常用传感器工作原理(电涡流式)

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•高频反射式涡流厚度传感器
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•涡流轴心轨迹测量
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•涡流振动测量
•涡流转速测量
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•思 考
•利用涡电流传感器测量物体位移时，如果被测物体 是塑料材料，此时能否进行位移测量？为了能对物 体进行位移测量应采取什么措施。
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•电涡流的应用 ——在我们日常生活中经常可以遇到
•1 •2 •3 •4
•1 线圈 2 框架 3 衬套 •4 支架 5 电缆 6 插头
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ•6
•5
•8
型号
线性范围 线圈外径 分辨力
/m
/mm
/m
线性误差 （%）
使用温度 /C
CZF1-1000 1000
7
1
<3
-15+80
CZF1-3000 3000
15
3
<3
-15+80
CZF1-5000 5000
28
•2. 转速测量
•在旋转体上加装一个槽状或齿状（槽数或齿数为n）金属体，旁边安装一个电涡 流传感器，当旋转体转动时，电涡流传感器将周期地改变输出信号，由频率计数 ，求出转速：
•3. 电涡流探伤
•可以检查金属表面裂纹、热处理裂纹、焊接处的质量探伤等。统称探伤。
•探伤时传感器与被测导体保持距离不变，由于裂纹出现，将引起导体电阻率、磁 导率变化，也可以说是裂纹处位移变化，即涡流损耗改变，从而引起输出电压变化 。
5
<3
-15+80
分析上表请得出结论： 线圈外径与测量范围及分辨力之间有何关系？
•线圈外径越大，测量范围就越大，但分辨力就越差，灵敏度也降低。
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•非接触电涡流式位移、振动传感器，具有非接触测量、线性范围较宽，灵敏 度高、抗扰动能力强、无介质影响、稳定可靠、易于处理等优点。广泛应用于 冶金、化工。航天等行业中，进行位移、振动、转速、厚度、表面不平度等机 械量的检测。
•12
• 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。 •
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•测量电路： •阻抗分压式调幅电路和调频电路
•阻抗分压式调幅电路
•并联谐振回路
•是以传感线圈与调谐电容组成并联LC谐振回路，由石英震荡器提供高频 激磁电流，测量电路的输出电压正比于LC谐振电路的阻抗Z •因而传感线圈与被测体之间距离δ的变化，引起Z的变化，使输出电压 跟随变化，从而实现位移量的测量，故称调幅法
•4
•Φ
•i1
1
•Φ 2 •i2
•5
•即，线圈阻抗 是这些参数 的函数，可写成
•Φ
•i1
1
•Φ 2 •i2
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•若能控制其中大部分参数恒定不变，只改变其中一个参数，这样阻抗 就能成为这个参数的单值函数。 •其应用大致有下列四个方面： •①利用位移 作为变化量，可以测被测量位移、厚度、振动、转速等传 感器，也可做成接近开关、计数器等；
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•大直径电涡流探雷器
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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(音频范围)电压e1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e2。但由于涡流消 耗部分磁场能量，使感应电动势e2减少，当金属板越厚时，损耗的能量越 大，输出电动势e2越小。因此，e2的大小与金属板的厚度及材料的性质有 关。试验表明e2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e2的变化即可测厚度。
•高频反射电涡流传感器主要由线圈和框架组成。 •由于电涡流式传感器的主体是激磁线圈，所以线圈的性能和几何尺寸、形状 对整个测量系统的性能将产生重要的影响。一般情况下，线圈的导线采用高强 度漆包线；要求较高的场合，可以用银或银合金线；在较高温度条件下，需要 用高温漆包线。 •下图为CZF1型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。
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•调频电路
•调频法是以LC振荡回路的频率作为输出量。 •当金属板至传感器之间的距离δ发生变化时，将引起线圈电感的 变化，从而使振荡器的频率发生变化，再通过鉴频器进行频率－电 压转换，即可得到与δ 成比例的输出电压。
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•应用
•1. 位移测量
•主要用途之一，凡是可以变成位移量的参数，都可用电涡流式传感器来测量。 •如：气轮机主轴的窜动，金属材料的热膨胀系数，钢水液位，流体压力等。日 本用电涡流传感器成功完成了北海道高速铁路的铁轨位移检测。
•②利用材料电阻率 作为变换量，可以做成温度测量、材质判别等传感 器 •③利用磁导率 作为变换量，可以做成测量应力、硬度等传感器；
•④利用变换量 、 、 等的综合影响，可以做成探伤装置等。
•涡流式传感器的特点是结构简单，易于进行非接触的连续测量，灵敏度 较高，适用性强，因此得到了广泛的应用。
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•基本结构：
•当交变电流通过导线时，感应电流（涡流 ）将集中在导体表面流通，尤其当频率较 高时，此电流几乎是在导体表面附近的一 薄层中流动，这就是所谓的集肤效应现象 。
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•交变电流频率越高，涡流的集肤效应越显著，即涡流穿透深度越小，其穿 透深度 ：
•可见，涡流穿透深度与激励电流频率有关，所以根据激励频率高低，涡 流传感器可分为：高频反射式和低频透射式两大类。前者用于非接触式 位移变量的检测，后者仅用于金属板厚度的测量。 •由于结构简单、灵敏度高、频响范围宽、不受油污等介质的影响，并 能进行非接触测量，适用范围广。用来测量位移、厚度、转速、温度、 硬度等参数，以及用于无损探伤领域。 •由于目前高频反射式电涡流传感器应用广泛，因此本节主要介绍高频反 射式电涡流传感器。
干净、高 效的 电磁炉
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•电磁炉内部的励磁线圈
常用传感器工作原理(电涡 流式)
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•3.5 电涡流式传感器
•何谓涡流？
•在许多电工设备中都存在大块导体(如发电机和变压器的铁心和端盖等) 。当这些大块导体处在变化的磁场中或在磁场中切割磁力线时，其内部 都会感应出电流。这些电流的特点是：在大块导体内部自成闭合回路， 呈旋涡状流动。因此，称之为涡旋电流，简称涡流。例如，含有圆柱导 体芯的螺管线圈中通有交变电流时，圆柱导体芯中出现的感应电流或涡 流，如图所示。