涡流式传感器ppt

L2
R2
电感式传感器
电涡流式传感 等效电路分析
结论： • ρ 、μ、d、X、ω的变化使R1、L1发生变化，
若控制某些参数不变，只改变其中一个参数， 可使阻抗 Z 成为这个参数的单值函数。
等效阻抗与这些参数有函数关系：
3. 传感器的结构
1. 线圈 2. 框架 3．框架衬套 4． 支架 5．电缆 6．插头
电感式传感器
电涡流式传感 等效电路分析
➢ 根据涡流的分布，可以把涡流所在范围近似看成一 个单匝短路次级线圈。当线圈靠近金属导体时，次级 线圈通过互感 M 对初级作用。
等效电路的两个回路方程（基尔霍夫第二定律）：
电感式传感器
电涡流式传感 等效电路分析
解方程得到传感器的等效阻抗
等效电阻为：
等效电感为：
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3．厚度测量
电涡流式厚度计的测量原理图
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4．转速测量
N f 60 n
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f——频率值(Hz)； n——旋转体的槽(齿)数； N——被测轴的转速(r／min)。
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5. 涡流探伤
可以用来检查金属的表面裂纹、热处理裂纹以 及用于焊接部位的探伤等。
电感变化程度取于线圈L的外形尺寸，线圈L至金属板之间的距离， 金属板材料的电阻率和磁导率 以及的频率等
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电感式传感器
电涡流式传感 工作原理
➢ 把一个扁平线圈置于金属导 体附近，当线圈中通以交变电 流I1时，线圈周围空间产生交 变磁场H1，当金属导体靠近交 变磁场中时，导体内部就会产 生涡流I2，这个涡流同样产生 反抗H1的交变磁场H2 。
• 根据电涡流效应制作的传感器称电涡流传感器; • 电涡流传感器能够对被测量进行非接触测量; • 形成电涡流必须具备两个条件：
① 存在交变磁场 ② 导电体处于交变磁场中
1. 基本原理
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
反作用于线圈 ,改变了电感
ƒ ——交变磁场频率(Hz)。
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电涡流式传感器
3.4.1 高频反射式涡流传感器 3.4.2 低频透射式涡流传感器 3.4.3 涡流式传感器的应用
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3.4.1 高频反射式涡流传感器
1. 基本原理 2．等效电路 3. 传感器的结构 4. 测量电路
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❖由法拉第电磁感应原理可知：一个块状金属导 体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力 线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流， 这种电流叫电涡流，这种现象叫做电涡流效应。
电感式传感器
电涡流式传感
电涡流演示（互感）
等效电路分析 结论：
• 凡是能引起 R2 L2 M变化
ω
的物理量均可以引起传
X
感器线圈R1 、L1的变化。 • 被测体（金属）的
d
μρ
电阻率ρ导磁率μ厚度d，
线圈与被测体间的距离X，
激励线圈的角频率ω等 都通过涡流效应和磁效 应与线圈阻抗Z发生关系
RM
1
L1
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调频式测量电路图
电容三点式振荡器 射极输出器
f
1
2 L(x) • C
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1 钢板 2 铜板
传感器输出电缆的分布电容的影响不能忽视的。
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3.4.2 低频透射式涡流传感器
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: E的大小间接反映了M的厚度t
本次课的内容
1、电涡流效应。 2、电涡流传感器的特点。 3、了解电涡流传感器的应用。
3.4 电涡流式传感器
当导体置于交变磁场或在固定磁场中运动时， 导体内引起感应电流，此电流在导体内闭合,称 为涡流。
穿透深度
h 5030
(cm)
r f
式中, ρ——导体电阻率(Ω·cm)；
r——导体相对磁导率；
1
谐振频率为 fo 2 LC并
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有金属板时，设振荡器的频率为f0。 若改变金属板与传感器之间的距离x，则U—x曲线
当x足够大时(此时L=L∞，U=U∞)，回路处于并联谐振状态。
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调频测距电路
当传感器线圈与被测物体间的距离x变化时， 引起线圈的电感量L发生变化，从而使振荡器的频率改变， 然后通过鉴频器将频率变化再变成电压输出。
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当选用不同的测试频率时，渗透深度Q渗的值是不同的， 从而使E—t曲线的形状发生变化。
在t较小的情况下，Q小曲线的斜率大于Q大曲线的斜率； 而在t较大的情况下，Q大曲线的斜率大于Q小曲线的斜率。 测量薄板时应选较高的频率，测量厚材时应选较低的频率。
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测试频率与材料关系
可以定量测量
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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
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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
对于一定的测试频率，当被测材料的电阻率不同 时，渗透深度Q渗的值也不相同，于是又引起E－t 曲线形状的变化，为使测量不同的材料时所得到 的曲线形状相近，就需在变动ρ时保持Q不变，这 时应该相应地改变f。
测较小的材料(如紫铜)时，选用较低的 (500Hz)而 测较大的材料(如黄铜、铝)时，则选用较高的 (2KHz)，从而保证传感器在测量不同材料时的线 性度和灵敏度。
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3.4.3 涡流式传感器的应用
被测参数
位移、厚度、振动
变换量
x
表面温度、电解质浓度
材质判别、速度（温度）
应力、硬度
探伤
x, ,
特征
（1） 非接触测量，连续测量 （2） 受剩磁的影响。
（1） 非接触测量，连续测量； （2） 对温度变化进行补偿
（1） 非接触测量，连续测量； （2） 受剩磁和材质影响
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4. 测量电路
定频测距电路 调频测距电路
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定频测距电路
将L—x的关系转换成U—x。的关系。 通过检波电压U的测量，就可以确定距离x的大小。 这里U—x，曲线与金属板电阻率的变化无关。
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若去掉金属板，则L=L∞(即x趋于∞时的L值)。 如果在保持幅值不变的情况下，改变正弦振荡器的频率， 则可以得到U—曲线，即传感器回路的并联谐振曲线