4 第四章电涡流传感器
自动检测技术(化工版)教案：第四章 电涡流式传感器
自动检测技术(化工版）教案：第四章电涡流式传感器➢教学要求1．了解电涡流效应和等效阻抗分析。
2．熟悉电涡流探头结构和被测体材料、形状和大小对灵敏度的影响。
3．熟悉电涡流式传感器的测量转换电路。
4．掌握电涡流式传感器的应用。
5．掌握接近开关的分类和特点。
➢教学手段多媒体课件、各种电涡流传感器演示➢教学课时3学时➢教学内容：第一节电涡流传感器工作原理一、电涡流效应（演示）从金属探测器的探测过程导出电涡流传感器的电涡流效应。
从金属探测器的结构来说明图4-1电涡流传感器工作原理。
二、等效阻抗分析图4-1中的电感线圈称为电涡流线圈。
分析它的等效电路：一个电阻R和一个电感L 串联的回路。
电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数表达式（分析其实际价值）Z=R+jωL=f（i1、f、μ、σ、r、x）（4-1）结论：电涡流线圈的阻抗与μ、σ、r、x之间的关系均是非线性关系，解决方法：必须由微机进行线性化纠正。
第二节电涡流传感器结构及特性一、电涡流探头结构（实物演示）电涡流传感器的传感元件是一只线圈，俗称为电涡流探头。
线圈结构：用多股较细的绞扭漆包线（能提高Q值）绕制而成，置于探头的端部，外部用聚四氟乙烯等高品质因数塑料密封，（图4-2）。
CZF-1系列电涡流探头的性能：表4-1 CZF-1系列传感器的性能提问：请同学由上表分析得出结论：探头的直径越大，测量范围就越大，但分辨力就越差，灵敏度也降低。
二、被测体材料、形状和大小对灵敏度的影响线圈阻抗变化与哪些因素有关：金属导体的电导率、磁导率等。
第三节测量转换电路（简单介绍调幅式和调频式测量转换电路。
）一、调幅式电路调幅式：以输出高频信号的幅度来反映电涡流探头与被测金属导体之间的关系。
图4-3：高频调幅式电路的原理框图。
调幅式缺点：电压放大器的放大倍数的漂移会影响测量精度，必须采取各种温度补偿措施。
二、调频式电路联系收音机，说明所谓调频式就是将探头线圈的电感量L与微调电容C0构成LC振荡器，以振荡器的频率f作为输出量。
《电涡流传感器》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。
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。
自动检测技术及应用第四章电涡流传感器
圈周围产生交变磁场Φ 。如果将线圈靠近一块金
属导体，金属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，这称为趋肤效应。
交变磁场的频率f 越高，电涡流的渗透深度 就越浅，趋肤效应越严重。可以利用趋肤效应 来控制非电量的检测深度。
电涡流位移传感器的标定
在标定区域里，共设置多个测量点。首先调节千分 尺的读数为0.000mm。旋松探头夹具的调节螺母，使 探头与试件刚好接触，计算机测得探头绝对零位的输 出电压。然后旋动千分尺，使试件缓慢离开探头，每 隔设定的位移（例如0.8mm），测量电涡流传感器的 输出电压。
电涡流位移传感器的标定过程示意图
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、温度补偿等措施。
圆形导线中的电缆电流趋肤效应示意图
a）直流电流时的均匀分布 b）中频电流时中心部位电密度减小 c）高频电流时，电流线趋向表面分布
二、电涡流线圈等效阻抗分析
设电涡流线圈在高频时的等效电阻为R1（大 于直流电阻），电感为L1。当有被测导体靠近 电涡流线圈时，则被测导体等效为一个短路环， 电涡流线圈L1与导体之间存在一个互感M。互 感随线圈与导体之间距离的减小而增大。
ΔUo或Δf，可以计算出与被检测物体的距离、振 动频率等参数。电涡流位移传感器属于非接触
4电涡流传感器详解
电涡流传感器
本章学习电涡流传感器的
原理及应用，并涉及接近开关
的原理、结构、特性参数及应
用。
2018/10/11 1
第一节
电涡流传感器工作原理
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
电涡流效应演示
2018/10/11
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
2018/10/11
3
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）。
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？
2018/10/11 5
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。
2018/10/11 29
位移传感器的分类
2018/10/11
30
偏心和振动检测
2018/10/11
31
通过测量间隙来测量径向跳动
2018/10/11
32
测量弯曲、波动、变形
《传感器及检测技术》实验4 电涡流传感器实验
实验四电涡流传感器实验一、实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性，了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。
二、实验仪器电涡流传感器、铁圆盘、铜圆盘、两个不同尺寸的铝盘，电涡流变换器、测微头、数显直流电压表；三、实验原理通过高频电流的线圈产生磁场（高频电流产生电路可参照图4-1），当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，从而使线圈两端电压发生变化。
涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。
图 4-1电涡流变换器原理图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。
在实际应用中，由于被测体的材料、形状和大小不同会导致被测体上涡流效应的不充分，会减弱甚至不产生涡流效应，因此影响电涡流传感器的静态特性，所以在实际测量中，往往必须针对具体的被测体进行静态特性标定。
四、实验内容与步骤（1）位移特性实验1．按图4-2 安装电涡流传感器。
图4-2 电涡流传感器安装示意图2．在测微头端部固定上铁质金属圆盘，作为电涡流传感器的被测体。
调节测微头，使铁质金属圆盘的平面贴到电涡流传感器的探测端，固定测微头,涡流传感器连接线接至相应的电涡流插座中。
3．按图4-3，将底面板上电涡流传感器连接到涡流变换器上标有“”的两端，涡流变换器输出端接直流数显电压表。
电压表量程切换开关选择20V 档。
图4-3 电涡流传感器接线图4．打开实验台直流电源开关，记下直流电压表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。
将结果列入下表4-1。
（2）被测体材质、面积大小对电涡流传感器的特性影响实验1．将电涡流传感器安装到传感器固定架上。
2．重复电涡流位移特性实验的步骤，将铁质金属圆盘分别换成铜质金属圆盘和铝质金属圆盘。
金属圆盘紧贴电涡流传感器探头时，输出电压铁<铜<铝。
将实验资料分别记入下面表4-2、表4-3。
表4-2 铜质材料3．重复电涡流位移特性实验的步骤，将被测体换成比体积较小的铝质被测体，将实验数据记入下表4-4。
04第四章 电涡流传感器
齿轮转速测量
例:下图中，设齿数z =48， 测得频率f=120Hz，求该齿 轮的转速n。
电动机转速测量
四、镀层厚度测量
电涡流涂层厚度仪原理 测量金属镀 层或绝缘层 厚度的计算 方法有何区 别？ 由于存在集肤效应，镀层或箔层越薄，电涡流越小。测量前， 可先用电涡流测厚仪对标准厚度的镀层和铜箔作出“厚度-输出” 电压的标定曲线，以便测量时对照。
电涡流密度J与半径r的关系曲线
2、电涡流强度与距离的关系
理论分析和实验都已证明，当 x改变时，电涡流密 度也发生变化，即电涡流强度随距离 x的变化而变化。 根据线圈—导体系统的电磁作用， 可以得到金属导体 表面的电涡流强度为：
I 2 I1 1
2 2 x ras x
CZF-1系列传感器的性能
分析上表可得出结论： 探头直径越大，测量范围越大、分辨力越差、灵敏度越低。
2、被测材料、形状和体积对灵敏度的影响
电阻率、磁导率：非磁性材料，电阻率低，灵敏度高； 磁性材料，除电阻率外，还受磁导率的影响。 形状、体积大小：盘状，要求被测对象直径≥2倍探头线圈直径； 柱状，要求被测圆柱直径≥4倍探头线圈直径。
电涡流效应的基本特性
1、电涡流形成范围——径向形成范围
线圈 —导体系统产生的电涡流密度既是线圈与导体 间距离x的函数，又是沿线圈半径方向r的函数。当x一定 时，电涡流密度 J 与半径 r 的关系曲线下图所示（图中 J0 为金属导体表面电涡流密度，即电涡流密度最大值。 Jr 为半径r处的金属导体表面电涡流密度）。由图可知：
大直径电涡流探雷器
第三节
测量转换电路
一、调幅（AM）式电路
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)。
电涡流传感器
2019/10/2
24
偏心和 振动检测
2019/10/2
25
通过测量间隙来测量径向跳动
2019/10/2
26
测量弯曲、波动、变形
对桥梁、丝杆等机械结构的振动 测量，须使用多个传感器。
2019/10/2
27
测量金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪
导向辊的材料可以用 金属制作吗？
2019/10/2
43
台式电涡流探伤仪
2019/10/2
44
花瓣阻抗图
2019/10/2
45
第五节 接近开关简介
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 进入其设定距离范围内时，就发出“动作”信号，该 信号属于开关信号（高电平或低电平）。
接近开关能直接驱动中间继电器。多数接近开关已 将感辨头和测量转换电路做在同一壳体内，壳体上多 带有螺纹或安装孔，以便于安装和调整。
在这一章里，卡卡要给大家介绍电涡流传感器的 基本原理、特性和应用，也集中讲一讲在工业技术 里广泛应用的接近开关。
电涡流传感器主要用于金属探测（安全检测等）、 微小位移和振动测量，以及转速、表面状态等诸多 与电涡流有关的参数，还可以用于无损探伤及接近 开关。
电涡流传感器的最大特点是非接触测量。
2019/10/2
三.接近开关的主要性能指标：
额定动作距离、工作距离、 动作滞差、重复定位精度（重复 性）、动作频率等。
2019/10/2
53
四、电涡流接近开关 （即：电感接近开关）的工作原理
电感接近开关由LC高频振荡器和放大处理 电路组成，金属物体在接近辨头时，表面产生 涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开 关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化， 由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关 的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须 是导电性能良好的金属物体。
4电涡流传感器详解
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 。
2018/10/11
15
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 。
2018/10/11
2018/10/11
18
本章作业： P75：2、6、7
2018/10/11
19
休息一下
2018/10/11
20
第四章：第四节 电涡流传感器的应用
一、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。
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 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
7—阈值指示灯 8—输出屏蔽电缆线 9—电缆插头
2018/10/11
10
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之间 有何关系？
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。
4-1电涡流传感器原理结构电路
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。
8
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
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
19.06.2020
18
休息一下
19.06.2020
19
涡流线圈的阻抗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？
19.06.2020
5
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不
19.06.2020
10
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之间 有何关系？
19.06.2020
11
大直径电涡流探雷器
19.06.2020
12
第三节 测量转换电路
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
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 。
19.06.2020
电涡流传感器及答案
第四章电涡流传感器及答案(总
1页)
-CAL-FENGHAL-(YICAI)-Company One 1
■CAL■本页仅作为文档封面.使用请直接删除
第四章电涡流传感器习题
一.选择丿
1、电涡流接近开关可以利用电涡流原理检测出_c ________ 的靠近程度。
A.人体
B.水
C.黑色金属零件
D.塑料零件
2、电涡流探头的外壳用—B _____ 制作较为恰当。
A.不锈钢 B •塑料 C •黄铜 D •玻璃
3、当电涡流线圈鼎近非磁性导体（铜）板材后，线圈的等效电感
L—C ______ ,调频转换电路的输出频率/_B _________ o
A.不变
B.增大
C.减小
4、欲探测埋藏在地下的金银财宝，应选择直径为_D ______ 左右的电涡流探头。
A. B. 5mm C. 50mm D. 500mm
三、问答题
用一电涡流式测振仪测量某机器主轴的轴向窜动，已知传感器的灵敬度为
mm。
最大线性范围（优于1%）为5mm。
现将传感器安装在主轴的右侧，使用高速记录仪记录下的振动波形如下图所示。
图电涡流式测振仪测量示意图
问：1、轴向振动Qm sin t的振幅Qm为多少
2、主轴振动的基频f是多少
3、为了得到较好的线性度与最大的测量范围，传感器与被测金属的安装距离/为多少毫米为佳
解：1＞答：振幅a m= 16mm
2. 答：基频戶50Hz。
3、答：安装距离/为B=。
第4章6电涡流传感器
线圈L2 的感应电压与被测厚度的增大按负幂 指数的规律减小，即
u2 e
式中 δ——被测金属板的厚度； h——贯穿深度。 h f
h
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。 测薄金属板时，频率一般应略高些，测厚 金属板时，频率应低些。 从而保证在测量不同材料时能得到较好的线 性和灵敏度。
指示器
变气隙式电感测微仪
动态测量范围：±1mm 分辨率：1um 精度：3%
电感压力传感器 —— 变气隙式结构
F
A
L
P
变气隙式差动压力传感器
P
电感式接近传感器
电感式接近传感器应用举例 1、生产中测量产品的长度
每个脉冲对应的长度： 被测物总长度：
L0 D / N L M L0
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
d
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。
4.3.4 电涡流式传感器
电涡流式传感器是基于电涡流效应工作的传感 器，优点是可实现非接触式测量。 电涡流式传感器的变换原理是利用金属导体在交 流磁场中的电涡流效应。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
台式电涡流探伤仪
第五节 接近开关及应用
接近开关又称无触点行程开关。能在一 定范围检测有无物体靠近。当物体与其接近 到设定距离时，就可发出动作信号。
应用于行程控制、限位保护、高速计数、 测速、物位液位测量等。
一、接近开关分类 1.电涡流式 2.电容式 3.磁性干簧开关 4.霍尔式
Hale Waihona Puke 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、μ、σ、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。
现的阻抗最大， 谐振回路上的输出电压也最大；
当金属导体靠近传感器线圈时，金属材料在高频磁场中产生电涡流，线圈的等效电 感L发生变化，导致回路失谐，引起电涡流线圈端电压的衰减，从而使输出电压降 低，L的数值随距离x的变化而变化。因此，输出电压也随x而变化。输出电压经放 大、 检波后， 由指示仪表直接显示出x的大小。 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）。
第三节 测量转换电路
一、调幅式（AM）电路 由传感器线圈L、电容器C和石英晶体组成
Z
=
jwL ||
1 jwC
= jwL 1− w2LC
Uo
=
io
⋅Z
=
i0
⋅ jwL 1− w2LC
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，
Lx与C0并联，处于谐振状态。
当金属导体远离或去掉时，LC并联谐振回路谐振频率即为石英振荡频率fo，回路呈
齐平式
V系列电涡流位移传感器性能一览表
（摘自洞头开关厂资料）
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。
课堂练习：1、3 作业：P94: 4、6
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
集肤效应与激励源频率f、工件的电导率
根据法拉第定律，当传感器线圈通以正弦交变电流I1时，线圈周围空间必然产生 正弦交变磁场H1，使置于此磁场中的金属导体中感应电涡流I2，I2又产生新的交 变磁场H2。
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。
线圈阻抗的变化完全取决于被 测金属导体的电涡流效应。
二、接近开关的特点 非接触测量；响应快；无磨损；全密封结 构；无触点无火花；输出信号大，易与计算 机接口；体积小，易安装。
三、主要性能指标（自行看书阅读）
（1）额定动作距离 在规定的条件下所测定到的接近开关 的动作距离（单位为mm）；
（2）工作距离 接近开关在实际使用中被设定的安装距离。 在此距离内，不产生误动作；
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
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
振动测量
测量悬臂梁的 振幅及频率
汽轮机叶片测试
三、转速测量
若转轴上开z 个槽(或齿)，频率计的读数
击、偏心率、冲程、
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。
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）
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。
V系列电涡流位移传感器外形（参考浙江洞头开关厂资料）
安检门演示
当有金属物体穿 越安检门时报警
六、电涡流表面探伤
手持式裂纹测量仪
油管探伤
滚子涡流探伤机
（参考无锡市通达滚子 有限公司资料）
滚子涡流探伤机 是由计算机控制的轴 承滚子表面微裂纹探 伤的专用设备，可探 出深 30μm的表面微 小裂纹。
手提式探伤仪外形
（参考厦门爱德华检测设备有限公司资料）
为f（单位为Hz），则转轴的转速n（单位为
r/min）的计算公式为 n = 60 f z
各种测量转速的传感器及其与齿轮的相对位置
齿轮转速测量
例： 下图中，设齿数z =48，测得频率
f=120Hz，求该齿轮的转速n 。
电动机转速测量
四、镀层厚度测量
高频交流信号在测头线圈中产生电磁场，测头靠近导体时，就 在其中形成涡流。测头离导电基体愈近，则涡流愈大，反射阻 抗也愈大。这个反馈作用量表征了测头与导电基体之间距离的 大小，也就是导电基体上非导电覆层厚度的大小。由于这类测 头专门测量非铁磁金属基材上的覆层厚度，所以通常称之为非 磁性测头。
σ、磁导率μ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。
二、等效阻抗分析
3 2 1
ra ras
ri
(r)
电涡流线圈的等效阻抗为
Req
=
R1
+
ω2M 2 R22 + ω 2 L22
R2
Leq
=
L1
−
ω2M 2 R22 + ω 2 L22
L2
线圈的等效品质因数Q值为
Qeq
=
wLeq Req
偏心和振动检测
通过测量间隙来测量径向跳动
测量弯曲、波动、变形
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、板材厚度电涡流测厚仪
测量冷轧板厚度
测量尺寸、公差 及零件识别
通过测量间隙来测定 热膨胀引起的上下平移
测量注塑机开合模的间隙
间距
位移的标定方法
使用千分尺，逐一对照测量电路的输 出电压及数显表读数，列出对照表，存入 计算机，从而达到线性化的目的。
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
电磁炉内部的励磁线圈
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。
当有金属物体穿 越安检门时报警
第四章 电涡流传感器
本章学习电涡流传感器的 原理及应用，并涉及接近开关 的原理、结构、特性参数及应 用。
（3）动作滞差 指动作距离与复位距离之差的绝对值。滞 差大，对外界的干扰以及被测物的抖动等的抗干扰能力就 强；
（4）重复定位精度(重复性) 它表征多次测量动作距离。 其数值的离散性的大小一般为动作距离的1%～5%。离散性 越小，重复定位精度越高。
（5）动作频率 指每秒连续不断地进入接近开关的动作距 离后又离开的被测物个数或次数。
f= 1
2π 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 。
第四节 电涡流传感器的应用
1、位移测量 2、振幅测量 3、转速测量 4 、安检 5、无损探伤
一、位移测量
位移测量包含：
偏心、间隙、位
置、倾斜、弯曲、变
形、移动、圆度、冲
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之间
有何关系？
线圈阻抗变化与金属的电导率、磁导率 有关。电导率越高，灵敏度越高；磁导 率影响线圈感抗。
被测物体为圆盘状平面时，物体直径 大于线圈直径2倍以上；被测物体为柱 状圆弧表面时，其直径应为线圈的4倍 以上。
大直径电涡流探雷器
电涡流涂层厚度仪
五、电涡流式通道安全检查门
安检门的内部设置有发射线 圈和接收线圈。当有金属物体通 过时，交变磁场就会在该金属导 体表面产生电涡流，会在接收线 圈中感应出电压，计算机根据感 应电压的大小、相位来判定金属 物体的大小。在安检门的侧面还 安装一台“软x光”扫描仪，用软件 处理的方法，可合成完整的光学 图像。
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σ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μ有关的材料型号、表面硬
度等参数。
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
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
教学要求
1. 掌握电涡流效应及电涡流传感器的工作原理。 （重点）
2. 了解电涡流探头结构和特性。 3. 掌握电涡流式传感器的测量转换电路。 （重点）
4. 掌握电涡流式传感器的应用。
（重点）
5. 掌握接近开关的原理、特点和应用。 （重点）
第一节 电涡流传感器工作原理
电涡流效应演示
成块的金属置于变化的磁场中或在磁场中运动，金属内部 产生感应电动势形成电流，在金属体内自行闭合，叫涡流。