流探头易受上述因素影响，严重时无法分辨缺陷和裂纹， 因此必须采用差动电路。在楔形电涡流探头的尖端部位设置 发射线圈，在其上方的左、右两侧分别设置一只接收线圈， 它们的同名端相连，在没有裂纹信号时输出互相抵消。当裂 纹进入左、右接受线圈下方时，由于相位上有先后差别，所 以信号无法抵消，产生输出电压，这就是差动原理。
4. 2. 2谐振调幅式电路 该电路的主要特征是把传感器线圈的等效电感L和一个固定
电容组成并联谐振电路。由频率稳定的石英晶体振荡器提供 高频激励信号，如图4-6所示。 在没有金属导体的情况下，电路的LC谐振频率等于激励振荡 器的振荡频率(如1 MHz )，这时LC回路呈现阻抗最大，输出 电压的幅值也是最大。当传感器线圈接近被测金属导体时， 线圈的等效电感发生变化，谐振回路的谐振频率和等效阻抗 也跟着发生变化，致使回路失谐而偏离激励频率，谐振峰将 向左或向右移动，如图4 -7 ( a)所示。
电涡流传感器实验报告
一、实验目的本次实验旨在了解电涡流传感器的工作原理，掌握其位移特性的测量方法，并验证电涡流传感器在实际应用中的可靠性和准确性。
二、实验原理电涡流传感器是利用电磁感应原理进行测量的传感器。
当导电体（被测物体）接近电涡流传感器的线圈时，线圈中产生的交变磁场会在导电体中感应出涡流。
涡流的大小与导电体的材料、电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的间距有关。
通过测量涡流的大小，可以计算出导电体与线圈的间距，从而实现位移的测量。
三、实验仪器与材料1. 电涡流传感器2. 信号发生器3. 示波器4. 金属样品5. 螺旋测微仪6. 电压表四、实验步骤1. 将电涡流传感器固定在实验台上，将金属样品放在传感器的检测区域内。
2. 连接信号发生器和示波器，设置合适的工作频率和幅度。
3. 使用螺旋测微仪测量金属样品与电涡流传感器线圈的距离。
4. 打开信号发生器，调节频率和幅度，使传感器产生稳定的涡流信号。
5. 使用示波器观察涡流信号的波形，记录不同距离下的信号幅度。
6. 将测得的距离和信号幅度数据填入表格，绘制V-X曲线。
7. 分析V-X曲线，确定传感器的线性范围和灵敏度。
五、实验结果与分析1. 通过实验，我们得到了电涡流传感器的V-X曲线。
从曲线可以看出，传感器的线性范围较宽，灵敏度较高。
2. 在线性范围内，传感器的输出电压与距离呈线性关系，满足实际应用的要求。
3. 通过对V-X曲线的分析，我们可以确定传感器的最佳工作频率和幅度。
六、实验结论1. 电涡流传感器是一种高精度、高灵敏度的位移测量传感器，在实际应用中具有广泛的应用前景。
2. 通过实验，我们掌握了电涡流传感器的工作原理和测量方法，为后续的实际应用奠定了基础。
七、实验注意事项1. 在实验过程中，应确保电涡流传感器与金属样品保持平行，避免因角度偏差导致测量误差。
2. 在调节信号发生器的工作频率和幅度时，应逐步进行，避免突然变化对实验结果的影响。
3. 在读取数据时，应注意记录准确，避免因记录错误导致分析结果不准确。
电涡传感器应用实验报告
一、实验目的1. 了解电涡流传感器的工作原理及特性。
2. 掌握电涡流传感器的安装与调试方法。
3. 通过实验，验证电涡流传感器在不同材料上的测量效果。
4. 分析电涡流传感器在实际应用中的优缺点。
二、实验原理电涡流传感器是一种非接触式传感器，它利用电磁感应原理，通过检测被测物体表面的涡流来测量物体的尺寸、位置、速度等参数。
当高频交流电流通过传感器线圈时，会在被测物体表面产生涡流，涡流的大小与物体表面的电导率、磁导率及传感器与物体表面的距离有关。
通过检测涡流的大小，可以实现对物体尺寸、位置等参数的测量。
三、实验设备1. 电涡流传感器2. 高频信号发生器3. 数据采集器4. 被测物体（不同材料）5. 测量装置6. 示波器四、实验步骤1. 将电涡流传感器安装在测量装置上，确保传感器与被测物体表面平行。
2. 将高频信号发生器的输出端连接到电涡流传感器的输入端。
3. 将数据采集器的输入端连接到电涡流传感器的输出端。
4. 设置高频信号发生器的频率、幅度等参数。
5. 将被测物体放置在传感器与测量装置之间，调整传感器与物体表面的距离。
6. 打开数据采集器，记录涡流大小与传感器与物体表面距离的关系。
7. 重复步骤5和6，分别对不同的被测物体进行测量。
8. 分析实验数据，总结电涡流传感器的应用特点。
五、实验结果与分析1. 实验数据表明，电涡流传感器在不同材料上的测量效果存在差异。
对于导电性能较好的材料，如铜、铝等，涡流较大，测量精度较高；而对于导电性能较差的材料，如塑料、木材等，涡流较小，测量精度较低。
2. 随着传感器与物体表面距离的增加，涡流大小逐渐减小。
在一定的距离范围内，涡流大小与距离呈线性关系。
3. 当传感器与物体表面距离达到一定值时，涡流大小趋于稳定，说明此时涡流已达到饱和状态。
六、实验结论1. 电涡流传感器具有非接触式、响应速度快、测量精度高等优点，适用于各种场合的尺寸、位置、速度等参数的测量。
2. 电涡流传感器在实际应用中，应注意选择合适的材料、调整传感器与物体表面的距离，以提高测量精度。
电涡流传感器的原理及应用
电涡流传感器的原理及应用一、电涡流传感器的原理电涡流传感器（电涡流探测器，Eddy Current Sensor，ECS）是一种基于电涡流原理的在线实时测定仪器。
它利用的原理是，当在一个电磁介质中产生电磁场时，电流会在介质中流动产生电涡流，电涡流的流动方向及大小受介质的性质和电磁场强度的影响，而这些变化则反映出物体的变化。
电涡流传感器，全称Eddy Current Sensor，是一种非接触式的电磁传感器，它大多用于测量内部和表面的特性非常好的金属材料，也可以用于测量金属孔道内部的特性，它非常容易安装在设备上而且具有噪声抑制功能，可以用于测量各种形状的物体，它可以把一个对象转换成电信号，并且可以监测其变化。
电涡流传感器是一种可用于在线测量和检测金属材料和金属表面的电磁测量仪器，它利用在磁介质沿磁次中的电阻（电导）变化而发出信号，从而实现对金属表面形状及组成的测量。
电涡流传感器有很多种类，如抗聚焦传感器，分解焦点传感器，曝光传感器，轨迹传感器，缝隙传感器，缺陷检测传感器等。
电涡流传感器的基本原理是利用电磁感应原理，在电磁介质中产生一个被称为涡流的微小电流，并利用涡流形成的电磁场来检测物体的变化。
具体来说，当在电磁介质中产生一个电磁场时，电流在介质中流动，这些电流构成了电涡流，电涡流的流动方向及大小受介质的性质和电磁场强度的影响，而这些变化则反映出物体的变化。
二、电涡流传感器应用1、缝隙检测电涡流传感器可以用于测量金属缝隙的大小，缝隙是指一个金属件上不规则的空洞。
电涡流传感器的安装通常放在缝隙的一端，通过检测缝隙的大小，进而可以检测到另一端的特性。
2、缺陷检测电涡流传感器可以用于检测金属材料内部的缺陷，可以检测到金属材料的裂纹、气孔等缺陷，即使这些缺陷细微，也可以被电涡流传感器检测到。
3、表面形貌检测电涡流传感器可以用于测量金属表面形貌，即金属表面的凹凸、高低等等，这对于精细化加工非常重要，可以帮助提高最终产品的精度。
《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
电涡流电感式传感器工作原理
电涡流电感式传感器工作原理1. 什么是电涡流电感式传感器？好嘞，咱们先从最基本的说起，电涡流电感式传感器可不是一块普通的铁疙瘩，它是个非常聪明的小家伙。
你可以把它想象成一位“探测员”，在各种工业应用中，悄悄地帮我们监测一些重要的数据，比如金属的距离、位置和速度。
这东西的原理可真有趣，咱们一起来揭开它的神秘面纱！1.1 工作原理简介简单来说，这个传感器的工作原理是基于电涡流的现象。
你知道吗，电涡流其实就像是在水里转圈的漩涡，当你把导体放到一个变化的磁场中，就会引发电涡流的产生。
这些电涡流在导体内部环绕流动，就像小鱼在水中打转一样，而这些流动的电流又会产生一个与磁场相互作用的力。
哎呀，这就是电涡流的魅力所在！1.2 生活中的应用说到这里，可能有朋友会问，这玩意儿具体用在哪呢？呵呵，别急，我来给你普及一下。
电涡流电感式传感器在很多地方都能派上用场，像是汽车的防撞系统、金属加工行业的检测设备，还有在航空航天领域的监测系统。
换句话说，它可是个“万金油”，有着不可或缺的地位，听着就让人觉得靠谱吧？2. 具体工作过程好了，接下来咱们聊聊它的具体工作过程。
想象一下，你把这个传感器放在一个金属表面附近，当这个金属靠近传感器时，传感器就会发出一个交变的磁场。
这时候，哇哦，金属里就开始“嗡嗡”作响，产生电涡流。
这些电涡流的大小和方向会随金属的距离变化而变化，哎，这就是传感器的“心跳”。
2.1 电流和信号这些电涡流不仅仅是看起来酷炫，它们还会产生一个反向的磁场，这个磁场就像是个信号灯，告诉传感器“嘿，金属离我有多远”。
而这个信号会被转换成电压或电流，然后传递给控制系统。
你看，这玩意儿真的是“巧妙至极”，利用简单的原理，实现了复杂的检测任务。
2.2 特点与优点更有趣的是，电涡流电感式传感器有很多优点。
首先，它的响应速度那可是杠杠的，几乎瞬间就能捕捉到变化。
其次，它对金属表面的要求也不高，形状、大小、材料都可以，不像某些传感器那么挑剔。
电涡流式传感器
电涡流式传感器
3.4.1 电涡流式传感器的工作原理 3.4.2 电涡流式传感器的类型 3.4.3 涡流式传感器的应用
2
3.4.1 电涡流式传感器的工作原理
1.工作原理 1.工作原理
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H2 反作用于线圈 ,改变了电感
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2. 低频透射式涡流传感器
发射线圈
接收线圈
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: 测厚的依据 E的大小间接反映了M的厚度t
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低频透射式涡流传感器的工作原理如右图所示 低频透射式涡流传感器的工作原理 如右图所示 ， 发 如右图所示， 射线圈ω 和接收线圈ω 分别置于被测金属板材料G 射线圈 ω1 和接收线圈 ω2 分别置于被测金属板材料 G 的 下方。 上、下方。
式中, 导体电阻率( 式中 ρ——导体电阻率 ·cm)； 导体电阻率 ； µr——导体相对磁导率； 导体相对磁导率； 导体相对磁导率 ƒ ——交变磁场频率 交变磁场频率(Hz)。 交变磁场频率 。
涡流穿透深度h与激励频率有关， 涡流穿透深度h与激励频率有关，所以电涡流式 传感器根据激励频率高低， 传感器根据激励频率高低 ， 可分为高频反射式 和低频透射式两类。 和低频透射式两类。
µ
x, ρ , µ
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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 1-被测体 2-传感器探头
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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 1-被测体 2-传感器探头
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
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电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。
它是一种非接触的线性化计量工具。
电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。
在高速旋转机械和往复式运动机械的状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。
如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。
从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运动状态，主要取决于其核心—转轴，而电涡流传感器，能直接非接触测量转轴的状态，对诸如转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的早期判定，可提供关键的信息。
电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点，在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。
一、电涡流传感器的基本原理根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。
而根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。
前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。
当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。
通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。
则线圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来表示。
通常我们能做到控制τ, ξ, б, I, ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。
于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z 的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。
输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。
其工作过程是：当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q值也发生变化，Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压（电流）变化，最终完成机械位移(间隙)转换成电压（电流）。
由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器系统的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关。
电涡流传感器工作原理如图所示按照电涡流在导体内的贯穿情况，此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，但从基本工作原理上来说仍是相似的。
电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外还具有体积小，灵敏度高，频率响应宽等特点，应用极其广泛。
北京万博振通检测技术有限公司自主研制的电涡流传感器是基于涡流效应的原理制成的非接触式位移传感器，是目前国内技术指标最高的电涡流传感器之一。
该传感器由探头、加长电缆、前置器组成，可用来测量旋转机械轴的各种运行状态参数：如轴的径向振动、轴向位移转速、偏心、差胀等。
二、电涡流传感器的典型应用电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位。
对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护。
胀差测量斜坡式胀差测量补偿式胀差测量双斜面胀差测量振动测量轴位移测量轴心轨迹测量差动测量动力膨胀转子动平径向运动分析转速和相位差测试转速测量表面不平整度测量裂痕测量非导电材料厚度测量金属元件合格检测轴承测量换向片测量1、相对振动测量测量径向振动，可以由它分析轴承的工作状态，还可以看到分析转子的不平衡，不对中等机械故障。
电涡流传感器系统可以提供对于下列关键或是基础机械状态监测所需要的信息：●工业透平，蒸汽/燃气●压缩机，径向/轴向●膨胀机●动力发电透平，蒸汽/燃气/水利●发动马达●发动机●励磁机●齿轮箱●泵●风箱●鼓风机●往复式机械（1）相对振动测量（小型机械）振动测量同样可以用于对一般性的小型机械进行连续监测。
电涡流传感器系统可为如下各种机械故障的早期判别提供重要信息：●轴的同步振动●油膜失稳●转子摩擦●部件松动●轴承套筒松动●压缩机踹振●滚动部件轴承失效●径向预载，内部/外部包括不对中●轴承巴氏合金磨损●轴承间隙过大，径向/轴向●平衡（阻气）活塞●联轴器“锁死”磨损/失效●轴裂纹●轴弯曲●齿轮咬合问题●电动马达空气间隙不匀●叶轮通过现象●透平叶片通道共振（2）偏心测量偏心是在低转速的情况下，电涡流传感器系统可对轴弯曲的程度进行测量，这些弯曲可由下列情况引起：●原有的机械弯曲●临时温升导致的弯曲●重力弯曲●外力造成的弯曲偏心的测量，对于评价旋转机械全面的机械状态，是非常重要的。
特别是对于装有透平监测仪表系统（TSI）的汽轮机，在启动或停机过程中，偏心测量已成为不可少的测量项目。
它使你能看到由于受热或重力所引起的轴弯曲的幅度。
转子的偏心位置，也叫轴的径向位置，它经常用来指示轴承的磨损，以及加载荷的大小。
如由不对中导致的那种情况，它同时也用来决定轴的方位角，方位角可以说明转子是否稳定。
（3）胀差测量对于汽轮发电机组来说，在其启动和停机时，由于金属材料的不同，热膨胀系数的不同，以及散热的不同，轴的热膨胀可能超过壳体膨胀；有可能导致透平机的旋转部件和静止部件（如机壳、喷嘴、台座等）的相互接触，导致机器的破坏。
因此胀差的测量是非常重要的。
2、转速测量对于所有旋转机械而言，都需要监测旋转机械轴的转速，转速是衡量机器正常运转的一个重要指标。
旋转测量通常有以下几种传感器可选：电涡流转速传感器、无源磁电转速传感器、有源磁电转速传感器等。
具有需要选择那类传感器，则要根据转速测量的要求转速等，转速发生装置有以下几种：用标准的渐开的线齿数（M1～M5）作转速发生信号，在转轴上开一键槽、在转轴在转轴上开孔眼、在轴转上凸键等转速发生信号装置。
无源磁电式传感器是针对测齿轮而设计的发电型传感器（无源），不适合测零转速和较低转速，因低频时，幅值信号小，抗干扰能力差，它不需要供电。
有源磁电式传感器采用了电源供电，输出波形为矩形波，具有负载驱动能力，适合测量0.03HZ以上转速信号。
而电涡流传感器测量转速的优越性是其它任何传感器测量没法比的，它既能响应零转速，也能响应高转速。
对于被测体转轴的转速发生装置要求也很低，被测体齿轮数可以很小，被测体也可以是一个很小的孔眼，一个凸键，一个小的凹键。
电涡流传感器测转速，通常选用φ3mm、φ4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm 的探头。
转速测量频响为0～10KHZ。
电涡流传感器测转速，传感器输出的信号幅值较高（在低速和高速整个范围内）抗干扰能力强。
作转速测量的电涡流传感器有一体化和分体两种。
一体化电涡流转速传感器取消前置器放大器、安装方便、适用于工作温度在–20℃～100℃的环境下,带前置器放大器的电涡流传感器适合在–50℃～250℃的工作环境中。
3、滚动轴承、电机换向器整流片动态监控对使用滚动轴承的机器预测性维修很重要。
探头安装在轴承外壳中，以便观察轴承外环。
由于滚动元件在轴承旋转时，滚动元件与轴承有缺陷的地方相碰撞时，外环会产生微小变形。
监测系统可以监测到这种变形信号，当信号变形时意味着发生了故障，如滚动元件的裂纹缺陷或者轴承环的缺陷等，还可以测量轴承内环运行状态，经过运算可以测量轴承打滑度。
电涡流传感器及其监测系统在汽轮机上的典型应用：[编辑本段]三、电涡流传感器测量时的安装要求1、轴的径向振动测量当需要测量轴的径向振动时，要求轴的直径大于探头直径的三倍以上。
每个测点应同时安装两个传感器探头，两个探头应分别安装在轴承两边的同一平面上相隔90o±5o。
由于轴承盖一般是水平分割的，因此通常将两个探头分别安装在垂直中心线每一侧45o，从原动机端看，分别定义为X探头（水平方向）和Y 探头（垂直方向），X方向在垂直中心线的右侧，Y方向在垂直中心线的左侧。
轴的径向振动测量时探头的安装位置应该尽量靠近轴承，如图所示，否则由于轴的挠度，得到的值会有偏差。
轴的径向振动探头安装位置与轴承的最大距离。
轴的径向振动测量时探头的安装：测量轴承直径最大距离0~76mm 25mm76~510mm 76mm大于520mm 160mm探头中心线应与轴心线正交，探头监测的表面（正对探头中心线的两边1.5倍探头直径宽度的轴的整个圆周面，如图）应无裂痕或其它任何不连续的表面现象（如键槽、凸凹不平、油孔等），且在这个范围内不能有喷镀金属或电镀，其表面的粗糟度应在0.4 um至0.8um之间。
2、轴的轴向位移测量测量轴的轴向位移时，测量面应该与轴是一个整体，这个测量面是以探头的中心线为中心，宽度为1.5倍的探头圆环。
探头安装距离距止推法兰盘不应超过305mm，否则测量结果不仅包含轴向位移的变化，而且包含胀差在内的变化，这样测量的不是轴的真实位移值。
3、键相测量键相测量就是通过在被测轴上设置一个凹槽或凸键，称键相标记。
当这个凹槽或凸键转到探头位置时，相当于探头与被测面间距突变，传感器会产生一个脉冲信号，轴每转一圈，就会产生一个脉冲信号，产生的时刻表明了轴在每转周期中的位置。
因此通过对脉冲计数，可以测量轴的转速；通过将脉冲与轴的振动信号比较，可以确定振动的相位角，用于轴的动平衡分析以及设备的故障分析与诊断等方面。
凹槽或凸键要足够大，以使产生的脉冲信号峰峰值不小于5V。
一般若采用φ5、φ8探头，则这一凹槽或凸键宽度应大于7.6mm、深度或高度应大于1.5mm （推荐采用2.5mm以上）、长度应大于0.2mm。
凹槽或凸键应平行于轴中心线，其长度尽量长，以防当轴产生轴向窜动时，探头还能对着凹槽或凸键。
为了避免由于轴相位移引起的探头与被测面之间的间隙变化过大，应将键相探头安装在轴的径向，而不是轴向的位置。
应尽可能地将键相探头安装在机组的驱动部分上，这样即使机组的驱动部分与载荷脱离，传感器仍会有键相信号输出。
当机组具有不同的转速时通常需要有多套键相传感器探头对其进行监测，从而可以为机组的各部分提供有效的键相信号。