第七节 第七节 电涡流式传感器 电涡流式传感器 z工作原理 z参数计算和分析 z转换电路 z低频透射式传感器 z涡流传感器的应用 返回 一、工作原理 一、工作原理 z涡流效应 金属导体置于变化着的磁场中，导体内 就会产生感应电流，这种电流像水中旋 涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡 流或涡流。 电涡流式传感器就是基于涡流效应建立起来的 返回上一页下一页 形成涡流必须具备条件 形成涡流必须具备条件 ： ： ①存在交变磁场 ②导电体处于交变磁场之中 产生交变磁场的通电线圈 处于交变磁场中的金属导体 涡流式传感器 返回上一页下一页 涡流作用原理 涡流作用原理 作用原理：I 1 H 1 I 2 H 2 线圈金属导体 返回上一页下一页 被测参数变化Z、L、Q变化电量 金属导体的电阻率ρ 金属导体的磁导率μ 线圈与金属导体的距离x 线圈激励电流的角频率ω 线圈阻抗 涡流效应 磁效应 ),x,,(fZ ωμρ= 若能控制其中大部分参数恒定不变 只改变其中一个参数 阻抗就能成为这个参数的单值函数 返回上一页下一页 二、参数计算与分析 二、参数计算与分析 1、涡流损耗功率 2、线圈轴上磁感应强度 3、涡流分布 返回上一页下一页 1.涡流损耗功率 涡流损耗功率 z涡流损耗: 涡流引起的能量损耗 z大小用涡流损耗功率Pe表示 h为涡流深度 r 0 ,r 1 为涡流形成范围的外、内半径 涡流回路单元，半径r、厚度dr 回路单元内的涡流损耗功率: REdP e / 2 = 返回上一页下一页 2.线圈轴上磁感应强度 线圈轴上磁感应强度 z对涡流式位移传感器, 磁场分布决定 灵敏度 线性范围 线性范围大 线性范围大 要求磁场轴向分布范围大 灵敏度高 灵敏度高 要求被测体在轴向移动时涡流损耗功率的变化大 亦即轴向磁场强度变化梯度大。 上一页返回下一页 3.涡流分布 涡流分布 z只存在于金属导体的表面薄层内 z径向也只有一个有限的范围内存在 z涡流分布是不均匀的 z涡流区内各处的涡流密度是不同的 返回上一页下一页 反射式涡流传感器 反射式涡流传感器 z前面介绍的涡流传感器，金属导体内产生的涡 流所建立起来的反磁场以及涡流要消耗一部分 能量，这些作用都将“反射”回去，改变原激励 线圈的阻抗。 z因此，工作原理公式的等效阻抗又称为反射阻 抗，等效电感又称为反射电感。 z为了使反射效果更好，激励频率要高，贯穿深 度较小，实际中这一类涡流传感器使用较多。 返回上一页下一页 三、转换电路 三、转换电路 品质因素Q：很少 被测量变化等效阻抗Z：桥路（调幅电路） 等效电感L：谐振电路 调幅 调频 返回上一页下一页 谐振调幅电路 谐振调幅电路 LC f π2 1 = 返回上一页下一页 四、低频透射传感器 四、低频透射传感器 激励频率涡流的贯穿深度低频透射传感器 发射线圈和接收线圈绕在绝缘框架上， 分别安放在被测材料的上、下方 返回上一页下一页 低频透射涡流测厚原理 低频透射涡流测厚原理 L1 音频电压u交变磁场感生电势 L2 e L1 音频电压u交变磁场感生电势 L2 e M 涡流 M的厚度越大，涡流越大，涡流引起的损耗也 越大，e就越小。 e的大小反映了材料厚度的变化 返回上一页下一页 不同频率下 不同频率下 e - h曲线 曲线 f高： 线性不好，h小时，灵敏度高 f 低 线性好，测量范围大，灵敏度低 h较小：f 3 斜率> f 1斜率（测薄板用高频） h较大：f 3 斜率< f 1 斜率（测厚板用低频） 返回上一页下一页 五、涡流式传感器的应用 五、涡流式传感器的应用 z特点：结构简单，灵敏度较高 易于进行非接触的连续测量 ①位移x 作为变换量：位移、厚度、振幅、 振摆、转速、接近开关、计数器等 ②电阻率ρ为变换量：温度、材质判别 ③导磁率μ为变换量：应力、硬度 ④x、ρ、μ等的综合影响：探伤装置 应 应 用 用 返回上一页下一页