电涡流式传感器资料PPT课件

1、电涡流 要理解的几个概念 电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为电涡流效应。 当通过金属导体中的磁通量发生变化时，就会在导体中产生感应电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓的电涡流。电涡流效应第1页/共28页1. 电涡流式传感器的工作原理 高频电压U1施加于传感器线圈，产生交变电流I1，由于电流的周期性变化，在线圈周围就产生一个交变磁场H1。 如果在这一交变磁场的有效范围内，没有被测金属物体靠近，则这一磁场能量会全部损失， 当有被测金属导体靠近这一磁场，则在此金属导体表面就会产生感应电流I2，该电流在金属导体内是完全闭合的，称为电涡流. 由

2、电磁理论可知，金属板表面感应的电涡流也将产生一由电磁理论可知，金属板表面感应的电涡流也将产生一个新的磁场个新的磁场 H H2 2，与，与 H H1 1的方向相反，由于磁场的方向相反，由于磁场H H2 2的反作用使通的反作用使通电线圈的电线圈的等效阻抗发生了变化等效阻抗发生了变化。第2页/共28页2. 电涡流传感器测量电路 用于电涡流式传感器的测量电路主要有调频式、 调幅式测量电路两种。 （1）调频式电路 调频式测量电路 (a) 测量电路框图； (b) 振荡电路 频 率 计f-V电 压 表振荡器CLx(a)R1R2C1R3R4C2C3C4R5C6R6C5CL(x)Vcc(b)L1V1V2f第3页

3、/共28页 传感器线圈接入LC振荡回路，当传感器与被测导体距离x改变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，将导致振荡频率的变化，该变化的频率是距离x的函数，即f=L(x), 该频率可由数字频率计直接测量，或者通过f-V变换，用数字电压表测量对应的电压。 振荡器的频率为 CxLf)(21为了避免输出电缆的分布电容的影响，通常将L、C装在传感器内。 此时电缆分布电容并联在大电容C2、C3上，因而对振荡频率f的影响将大大减小。 第4页/共28页 （2）调幅式电路 由传感器线圈L、电容器C和石英晶体组成的石英晶体振荡电路如图4-29所示。石英晶体振荡器起恒流源的作用，给谐振回路提供一个频率（f0）稳定的

4、激励电流io，LC回路输出电压 )(ZfiUoo式中, Z为LC回路的阻抗。 放 大检 波指 示RioLCUo 调幅式测量电路示意图 第5页/共28页 当金属导体远离或去掉时，LC并联谐振回路谐振频率即为石英振荡频率fo，回路呈现的阻抗最大， 谐振回路上的输出电压也最大；当金属导体靠近传感器线圈时，线圈的等效电感L发生变化，导致回路失谐，从而使输出电压降低，L的数值随距离x的变化而变化。因此，输出电压也随x而变化。输出电压经放大、 检波后， 由指示仪表直接显示出x的大小。 除此之外， 交流电桥也是常用的测量电路。 第6页/共28页3. 电涡流式传感器的类型)(5030cmfhr穿透深度 式中,

5、 导体电阻率(cm)； r导体相对磁导率； 交变磁场频率(Hz)。 涡流的大小与导体电阻率、磁导率、厚度、线圈与导体的距离及线圈的激磁电流频率等参数有关。磁场变化频率越高，涡流的集肤效应越显著，即涡流的穿透深度越小。第7页/共28页 根据激励频率高低，可以分为高频反射式和低频 透射式两大类。 （1）高频反射式电涡流传感器 高频反射式电涡流式传感器的结构比较简单， 主要由一个安装在框架上的 扁平圆形线圈构成。 1线圈2框架3框架衬套4支架5电缆6插头第8页/共28页 高频反射式涡流厚度传感器：还可用于测量金属板厚度和非金属板的镀层厚度。 由于电涡流式传感器是利用传感器线圈与被由于电涡流式传感器是

6、利用传感器线圈与被测导体之间的电磁耦合进行的，因而作为传感器测导体之间的电磁耦合进行的，因而作为传感器的线圈装置仅仅是的线圈装置仅仅是“实际传感器实际传感器”的一半，而另的一半，而另一一半则是被测导体。所以，被测导体的材料物理性半则是被测导体。所以，被测导体的材料物理性质、尺寸和形状等都与传感器的特性密切相关。质、尺寸和形状等都与传感器的特性密切相关。第9页/共28页 （2）低频透射式电涡流传感器 发射线圈L1和接受线圈L2分别位于被测材料的上 下方。由振荡器产生的音频电压u加到L1的两端后， 线圈中即流过一个同频的交变电流，并在其周围产 生一交变磁场。如果两线圈间不存在被测材料，L1 的磁场

7、就能直接贯穿L2，则L2的两端会产生一交变 电势E。 这种低频透射式电涡流传感器多用于测定材料 厚度。第10页/共28页测厚的依据测厚的依据: E的大小间接反映了M的厚度t 透射式涡流传感器原理 线圈感应电势与厚度关系曲线第11页/共28页电涡流探头电涡流探头 压力（液位）变送器 位移振动传感器 电涡流式传感器外形第12页/共28页电涡流式传感器结构第13页/共28页x, x被 测 参 数变 换 量特 征位移、厚度、振动 （1） 非接触测量，连续测量 （2） 受剩磁的影响。表面温度、电解质浓度材质判别、速度（温度） （1） 非接触测量，连续测量； （2） 对温度变化进行补偿应力、硬度 （1）

8、非接触测量，连续测量； （2） 受剩磁和材质影响探伤 可以定量测量第14页/共28页（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 第15页/共28页(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（2）振幅测量第16页/共28页电涡流式厚度计的测量原理图 （3）厚度测量第17页/共28页 穿透式测厚度，测量带材厚度； 在被测金属板的上方设有发射传感器线圈，在被测金属板下方设有接收传感器线圈，金属板通过会产生电涡流，

9、金属板越厚，涡流损失就越大，电压就越小，监测系统可以监测到这种电压信号，就可确定被测金属板的厚度。第18页/共28页60nfN f频率值(Hz)； n旋转体的槽(齿)数； N被测轴的转速(rmin)。 （4）转速测量第19页/共28页电涡流式转速传感器 在软磁材料制成的输入轴上加工一个或多个键 槽或做成齿状，在距输入表面d0处安装一个电涡流 式传感器，输入轴与被测旋转轴相连。 第20页/共28页工程应用 转速测量，对于所有旋转机械而言，都需要监测旋转机械轴的转速，转速是衡量机器正常运转的一个重要指标。 在旋转体上开一条槽，旁边安装一个电涡流式传感器，当被测旋转轴转动时，传感器周期地改变与转轴之

10、间的距离，于是它的输出也周期性地发生变化，监测系统可以监测到这种信号，从而测出转轴的转速。第21页/共28页 电涡流式传感器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。 综合参数(x, , )的变化将引起传感器参数的变 化，通过测量传感器参数的变化即可达到探伤的目的。 在探伤时导体与线圈之间是有着相对运动速度的， 在测量线圈上就会产生调制频率信号 （5）涡流探伤第22页/共28页a)比较浅的裂缝信号比较浅的裂缝信号 b)经过幅值甄别后的信号经过幅值甄别后的信号 在探伤时，重要的是缺陷信号和干扰信号比。在探伤时，重要的是缺陷信号和干扰信号比。为了获得需要的频率而采用滤波器，

11、使某一频率的信号通过，为了获得需要的频率而采用滤波器，使某一频率的信号通过，而将干扰频率信号衰减。而将干扰频率信号衰减。 用涡流探伤时的测量信号用涡流探伤时的测量信号第23页/共28页表面裂纹测量，进行非接触探伤。 传感器与被测导体保持距离不变，探测时如果遇到裂纹，导体电阻率和磁导率就发生变化，即引起电涡流损耗改变，从而输出电压也相应突变。监测系统可以监测到这种变形信号，就可确定裂纹的存在和方位。第24页/共28页零件计数器，金属零件通过时计数； 当有金属零件通过时，传感器检测到位移发生了变化，从而输出电压也相应突变，监测系统可以监测到这种信号，进行计数。第25页/共28页u 接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。u 当金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。u 应用于机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业。在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控