机械量测量之位移测量与转速测量(ppt 74页)
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位移的测量解析PPT课件
层均匀电阻液，烘干聚合后形成电阻膜。优 点是分辨率高、耐磨性好、工艺简单、低成
本，但接触电阻大。金属膜电位器是在玻璃
等绝缘基体上喷涂一层铂铑、铂铜合金金属 膜制成。这种电位器温度系数小，适合高温 工作，但功率小较、耐磨性差、阻值小。
20Байду номын сангаас1/4/17
第14页/共99页
２. 导电塑料电位器 又称有机实心电位器。采用塑料和导电 材料（石墨、金属合金粉末等）混合模压 而成。特点是分辨率高、使用寿命长、旋 转力矩小、功率大。缺点是接触电阻大、 耐热、耐湿性能差。
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第26页/共99页
单一线圈的感应电势E21 或E22与位移s成非线性，而差动 形式输出电压E2则与铁心的位移 成线性。
E2的实线表示理想的输出特性，而虚线
表示实际的输出特性。由于差动变压器上下
不对称、铁心位置等因素，当铁心在中间位
置时，输出不为零。E0称为零点残余电压。
零点残余电压的存在，使传感器的输出
¤ 掌握差动变压器式传感器的使用、测 量方法
2021/4/17
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[相关知识]
差动变压器是利 用电磁感应原理进行 测量的。它从原理上 讲是一个变压器，利 用线圈的互感作用把 被测位移量转换为感 应电势的变化。由于 这种传感器常常做成 差动的形式，所以称 为差动变压器。
第33页/共99页
四、差动变压器式位移传感器基本特性
差动变压器式传感器的特性取决于差
动变压器的特性，包括灵敏度、零点电压、
线性范围、相位、频率特性、温度特性、 吸合力等。
1 灵敏度
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差动变压器在单位电压激磁下，铁心
本，但接触电阻大。金属膜电位器是在玻璃
等绝缘基体上喷涂一层铂铑、铂铜合金金属 膜制成。这种电位器温度系数小，适合高温 工作，但功率小较、耐磨性差、阻值小。
20Байду номын сангаас1/4/17
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２. 导电塑料电位器 又称有机实心电位器。采用塑料和导电 材料（石墨、金属合金粉末等）混合模压 而成。特点是分辨率高、使用寿命长、旋 转力矩小、功率大。缺点是接触电阻大、 耐热、耐湿性能差。
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单一线圈的感应电势E21 或E22与位移s成非线性，而差动 形式输出电压E2则与铁心的位移 成线性。
E2的实线表示理想的输出特性，而虚线
表示实际的输出特性。由于差动变压器上下
不对称、铁心位置等因素，当铁心在中间位
置时，输出不为零。E0称为零点残余电压。
零点残余电压的存在，使传感器的输出
¤ 掌握差动变压器式传感器的使用、测 量方法
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[相关知识]
差动变压器是利 用电磁感应原理进行 测量的。它从原理上 讲是一个变压器，利 用线圈的互感作用把 被测位移量转换为感 应电势的变化。由于 这种传感器常常做成 差动的形式，所以称 为差动变压器。
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四、差动变压器式位移传感器基本特性
差动变压器式传感器的特性取决于差
动变压器的特性，包括灵敏度、零点电压、
线性范围、相位、频率特性、温度特性、 吸合力等。
1 灵敏度
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差动变压器在单位电压激磁下，铁心
第12章机械量检测技术PowerPointPrese
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第12章机械量检测技术 PowerPointPrese
•2.光栅式位移检测装置
•⑴ 光栅位移传感器结构
•光栅位移传感器由光源、光路系统、光 栅副(标尺光栅+指示光栅)和光敏元件组 成，其结构如图12-5所示。
•当被测物体运动时，光源发 出的光透过光栅缝隙形成的光 脉冲被光敏元件接收并计数, 即可实现位移测量，被测物体 位移=栅距×脉冲数。
•3.感应同步器
•(3) 感应同步器信号的检测
感应同步器输出信号的检测方法：
➢鉴幅法
➢鉴相法
•鉴幅法介绍
•在滑尺的正、余弦绕组上施加频率和相位相同、但幅值不同的正弦 激励电压
•利用函数电压发生器使激励电压的幅值满足
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第12章机械量检测技术 PowerPointPrese
•3.感应同步器
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第12章机械量检测技术 PowerPointPrese
•12.1.1 位移检测方法
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•要根据被测对 象的具体情况和 测量要求，充分 利用被测对象所 在场合和具备的 条件来设计、选 择测量方法。
第12章机械量检测技术 PowerPointPrese
12.1.2 线位移检测
•激光脉冲往返传输时间为： •则待测距离L为：
•又
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•式中，λ=c / f；∆N = ∆ /2π，0＜∆N＜1。
第12章机械量检测技术 PowerPointPrese
•（2）相位式激光测距
•相位法测距就像用尺量距离，测尺长度为λ/2，N为整尺长， ∆N为不足整尺的零数。但是，任何测量交变信号相位移的方 法都不能确定出相位移的整周期数N，而只能测定其中不足2
4位移及转速的测量
测工件
测试元器件
机器人
表面测试
机械定位
六、光纤位移传感器 • 从发射光纤出射的光经被测物表面直接或间接反 射后，由接收光纤传到光电器件上，光量随反射 面相对光纤端面的位移d x而变化。当d x 很小 时，反射到接收光纤的光量很少、因为这时两光 纤的光锥角重叠部分很小。随着d x 的增加接收 光量增大并达到最大值，这段曲线灵敏度高、线 性好，其线性段适于测微小位移，峰值处适于测 表面粗糙度等。d x 继续加大，曲线从峰值开始 下降。
（4）导电玻璃釉电位器 导电玻璃釉电位器又称为金属陶瓷电位器，它是以合金、 金属化合物或难溶化合物等为导电材料，以玻璃釉为粘合 剂，经混合烧结在玻璃基体上制成的。导电玻璃釉电位器 的耐高温性好，耐磨性好，有较宽的阻值范围，电阻温度 系数小且抗湿性强。导电玻璃釉电位器的缺点是接触电阻 变化大，噪声大，不易保证测量的高精度。
交流异步测速发电机
1. 直流测速发电机 • 直流测速发电机实际上是一种微型直流发电机。 按励磁方式可分为两种型式：电磁式和永磁式。
(a)电磁式
(b)永磁式
• 永磁式直流测速电机，它的定子磁极是由永久磁钢做成。 由于没有励磁绕组，所以可省去励磁电源。具有结构简 单，使用方便等特点，近年来发展较快。其缺点是永磁材 料的价格较贵，受机械振动易发生程度不同的退磁。为防 止永磁式直流测速发电机的特性变坏，必须选用矫顽力较 高的永磁材料。目前，我国生产的CY 系列直流测速发电 机为永磁式。 • 永磁式直流测速发电机按其应用场合不同，可分为普通速 度型和低速型。前者的工作转速一般在每分钟几千转以 上，最高可达每分钟一万转以上；而后者一般在每分钟几 百转以下，最低可达每分钟一转以下。
3）导电塑料电位器 导电塑料电位器又称为有机实心电位器，这种电位器的电 阻体是由塑料粉及导电材料的粉料经塑压而成。导电塑料 电位器的耐磨性好，使用寿命长，允许电刷接触压力很 大，因此它在振动、冲击等恶劣的环境下仍能可靠地工作。 此外，它的分辨率较高，线性度较好，阻值范围大，能承 受较大的功率。导电塑料电位器的缺点是阻值易受温度和 湿度的影响，故精度不易做得很高。
机械量检测及仪表ppt课件
机组高、中、低压缸缸（差）胀示意 1-推力轴承-转子死点；2—差胀装置；3—内汽缸死点；4—外 汽缸死点；5—支持轴承；6—缸胀装置；HP —高压汽缸；IP— 中压汽缸； LP-1、2—低压汽缸1和低压汽缸2
第二节 振动测量
振动是经常发生的一种物理现象。机械振动在很多 情况下总是有害的，它使机器的零部件加快失效，破坏机 器的正常工作，降低设备的使用寿命，甚至导致机器部件 损坏而产生事故。
间为被测信号的周期Tx，而晶振信号经整形后直接输
入门控电路，相当于被测信号。不难理解，计数器的
记数值为N时，被测周期Tx为
Tx
N fc
NTc
式大中于预定f c的,—T报c—警晶周体期振时荡，器说的明振汽荡轮频机率的和转周速期很。低当，转为速了传防感止器大发轴出弯的曲脉，冲需周启期动
盘车装置。因此，控制电路将使报警继电器动作。
移量 。x 其比例常数取决于原绕组端电压、电感、耦合系数、
绕组匝数、气隙导磁率、磁通面积及绕组尺寸等。公式中负号 表示感应电动势方向与原电压方向相反。 三、位移测量应用举例 1. 汽轮机轴向位移的测量 为了监视汽轮机推力轴承的工作状况，一般在推力瓦上装有温 度测点（回油温度计），再有，在转子凸缘处装上 型铁芯或 高频涡流位移检测装置，以测取运行中的实际轴向位移量。
汽轮发电机正常运行时，轴向位移量为0.381～ 2.1593m00MmW；超过以上范围，且在0.254～2.268 mm范围之 内，则必须减负荷运行；最后若超出0.254～2.268 mm范围， 则应停机跳闸保护。
2.机组热膨胀的测量 测量缸胀或差胀的传感器可以用 型铁芯传感器、高 频涡流传感器或线性变化差动变压器。
第一节 位移测量
测量位移的传感器种类很多，工作原理各不相同。 目前火电厂中测量位移常使用的传感器有电涡流式传 感器和线性变化差动变压器式传感器。
第二节 振动测量
振动是经常发生的一种物理现象。机械振动在很多 情况下总是有害的，它使机器的零部件加快失效，破坏机 器的正常工作，降低设备的使用寿命，甚至导致机器部件 损坏而产生事故。
间为被测信号的周期Tx，而晶振信号经整形后直接输
入门控电路，相当于被测信号。不难理解，计数器的
记数值为N时，被测周期Tx为
Tx
N fc
NTc
式大中于预定f c的,—T报c—警晶周体期振时荡，器说的明振汽荡轮频机率的和转周速期很。低当，转为速了传防感止器大发轴出弯的曲脉，冲需周启期动
盘车装置。因此，控制电路将使报警继电器动作。
移量 。x 其比例常数取决于原绕组端电压、电感、耦合系数、
绕组匝数、气隙导磁率、磁通面积及绕组尺寸等。公式中负号 表示感应电动势方向与原电压方向相反。 三、位移测量应用举例 1. 汽轮机轴向位移的测量 为了监视汽轮机推力轴承的工作状况，一般在推力瓦上装有温 度测点（回油温度计），再有，在转子凸缘处装上 型铁芯或 高频涡流位移检测装置，以测取运行中的实际轴向位移量。
汽轮发电机正常运行时，轴向位移量为0.381～ 2.1593m00MmW；超过以上范围，且在0.254～2.268 mm范围之 内，则必须减负荷运行；最后若超出0.254～2.268 mm范围， 则应停机跳闸保护。
2.机组热膨胀的测量 测量缸胀或差胀的传感器可以用 型铁芯传感器、高 频涡流传感器或线性变化差动变压器。
第一节 位移测量
测量位移的传感器种类很多，工作原理各不相同。 目前火电厂中测量位移常使用的传感器有电涡流式传 感器和线性变化差动变压器式传感器。
位移与转速测量(经典版)
第四页，共36页。
9.1.1 电阻式位移计
电阻式位移计是一种把被测量转换为电阻变化的传感器。按其工作原理可分为变阻器式和电阻应变式两类。
1．变阻器式位移计
第五页，共36页。
变阻器式位移计通过改变电位器触头位置，实现将位移转换为电阻的变化。其表达式为 ：
▲直线位移型
灵敏度
▲角位移型
第二十八页，共36页。
反射型光电转速传感器主要是由被测旋转部件、反光片（或反光贴纸）、反射型光电传感器组成，在可以进行精确定位的情况下，在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸会取得较好的测量效果。当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。通过测出这个跳变频率f，就可以知道转速n。n=f 如果被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸，那么n=f/N。N为反光片或反光贴纸色数量
位移与转速测量(经典版)
第一页，共36页。
位移测量
第9章 位移与转速测量
电感式位移计
电阻式位移计
转速测量
光电式转速计
磁电式转速计
转速脉冲测量方法
第二页，共36页。
9.1 位移测量
第三页，共36页。
9.1 位移测量
同位素传感器（用同位素辐射反映位移S)
位移常用测量方法
下面介绍应用较广泛的两种传感器：电阻式位移计和电感式位移计
1.真空光电管阴极由光电材料（锑化铯，铯氯银等）制成，当光从透镜照射到阴极时，其表面逸出电子，由带正电位阴极的吸引作用，电子形成定向流动，外电路也产生了电流。
第二十五页，共36页。
2.光敏电阻 某些半导体材料在光照射下，吸收一部分光能，使其 内部载流子数目增多，材料电阻减小。 无光照时电阻1.0—100MΩ 有光照时电阻小于1.0KΩ 3.光电池 半导体p-n结按接合面受光照时， 发生电子和空穴的分离现象，在 接触面两端产生电势。
《机械量测量》PPT课件
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6.4转速测量仪表 2.光电码盘转速检测法
光学码盘式传感器 --- 用光电方法将被测角位移转化成数字电信号
特点：高精度、高分辨力、可靠性好
1 --- 光源；2 --- 柱面镜；3 --- 码盘；4 --- 狭缝；5 --- 元件
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(3) 光栅传感器特点
①精度高：测长±(0.2+2×10-6L)μm，测角±0.1″ ②量程大：透射式---光栅尺长（米），反射式---几十米 ③响应快：可用于动态测量 ④增量式：增量码测量 → 计数 断电→数据消失 ⑤要求高：对环境要求高→温度、湿度、灰尘、振动、移动 精度 ⑥成本高：电路复杂
特例：当 =0, w1=w2 → B= → 光闸莫尔条纹 当 =0, w1≠w2 → 纵向莫尔条纹
莫尔条纹
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莫尔条纹特性： 方向性：垂直于角平分线，当夹角很小时 → 与光栅移动方向垂直 同步性：光栅移动一个栅距 → 莫尔条纹移动一个间距一方向对应 放大性：夹角θ很小 → B>>W → 光学放大 → 提高灵敏度 可调性：夹角θ↓→ 条纹间距B↑ → 灵活 准确性：大量刻线 → 误差平均效应 → 克服个别/局部误差 → 提高精度
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6.2位移测量仪表
3.光栅传感器 光栅传感器是新型的高精度、大位移、数字式位移传 感器。
在长度和角度测量中应用的光栅，常称为计量光栅。 计量光栅根据光栅走向分为透射光栅和反射光栅两种 ；根据刻线型式又可分为黑白光栅和相位光栅两种； 根据形状和用途分为长光栅和圆光栅两种。
《位移与转速测量》课件
声波转速计：利用声波传播原理测量 转速
Part Seven
位移与转速测量实 践应用案例
案例一：机械振动位移和转速的测量
机械振动位移和转速测量的重要性
机械振动位移和转速测量的注意事项
机械振动位移和转速测量的方法
机械振动位移和转速测量的应用案例分析
机械振动位移和转速测量的仪器和设备
机械振动位移和转速测量的实践操作步骤
课件特点和亮点
内容全面：涵 盖位移与转速 测量的基本原 理、方法、应
用等
生动形象：采 用丰富的图片、 动画、视频等 素材，增强视
觉效果
互动性强：设 置问答、讨论、 实验等环节， 提高学习兴趣
和参与度
实用性强：结 合实际案例， 讲解测量方法 在实际工程中
的应用
Part Three
位移测量基础知识
位移的定义和单位
转速的定义：转速是指物体在单位时间内旋转的圈数 转速的单位：常用的转速单位有转/分钟（rpm）、转/秒（rps）等 转速的测量方法：可以通过光电传感器、磁电传感器等设备进行测量 转速的应用：转速在机械、电子、汽车等领域有着广泛的应用
转速测量的方法和原理
01
光电转速测量法：利用光电效应，通过测量 光脉冲的频率来测量转速
特点：非接触式 测量，精度高， 响应速度快，抗 干扰能力强
应用领域：广泛 应用于工业自动 化、机器人、航 空航天等领域
发展趋势：随着 技术的发展，光 电式位移传感器 的性能不断提高， 应用范围不断扩 大
其他位移测量设备介绍
激光干涉仪：高精 度测量，适用于精 密加工和科学研究
光栅尺：非接触式 测量，适用于高速、 高精度的位移测量
磁致伸缩位移测量：利用磁致伸缩效应 进行位移测量，如磁致伸缩位移传感器 等
Part Seven
位移与转速测量实 践应用案例
案例一：机械振动位移和转速的测量
机械振动位移和转速测量的重要性
机械振动位移和转速测量的注意事项
机械振动位移和转速测量的方法
机械振动位移和转速测量的应用案例分析
机械振动位移和转速测量的仪器和设备
机械振动位移和转速测量的实践操作步骤
课件特点和亮点
内容全面：涵 盖位移与转速 测量的基本原 理、方法、应
用等
生动形象：采 用丰富的图片、 动画、视频等 素材，增强视
觉效果
互动性强：设 置问答、讨论、 实验等环节， 提高学习兴趣
和参与度
实用性强：结 合实际案例， 讲解测量方法 在实际工程中
的应用
Part Three
位移测量基础知识
位移的定义和单位
转速的定义：转速是指物体在单位时间内旋转的圈数 转速的单位：常用的转速单位有转/分钟（rpm）、转/秒（rps）等 转速的测量方法：可以通过光电传感器、磁电传感器等设备进行测量 转速的应用：转速在机械、电子、汽车等领域有着广泛的应用
转速测量的方法和原理
01
光电转速测量法：利用光电效应，通过测量 光脉冲的频率来测量转速
特点：非接触式 测量，精度高， 响应速度快，抗 干扰能力强
应用领域：广泛 应用于工业自动 化、机器人、航 空航天等领域
发展趋势：随着 技术的发展，光 电式位移传感器 的性能不断提高， 应用范围不断扩 大
其他位移测量设备介绍
激光干涉仪：高精 度测量，适用于精 密加工和科学研究
光栅尺：非接触式 测量，适用于高速、 高精度的位移测量
磁致伸缩位移测量：利用磁致伸缩效应 进行位移测量，如磁致伸缩位移传感器 等
机械量测量之位移测量与转速测量PPT课件( 74页)
第七章 机械量测量
机械量测量
• 机械量测量主要包括位移（线位移及角位移）测量 • 速度（转速）及加速度测量、 • 机械振动测量、 • 力和力矩的测量。 • 有关力的测量内容已作了介绍。
主要内容
1 位移测量（电涡流） 2 转速测量（霍尔方式）
主要内容
1 位移测量（电涡流） 2 转速测量（霍尔方式）
由显示仪器显示制动力矩的大小。
DWS系列电涡流测功器
• 该电流与产生它的磁场相互作用形成与原动机反向的制动 力矩，使架于摆动轴承上的电枢体摆动，
• 通过力臂将力矩传给拉压传感器一拉力，测量出力矩大小。 • 原动机的功率全部被测功器吸收转变为电涡流，并转化为
热能，由冷却水带走。
电涡流测功器的基本工作原理是：
对灵敏度的影响则相反。 2.被测体的大小也会影响到灵敏度，若被测体为平面，
在电涡流环的直径等于线圈直径处的电涡流密度最大； 在电涡流直径为线圈直径的1.8倍处，电涡流密度已衰 减为最大值的5%。为了充分利用电涡流效应，被测体 环的半径不应小于线圈外半径的1.8倍。
高频反射式
• 德国米铱测试技术公司开发生 产的multiNCDT100非接触电涡 流位移传感器。
除了测位移和厚度外的重大应用：涡流探伤
DWS系列电涡流测功器
• 利用 励磁线圈的定子，与转子 相对运动时，产生涡流。在电 磁作用下，实现制动功能。
• 此时，吸收功率发热，需要水 内冷却热平衡。
• 它适用于对发动机及各种动力 机有效功率，转矩测定和性能 试验，并可对齿轮箱、油泵、 油嘴、调速器等内燃机附件作 负荷下的磨损试验和性能测定 试验。
几年以后发现
在非均匀强磁场中 运动的铜盘中有电 流存在。
1831年
机械量测量
• 机械量测量主要包括位移（线位移及角位移）测量 • 速度（转速）及加速度测量、 • 机械振动测量、 • 力和力矩的测量。 • 有关力的测量内容已作了介绍。
主要内容
1 位移测量（电涡流） 2 转速测量（霍尔方式）
主要内容
1 位移测量（电涡流） 2 转速测量（霍尔方式）
由显示仪器显示制动力矩的大小。
DWS系列电涡流测功器
• 该电流与产生它的磁场相互作用形成与原动机反向的制动 力矩，使架于摆动轴承上的电枢体摆动，
• 通过力臂将力矩传给拉压传感器一拉力，测量出力矩大小。 • 原动机的功率全部被测功器吸收转变为电涡流，并转化为
热能，由冷却水带走。
电涡流测功器的基本工作原理是：
对灵敏度的影响则相反。 2.被测体的大小也会影响到灵敏度，若被测体为平面，
在电涡流环的直径等于线圈直径处的电涡流密度最大； 在电涡流直径为线圈直径的1.8倍处，电涡流密度已衰 减为最大值的5%。为了充分利用电涡流效应，被测体 环的半径不应小于线圈外半径的1.8倍。
高频反射式
• 德国米铱测试技术公司开发生 产的multiNCDT100非接触电涡 流位移传感器。
除了测位移和厚度外的重大应用：涡流探伤
DWS系列电涡流测功器
• 利用 励磁线圈的定子，与转子 相对运动时，产生涡流。在电 磁作用下，实现制动功能。
• 此时，吸收功率发热，需要水 内冷却热平衡。
• 它适用于对发动机及各种动力 机有效功率，转矩测定和性能 试验，并可对齿轮箱、油泵、 油嘴、调速器等内燃机附件作 负荷下的磨损试验和性能测定 试验。
几年以后发现
在非均匀强磁场中 运动的铜盘中有电 流存在。
1831年
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• 在发展过程中曾提出过多种消干扰的方法，但直到阻抗 分析法的引进才使涡流检测技术由重大的突破。
• 直到目前为止，阻抗检测法依然是涡流检测中应用最广 的方法。
高频反射式的结构
高频反射式电涡流传感器的结构如图所示，主要由一个安 置在框架上的扁平线圈构成。
• 线圈外径大、线性范围 就大，但灵敏度低；反 之，线圈外径小，灵敏 度高，但线性范围就小。
• 他的涡流检测技术与设备推动了全世界涡流检测技术的 发展。
• 美国、前苏联、法国、英国、日本也先后做了大量的开 发性工作，发表了大量论文，
• 并都能生产高水平的涡流检测设备。
涡流检测的发展史
• 我国开展涡流检测的研究工作始于 60年代、并先后研制 成功了一系列检测系统。
初期的
YY-11型管材 探伤仪
对灵敏度的影响则相反。 2.被测体的大小也会影响到灵敏度，若被测体为平面，
在电涡流环的直径等于线圈直径处的电涡流密度最大； 在电涡流直径为线圈直径的1.8倍处，电涡流密度已衰 减为最大值的5%。为了充分利用电涡流效应，被测体 环的半径不应小于线圈外半径的1.8倍。
高频反射式
• 德国米铱测试技术公司开发生 产的multiNCDT100非接触电涡 流位移传感器。
• 为了小型化，也可在线 圈内加磁心，提高线圈 的品质因数值
高频反射式电涡流传感器结构
1-线圈 2-框架 3-框架衬套 4-支座5电缆 6-插头
高频反射式
• 电涡流传感器是利用线圈与被测导体之间的电磁耦合 进行工作的，因而被测导体材料的物理性质、尺寸与 形状都关系到传感器的特性。
一般来说， 1.被测导体的电导率越高，灵敏度也越高；而磁导率
• 可列出电路方程组为
R 2 I 2 jL 2 I 2 jM I 1 0 电涡流作用的等效电路
R 1 I 1 jL 1 I 1 jM I 2 U 1
阻抗发生变化的原理
• 原边线圈的等效电阻为
2 M 2 R R 1 R 2 2 L 2 2 R 2
• 线圈的等效电感为
2 M 2 L L 1 L 2 R 2 2 L 2 2
1831年
法拉弟发现了电磁 感应现象，并在实 验的基础上提出了 电磁感应定律。
涡流检测的发展史
1873年
提出了位移电流： 变化的电场激发涡 旋磁场。
1861年
麦克斯韦将法拉弟 的概念用完整的数 学方程式表示出来， 建立了系统严密的 电磁场理论。
涡流检测的发展史
1879年
休斯首先将涡流检 测应用于实际—— 判断不同的金属和 合金。
1.1 概述
• 线位移量为质点在直线方向位置的变化量，而角位移量 则是角度方向位置的变化量。
• 位移的测量是通过位移传感器将被测位，有接触式或非接触式 两大类。
• 测量方法多样，如电感、变压器、电涡流、电容、电位 器等。
1.1概述
常用线位移传感器
• 适用于测量铝材料（非铁磁体 被测体），或者钢ST37（铁磁 材料）
• 量程：0～0.5mm和0～15mm。其 线性度小于±0.5%，动态分辨 率为0.5μm，静态分辨率可达 0.05μm，工作极限频率为 10kHz（- 3dB）
高频反射式电涡流传感器
低频透射式
• 在上述高频反射式电涡流传感器中，为了使金属导体 内电涡流所产生的磁场“反射”效果好，必须提高激 励电流的频率，减小贯穿深度。
• 如图，一个扁平线圈置于金属导 体附近，当线圈中通以正弦交变 电流时，线圈周围就产生一个正 弦交变磁场。
• 置于该磁场中的金属导体内就产 生电涡流。
• 后者将产生一个与原磁场方向相 反的新磁场，抵消部分原磁场， 使通电线圈的有效阻抗发生变化。
电涡流作用原理
阻抗发生变化的原理
• 若把被测金属导体形象地看作 一个短路线圈，则电涡流的相 互作用可以用变压器等效电路 来表示。
1.2 电涡流传感器
电涡流 • 电涡流消耗一部分能量，在交流
电气设备中是一种有害的现象。 • 工程中电涡流的热效应用作高频
加热器。 • 电涡流产生的磁场线圈阻抗变化
效应，用作厚度和位移的检测元 件。 • 电涡流式传感器是利用涡流效应， 将非电量转换为阻抗变化而进行 测量的。
电涡流作用原理
电涡流例子
第七章 机械量测量
机械量测量
• 机械量测量主要包括位移（线位移及角位移）测量 • 速度（转速）及加速度测量、 • 机械振动测量、 • 力和力矩的测量。 • 有关力的测量内容已作了介绍。
主要内容
1 位移测量（电涡流） 2 转速测量（霍尔方式）
主要内容
1 位移测量（电涡流） 2 转速测量（霍尔方式）
被测位移变化，引起互感系数变化、线圈阻抗Z变化，也引 起线圈电感L和品质因素Q变化。 涡流传感器的转换电路可以选用Z、L、Q中的任一参数并将
其转换为电量进行测量。
涡流检测的发展史
1824年
加贝发现了铜板对 摆动着的磁铁有阻 尼现象，提出了涡 流存在的实验。
几年以后发现
在非均匀强磁场中 运动的铜盘中有电 流存在。
1926年 涡流测厚仪问世
1831年
德国的福斯特博士 在理论和实践上完 善涡流检测技术
一百多年里，电磁理论及其试验不断 完善，电子元器件不断更新换代，大 大推进了涡流检测技术的发展。
涡流检测的发展史
• 福斯特在基础试验和理论推导的基础上发表了大量有关 涡流检测的论文，并创办了福斯特研究所。-----早在50 年代。
后来
YY-17、TC2000、ED-251 、NE-30
现在
用途极为广泛 的EEC-96数 字涡流检测设 备。
• 在我国的航空航天、冶金、机械、电力、化工、核能等 领域中正在发挥着愈来愈重要的作用。
涡流阻抗检测法
• 涡流检测的信号来自于线圈的阻抗或次级线圈的感应电 压的变化。但因为影响阻抗和电压的因素很多。
• 变阻式：滑线、变阻器 • 电阻应变式： • 电感式：差动变压器、螺管式、电涡流式 • 电容式：变面积、变间隙 • 霍尔元件 • 感应同步器 • 长光栅
• 长磁栅
1.1概述
常用角位移传感器 • 滑线变阻式，变阻器，应变计式 • 差动变压器式 • 自整角机，旋转变压器，微动同步器 • 电容式，圆感应同步器 • 圆光栅，圆磁栅 • 角度编码器：接触式、光电式
• 直到目前为止，阻抗检测法依然是涡流检测中应用最广 的方法。
高频反射式的结构
高频反射式电涡流传感器的结构如图所示，主要由一个安 置在框架上的扁平线圈构成。
• 线圈外径大、线性范围 就大，但灵敏度低；反 之，线圈外径小，灵敏 度高，但线性范围就小。
• 他的涡流检测技术与设备推动了全世界涡流检测技术的 发展。
• 美国、前苏联、法国、英国、日本也先后做了大量的开 发性工作，发表了大量论文，
• 并都能生产高水平的涡流检测设备。
涡流检测的发展史
• 我国开展涡流检测的研究工作始于 60年代、并先后研制 成功了一系列检测系统。
初期的
YY-11型管材 探伤仪
对灵敏度的影响则相反。 2.被测体的大小也会影响到灵敏度，若被测体为平面，
在电涡流环的直径等于线圈直径处的电涡流密度最大； 在电涡流直径为线圈直径的1.8倍处，电涡流密度已衰 减为最大值的5%。为了充分利用电涡流效应，被测体 环的半径不应小于线圈外半径的1.8倍。
高频反射式
• 德国米铱测试技术公司开发生 产的multiNCDT100非接触电涡 流位移传感器。
• 为了小型化，也可在线 圈内加磁心，提高线圈 的品质因数值
高频反射式电涡流传感器结构
1-线圈 2-框架 3-框架衬套 4-支座5电缆 6-插头
高频反射式
• 电涡流传感器是利用线圈与被测导体之间的电磁耦合 进行工作的，因而被测导体材料的物理性质、尺寸与 形状都关系到传感器的特性。
一般来说， 1.被测导体的电导率越高，灵敏度也越高；而磁导率
• 可列出电路方程组为
R 2 I 2 jL 2 I 2 jM I 1 0 电涡流作用的等效电路
R 1 I 1 jL 1 I 1 jM I 2 U 1
阻抗发生变化的原理
• 原边线圈的等效电阻为
2 M 2 R R 1 R 2 2 L 2 2 R 2
• 线圈的等效电感为
2 M 2 L L 1 L 2 R 2 2 L 2 2
1831年
法拉弟发现了电磁 感应现象，并在实 验的基础上提出了 电磁感应定律。
涡流检测的发展史
1873年
提出了位移电流： 变化的电场激发涡 旋磁场。
1861年
麦克斯韦将法拉弟 的概念用完整的数 学方程式表示出来， 建立了系统严密的 电磁场理论。
涡流检测的发展史
1879年
休斯首先将涡流检 测应用于实际—— 判断不同的金属和 合金。
1.1 概述
• 线位移量为质点在直线方向位置的变化量，而角位移量 则是角度方向位置的变化量。
• 位移的测量是通过位移传感器将被测位，有接触式或非接触式 两大类。
• 测量方法多样，如电感、变压器、电涡流、电容、电位 器等。
1.1概述
常用线位移传感器
• 适用于测量铝材料（非铁磁体 被测体），或者钢ST37（铁磁 材料）
• 量程：0～0.5mm和0～15mm。其 线性度小于±0.5%，动态分辨 率为0.5μm，静态分辨率可达 0.05μm，工作极限频率为 10kHz（- 3dB）
高频反射式电涡流传感器
低频透射式
• 在上述高频反射式电涡流传感器中，为了使金属导体 内电涡流所产生的磁场“反射”效果好，必须提高激 励电流的频率，减小贯穿深度。
• 如图，一个扁平线圈置于金属导 体附近，当线圈中通以正弦交变 电流时，线圈周围就产生一个正 弦交变磁场。
• 置于该磁场中的金属导体内就产 生电涡流。
• 后者将产生一个与原磁场方向相 反的新磁场，抵消部分原磁场， 使通电线圈的有效阻抗发生变化。
电涡流作用原理
阻抗发生变化的原理
• 若把被测金属导体形象地看作 一个短路线圈，则电涡流的相 互作用可以用变压器等效电路 来表示。
1.2 电涡流传感器
电涡流 • 电涡流消耗一部分能量，在交流
电气设备中是一种有害的现象。 • 工程中电涡流的热效应用作高频
加热器。 • 电涡流产生的磁场线圈阻抗变化
效应，用作厚度和位移的检测元 件。 • 电涡流式传感器是利用涡流效应， 将非电量转换为阻抗变化而进行 测量的。
电涡流作用原理
电涡流例子
第七章 机械量测量
机械量测量
• 机械量测量主要包括位移（线位移及角位移）测量 • 速度（转速）及加速度测量、 • 机械振动测量、 • 力和力矩的测量。 • 有关力的测量内容已作了介绍。
主要内容
1 位移测量（电涡流） 2 转速测量（霍尔方式）
主要内容
1 位移测量（电涡流） 2 转速测量（霍尔方式）
被测位移变化，引起互感系数变化、线圈阻抗Z变化，也引 起线圈电感L和品质因素Q变化。 涡流传感器的转换电路可以选用Z、L、Q中的任一参数并将
其转换为电量进行测量。
涡流检测的发展史
1824年
加贝发现了铜板对 摆动着的磁铁有阻 尼现象，提出了涡 流存在的实验。
几年以后发现
在非均匀强磁场中 运动的铜盘中有电 流存在。
1926年 涡流测厚仪问世
1831年
德国的福斯特博士 在理论和实践上完 善涡流检测技术
一百多年里，电磁理论及其试验不断 完善，电子元器件不断更新换代，大 大推进了涡流检测技术的发展。
涡流检测的发展史
• 福斯特在基础试验和理论推导的基础上发表了大量有关 涡流检测的论文，并创办了福斯特研究所。-----早在50 年代。
后来
YY-17、TC2000、ED-251 、NE-30
现在
用途极为广泛 的EEC-96数 字涡流检测设 备。
• 在我国的航空航天、冶金、机械、电力、化工、核能等 领域中正在发挥着愈来愈重要的作用。
涡流阻抗检测法
• 涡流检测的信号来自于线圈的阻抗或次级线圈的感应电 压的变化。但因为影响阻抗和电压的因素很多。
• 变阻式：滑线、变阻器 • 电阻应变式： • 电感式：差动变压器、螺管式、电涡流式 • 电容式：变面积、变间隙 • 霍尔元件 • 感应同步器 • 长光栅
• 长磁栅
1.1概述
常用角位移传感器 • 滑线变阻式，变阻器，应变计式 • 差动变压器式 • 自整角机，旋转变压器，微动同步器 • 电容式，圆感应同步器 • 圆光栅，圆磁栅 • 角度编码器：接触式、光电式