第七章机械量的测量
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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。
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。
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）
• 可列出电路方程组为
R2I2 jL2I2 jMI1 0
电涡流作用的等效电路
R1I1 jL1I1 jMI2 U1
阻抗发生变化的原理
• 原边线圈的等效电阻为
2M 2
R R1 R22 L2 2 R2
• 线圈的等效电感为
2M 2
L L1 L2 R22 L2 2
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
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。
• 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。
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。
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。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu变化量。
• 位移的测量是通过位移传感器将被测位移量的变化转换 成电量。
• 目前测量位移的传感器品种繁多，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
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
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。
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。
• 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。
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
• 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。
• 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。
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。
• 反之，若将激励电流频率减低，涡流的贯穿深度将加
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
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。
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。
• 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）
• 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
• 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。
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。
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。
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）
• 可列出电路方程组为
R2I2 jL2I2 jMI1 0
电涡流作用的等效电路
R1I1 jL1I1 jMI2 U1
阻抗发生变化的原理
• 原边线圈的等效电阻为
2M 2
R R1 R22 L2 2 R2
• 线圈的等效电感为
2M 2
L L1 L2 R22 L2 2
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
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。
• 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。
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。
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。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu变化量。
• 位移的测量是通过位移传感器将被测位移量的变化转换 成电量。
• 目前测量位移的传感器品种繁多，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
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
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。
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。
• 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。
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
• 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。
• 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。
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。
• 反之，若将激励电流频率减低，涡流的贯穿深度将加
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
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。
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。
• 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）
• 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
• 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。