电涡流传感器

1、Sensor & Detecting Technology2主要内容主要内容 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.2 差动变压器差动变压器 3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 3.4 电容传感器电容传感器第三章第三章 变电抗式传感器原理与应用变电抗式传感器原理与应用33.4 电涡流式传感器根据法拉第电磁感应定律，当导体置于交变磁场或在固定磁场根据法拉第电磁感应定律，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，称为涡流涡流。3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器4 3.3.1 电涡流式传感器的工作

2、原理电涡流式传感器的工作原理 3.3.2 电涡流式传感器的类型电涡流式传感器的类型 3.3.3 电涡流式传感器的应用电涡流式传感器的应用3.4 电涡流式传感器3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器53.3.1 电涡流式传感器工作原理电涡流式传感器工作原理 线圈中通以正弦信号线圈中通以正弦信号 is 正弦交变磁场正弦交变磁场 H 金属导体内就会产生涡流金属导体内就会产生涡流 涡流产生电磁场涡流产生电磁场 反作用于线圈，改变了阻抗反作用于线圈，改变了阻抗 63.3.1 电涡流式传感器工作原理电涡流式传感器工作原理基尔霍夫定律得电压平衡方程：基尔霍夫定律得电压平衡方程：022221121111ILjI

3、RIMjUIMjILjIR222222221222222221LRMLLjLRMRRZ()222222221+=LRMRRR()222222221+=LRMLLL-7当电涡流线圈与金当电涡流线圈与金属板的距离属板的距离x 减小时，减小时，电涡流线圈的等效电涡流线圈的等效电感电感L 减小，等效电减小，等效电阻阻R 增大。增大。感抗感抗XL 的变化比的变化比R 的变化的变化 大大 得得 多，流多，流过电涡流线圈的电过电涡流线圈的电流流 i1 增大。增大。 8 3.3.1 电涡流式传感器的工作原理电涡流式传感器的工作原理 3.3.2 电涡流式传感器的类型电涡流式传感器的类型 3.3.3 电涡流式传感

4、器的应用电涡流式传感器的应用3.4 电涡流式传感器3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器93.4 电涡流式传感器电流以较高的频率在导体中传导时，会聚集于导体表层，而电流以较高的频率在导体中传导时，会聚集于导体表层，而非平均分布于整个导体的截面积中。非平均分布于整个导体的截面积中。趋肤效应趋肤效应又叫集肤效应表皮效应，当交变电流通过导体时，又叫集肤效应表皮效应，当交变电流通过导体时，电流将趋于导体表面流过，这种现象叫趋肤效应。电流将趋于导体表面流过，这种现象叫趋肤效应。磁场变化频率愈高，涡流的趋肤效应愈显著，即涡流穿透深磁场变化频率愈高，涡流的趋肤效应愈显著，即涡流穿透深度愈小。度愈小。3.3.2

5、 电涡流式传感器的类型电涡流式传感器的类型103.4 电涡流式传感器涡流穿透深度涡流穿透深度h可表示可表示导体电阻率导体电阻率(cm)；r导体相对磁导率；导体相对磁导率； f交变磁场频率交变磁场频率(Hz)。涡流穿透深度涡流穿透深度h和激励电流频率和激励电流频率f有关，所以涡流传感器根据有关，所以涡流传感器根据激励频率：激励频率：高频反射式或低频透射式高频反射式或低频透射式两类。两类。目前高频反射式电涡流传感器应用广泛。目前高频反射式电涡流传感器应用广泛。 fhr5030=3.3.2 电涡流式传感器的类型电涡流式传感器的类型113.5.2 结构类结构类型1.高频反射式高频反射式3.3.2 电涡

6、流式传感器的类型电涡流式传感器的类型采用高频激励，影响性能采用高频激励，影响性能的因素有：的因素有：线圈的结构尺线圈的结构尺寸、材料；框架的材料；寸、材料；框架的材料；所用电缆和插头；被测导所用电缆和插头；被测导体的电导率、磁导率、大体的电导率、磁导率、大小、形状、厚度等。小、形状、厚度等。12线圈线圈外径大，线性范外径大，线性范围就大，但灵敏度低；围就大，但灵敏度低；线圈内径和厚度的变线圈内径和厚度的变化影响较小；化影响较小； 3.3.2 电涡流式传感器的类型电涡流式传感器的类型被测体被测体的电导率高，灵敏度也高。磁的电导率高，灵敏度也高。磁导率相反，且磁性体比非磁性体的灵导率相反，且磁性体

7、比非磁性体的灵敏度低。敏度低。被测体被测体表面镀层性质和厚度不均匀将表面镀层性质和厚度不均匀将影响测量精度。影响测量精度。被测体被测体的大小和形状的影响：平面被的大小和形状的影响：平面被测体的直径不应小于线圈直径的测体的直径不应小于线圈直径的1.8倍；倍；圆柱被测体直径不应小于线圈直径的圆柱被测体直径不应小于线圈直径的3.5倍。倍。被测体被测体厚度一般要大于厚度一般要大于0.2mm才不影才不影响测量结果。响测量结果。13发射线圈发射线圈L1 接收线圈接收线圈L2被测材料被测材料ML1磁力线必然切割磁力线必然切割M，并在，并在M中中产生涡流产生涡流i涡流损耗部分磁场能量，使到涡流损耗部分磁场能量

8、，使到达达L2的磁力线减少，磁感应电势的磁力线减少，磁感应电势E下降。下降。测厚的依据测厚的依据: E的大小间接反映了的大小间接反映了M的厚度的厚度t 透射式涡流传感器原理透射式涡流传感器原理3.3.2 电涡流式传感器的类型电涡流式传感器的类型143.4.2 低频透射式电涡流传感器低频透射式电涡流传感器线圈感应电势与厚度关系曲线线圈感应电势与厚度关系曲线sQteEfQs厚度厚度涡流渗透深度涡流渗透深度被测材料电阻率被测材料电阻率交变电磁场的频率交变电磁场的频率接收线圈的电势随被测材料厚度接收线圈的电势随被测材料厚度的增大而按负指数幂的规律减小。的增大而按负指数幂的规律减小。15当选用不同的测试

9、频率时，渗透深度当选用不同的测试频率时，渗透深度Q渗的值是不同的，渗的值是不同的，从而使从而使Et曲线的形状发生变化。曲线的形状发生变化。(f3f2f1) 在在t较小的情况下，较小的情况下，Q小曲线的斜率大于小曲线的斜率大于Q大曲线的斜率；大曲线的斜率；而在而在t较大的情况下，较大的情况下，Q大曲线的斜率大于大曲线的斜率大于Q小曲线的斜率。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。测量薄板时应选较高的频率，测量厚材时应选较低的频率。16 3.3.1 电涡流式传感器的工作原理电涡流式传感器的工作原理 3.3.2 电涡流式传感器的类型电涡流式传感器的类型 3.3.3 电涡流式传感器的应用电涡流式传感器的应用3.4 电涡流式传感器3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器3.4 电涡流式传感器电涡流式传感器171819203.4 电涡流式传感