电涡流传感器基本原理以与转速测量地完整实例演示含原理图
《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
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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？
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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。
电涡流传感器转速测量实验
电涡流传感器转速测量实验
电涡流传感器V-n 曲线图
U/V
转速n /r p m 电涡流传感器转速测量实验报告
⼀、实验⽬的：
了解电涡流传感器测量转速的原理与⽅法。
⼆、实验仪器：
电涡流传感器、转动源、+5V 、+4、±6、±8、±10V 直流电源、电涡流传感器模块
三、实验原理：
根据电涡流传感器对不同材质的被测物输出不同和静态位移特性，选择合适的⼯作点即可测量转速。
四、实验内容与步骤
1、将电涡流传感器安装到转动源传感器⽀架上，引出线接电涡流传感器实验模块。
2、合上主控台电源，选择不同电源+4V 、+6V 、+8V 、+10V 、12V （±6）、16V （±8）、20V （±10）、24V 驱动转动源，可以观察到转动源转速的变化，待转速稳定后，记录驱动电压对应的转速，也可⽤⽰波器观测磁电传感器输出的波形。
五、数据分析与记录
1、数据记录表格
2、⽤matlab 绘制的V-n 曲线图如下图所⽰
3、电涡流传感器传感器测量转速原理
传感器线圈由信号激励，使它产⽣⼀个交变磁场，当被测导体靠近线圈时，在磁场作⽤范围的导体表层，产⽣了与此磁场相交链的电涡流，⽽此电涡流⼜将产⽣⼀交变磁场阻碍外磁场
的变化。
因此当被测体与传感器间的距离改变时，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。
六、实验报告
1．分析电涡流传感器传感器测量转速原理。
2．根据记录的驱动电压和转速，作V-n曲线。
第四章 电涡流传感器PPT课件
21.07.2020
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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
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
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度等参数。
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。
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总体概述
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电涡流的应用 ——在我们日常生活中经常可以遇到
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）。
21.07.2020
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部分常用材料对振荡器振幅的衰减系数
人的手、泥土或装满水的玻璃杯能
对振荡器的振幅产生明显的衰减吗？为什
么？ 21.07.2020
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二、调频（FM）式电路(100kHz~1MHz）
当电涡流线圈与被测体的距离x 改变时，
21.07.2020
电涡流传感器基本原理以及转速测量的完整实例演示含原理图
电涡流传感器原理图1、什么是电涡流效应？电感线圈产生的磁力线经过金属导体时，金属导体就会产生感应电流，且呈闭合回路，类似于水涡流形状，故称之为电涡流也叫做电涡流效应，其实是电磁感应原理的延伸。
注意：电涡流传感器要求被测体必须是导体。
传感器探头里有小型线圈，由控制器控制产生震荡电磁场，当接近被测体时，被测体表面会产生感应电流，而产生反向的电磁场。
这时电涡流传感器根据反向电磁场的强度来判断与被测体之间的距离。
2、电涡流传感器的工作原理与结构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。
下图为涡流传感器的结构原理，它采取将导线绕在聚四氟乙烯框架窄槽内，形成线圈的结构方式。
传感器线圈由高频信号激励，使它产生一个高频交变磁场φi，当被测导体靠近线圈时，在磁场作用范围的导体表层，产生了与此磁场相交链的电涡流ie，而此电涡流又将产生一交变磁场φe阻碍外磁场的变化。
从能量角度来看，在被测导体内存在着电涡流损耗（当频率较高时，忽略磁损耗）。
能量损耗使传感器的Q值和等效阻抗Z 降低，因此当被测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分析：转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期信号的频率进行测量。
转速测量方法有多种,我们采用计数法进行转速测量,即在一定时间间隔内,根据被测信号的周期数求转速。
在本系统中,测速圆盘上有i=6个突出的齿牙,转子每转一周,电涡流传感器将输出6个周期信号。
假设单位为s,齿轮数为N,f为频率，转子转速n单位为r/m i n,可由下式求:n=(f/N)*604、使用电涡流传感器时的注意事项对被测体的要求为了防止电涡流产生的磁场影响仪器的正常输出安装时传感器头部四周必须留有一定范围的非导电介质空间，如果在某一部位要同时安装两个以上的传感器，就必须考虑是否会产生交叉干扰，两个探头之间一定要保持规定的距离，被测体表面积应为探头直径3倍以上，当无法满足3倍的要求时，可以适当减小，但这是以牺牲灵敏度为代价的，一般是探头直径等于被测体表面积时，灵敏度降低至70%，所以当灵敏度要求不高时可适当缩小测量表面积。
电涡流传感器基本原理以及转速测量的完整实例演示含原理图复习过程
电涡流传感器基本原理以及转速测量的完整实例演示含原理图电涡流传感器原理图1、什么是电涡流效应？电感线圈产生的磁力线经过金属导体时，金属导体就会产生感应电流，且呈闭合回路，类似于水涡流形状，故称之为电涡流也叫做电涡流效应，其实是电磁感应原理的延伸。
注意：电涡流传感器要求被测体必须是导体。
传感器探头里有小型线圈，由控制器控制产生震荡电磁场，当接近被测体时，被测体表面会产生感应电流，而产生反向的电磁场。
这时电涡流传感器根据反向电磁场的强度来判断与被测体之间的距离。
2、电涡流传感器的工作原理与结构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。
下图为涡流传感器的结构原理，它采取将导线绕在聚四氟乙烯框架窄槽内，形成线圈的结构方式。
传感器线圈由高频信号激励，使它产生一个高频交变磁场φi，当被测导体靠近线圈时，在磁场作用范围的导体表层，产生了与此磁场相交链的电涡流ie，而此电涡流又将产生一交变磁场φe阻碍外磁场的变化。
从能量角度来看，在被测导体内存在着电涡流损耗（当频率较高时，忽略磁损耗）。
能量损耗使传感器的Q值和等效阻抗Z降低，因此当被测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3、电涡流传感器的实际应用n=(f/N)*604、使用电涡流传感器时的注意事项对被测体的要求为了防止电涡流产生的磁场影响仪器的正常输出安装时传感器头部四周必须留有一定范围的非导电介质空间，如果在某一部位要同时安装两个以上的传感器，就必须考虑是否会产生交叉干扰，两个探头之间一定要保持规定的距离，被测体表面积应为探头直径3倍以上，当无法满足3倍的要求时，可以适当减小，但这是以牺牲灵敏度为代价的，一般是探头直径等于被测体表面积时，灵敏度降低至70%，所以当灵敏度要求不高时可适当缩小测量表面积。
对工作的温度的要求一般进口涡流传感器最高温度不大于180℃，而国产的只能达到120℃，并且这些数据来源于生产厂家，其中有很大的不可靠性，据相关的各种资料分析，实际上，工作温度超过70℃时，电涡流传感器的灵敏度会显著降低，甚至会造成传感器的损坏。
《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-电涡流探雷器
二．调幅式（AM）电路
三．调频（FM）式电路（一00kHz～一MHz）
项目实施
• 一,电涡流接近开关工作原理
二,实训内容
• 一.实训原理 • 通以高频电流地线圈产生磁场,当有导电体接近时,因导电
体涡流效应产生涡流损耗,而涡流损耗与导电体离线圈地 距离有关,因此可以行位移测量。 • 二.实训器件与单元 • 电涡流传感器实训模块,电涡流传感器,直流电源,数显单 元（主控台电压表）,测微头,铁圆片。
（二）电涡流基本特
• 一. 电涡流地径向形成范围 • 当x一定时, 电涡流密度J与半径r地关系曲线
• 由图可知: • 电涡流径向形成地范围大约在传感器线圈外径ras地一.
八～二.五 倍范围内, 且分布不均匀。
• 电涡流密度在短路环半径r=0处为零。 • 电涡流地最大值在r=ras附近地一个狭窄区域内。
V系列电涡流位移传感器外形（参考浙江洞头开关厂资 料）
偏心与振动检测
通过测量间隙来测量径向跳动
测量弯曲,波动,变形
对桥梁,丝杆等机械结构地振动测量,须使 用多个传感器。
振动测量
用电涡流 探头,调幅 法测量简 谐振动时, 探头地输 出波形。
调频法测量振动地波形
实例
测量悬臂梁地振 幅及频率
• 三.实训步骤 • （一）根据图八-一六安装电涡流传感器
• （二）观察传感器结构,这是一个扁绕线圈。 • （三）将电涡流传感器输出线接入实训模块,作为振荡器
地一个元件。
• （四）在测微头端部装上铁质金属圆片,作为电涡流传感 器地被测体。
• （五）根据图 • 八-一七行接线, • 将实训模块输出 • 端Vo与数显单元 • 输入端Vi相接。 • 数显表量程切换 • 开关选择电压 • 二0V挡。
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电涡流传感器
原理图
1、什么是电涡流效应？
电感线圈产生的磁力线经过金属导体时，金属导体就会产生感应电流，且呈闭合回路，类似于水涡流形状，故称之为电涡流也叫做电涡流效应，其实是电磁感应原理的延伸。
注意：电涡流传感器要求被测体必须是导体。
传感器探头里有小型线圈，由控制器控制产生震荡电磁场，当接近被测体时，被测体表面会产生感应电流，而产生反向的电磁场。
这时电涡流传感器根据反向电磁场的强度来判断与被测体之间的距离。
2、电涡流传感器的工作原理与结构
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。
下图为涡流传
感器的结构原理，它采取将导线绕在聚四氟乙烯框架窄槽内，形成线
圈的结构方式。
传感器线圈由高频信号激励，使它产生一个高频交变磁场φi，当被测导体靠近线圈时，在磁场作用范围的导体表层，产生了与此磁场相交链的电涡流ie，而此电涡流又将产生一交变磁场φe阻碍外磁场的变化。
从能量角度来看，在被测导体内存在着电涡流损耗（当频率较高时，忽略磁损耗）。
能量损耗使传感器的Q值和等效阻抗Z
降低，因此当被测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
3、电涡流传感器的实际应用
电涡流传感器测量齿轮转速的应用
探头处理电路
测量转速的示意图
分析：
转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期信号的频率进行测量。
转速测量方法有多种,我们采用计数法进行转速测量,即在一定时间间隔内,根据被测信号的周期数求转速。
在本系统中,测速圆盘上有i=6个突出的齿牙,转子每转一周,电涡流传感器将输出6个周期信号。
假设单位为s,齿轮数为N,f为频率，转子转速n单位为r/min,
可由下式求:
n=(f/N)*60
4、使用电涡流传感器时的注意事项
对被测体的要求
为了防止电涡流产生的磁场影响仪器的正常输出安装时传感器头部四周必须留有一定范围的非导电介质空间，如果在某一部位要同时安装两个
以上的传感器，就必须考虑是否会产生交叉干扰，两个探头之间一定要保
持规定的距离，被测体表面积应为探头直径3倍以上，当无法满足3倍的
要求时，可以适当减小，但这是以牺牲灵敏度为代价的，一般是探头直径
等于被测体表面积时，灵敏度降低至70%，所以当灵敏度要求不高时可适当缩小测量表面积。
对工作的温度的要求
一般进口涡流传感器最高温度不大于180℃，而国产的只能达到120℃，并且这
些数据来源于生产厂家，其中有很大的不可靠性，据相关的各种资料分析，实际上，
工作温度超过70℃时，电涡流传感器的灵敏度会显著降低，甚至会造成传感器的损坏。
对初始间隙的要求
各种型号电涡流传感器，都在一定的间隙电压值下，它的读数才有较好的线性度，所以在安装传感器时必须调整好合适的初始间隙。