第4章6电涡流传感器

1、4.3.4 4.3.4 电涡流式传感器电涡流式传感器 电涡流式传感器是基于电涡流效应工作的传感电涡流式传感器是基于电涡流效应工作的传感器，优点是可实现非接触式测量。器，优点是可实现非接触式测量。电涡流式传感器的变换原理是利用金属导体在交电涡流式传感器的变换原理是利用金属导体在交流磁场中的流磁场中的电涡流效应电涡流效应。 若一金属板置于一只线圈的附近，它们之若一金属板置于一只线圈的附近，它们之间相互的间距为间相互的间距为 ，当线圈输入一交变电流，当线圈输入一交变电流i 时，时，便产生交变磁通量便产生交变磁通量，金属板在此交变磁场中，金属板在此交变磁场中会产生感应电流会产生感应电流i1 1，这种电

2、流在金属体内是闭，这种电流在金属体内是闭合的，所以称之为合的，所以称之为电涡流电涡流。 电涡流的大小与金属板的电阻率电涡流的大小与金属板的电阻率、磁导、磁导率率 、厚度、厚度h、金属板与线圈的距离、金属板与线圈的距离、激励、激励电流角频率电流角频率等参数有关。若固定某些参数等参数有关。若固定某些参数，就可根据涡流的变化测量另一个参数。就可根据涡流的变化测量另一个参数。 电涡流将产生交变磁场电涡流将产生交变磁场H2，其方向与激励磁其方向与激励磁场方向相反，由于磁场场方向相反，由于磁场H2的反作用使导电的反作用使导电线圈的有效阻抗线圈的有效阻抗(电感电感)发生变化。发生变化。图图4-19 4-19

3、 电涡流传感器等效电路电涡流传感器等效电路MMR RL L1 1L LR R1 11U1IIfh高频高频(lMHz(lMHz) )激励电流产生的高频磁场作用于金激励电流产生的高频磁场作用于金属板的表面，由于趋肤效应，在金属板表面将属板的表面，由于趋肤效应，在金属板表面将形成电涡流。与此同时，该涡流产生的交变磁形成电涡流。与此同时，该涡流产生的交变磁场又反作用于线圈，引起线圈自感场又反作用于线圈，引起线圈自感L L或阻抗或阻抗Z ZL L的的变化。线圈自感变化。线圈自感L L或阻抗或阻抗Z ZL L的变化与线圈附近金的变化与线圈附近金属板的电阻率属板的电阻率 、磁导率、磁导率 、激励电流、激励电

4、流i i及角频率及角频率 等有关，若只改变距离等有关，若只改变距离 而保持其它参数不变，而保持其它参数不变，则可将则可将位移位移的变化转换为线圈的变化转换为线圈自感自感的变化，通的变化，通过测量电路转换为电压输出。过测量电路转换为电压输出。高频反射式涡流传感器多用于位移测量。高频反射式涡流传感器多用于位移测量。 CZF1 CZF1型涡流传感器型涡流传感器 主要由一个安置在框架上的扁平圆形线圈构成。此主要由一个安置在框架上的扁平圆形线圈构成。此线圈可以粘贴于框架上，或在框架上开一条槽沟，将导线圈可以粘贴于框架上，或在框架上开一条槽沟，将导线绕在槽内。线绕在槽内。 1234561 1 线圈线圈 2

5、 2 框架框架 3 3 衬套衬套4 4 支架支架 5 5 电缆电缆 6 6 插头插头iedMe电涡流传感器原理图电涡流传感器原理图高频反射式电涡流传感器工作原理：高频反射式电涡流传感器工作原理： 当被测金属物体与传感器间的距离当被测金属物体与传感器间的距离d d 改变时，改变时，传感器的传感器的Q Q 值和等效阻抗值和等效阻抗Z Z、电感、电感L L 均发生变化，均发生变化，于是把位移量转换成电量。这便是电涡流传感器于是把位移量转换成电量。这便是电涡流传感器的基本原理。的基本原理。 可以测量位移、或作为接近开关。可以测量位移、或作为接近开关。 发射线圈发射线圈L L1 1和和接收线圈接收线圈L

6、 L2 2分置于被测金属板分置于被测金属板的上下方。由于低频磁场集肤效应小，渗透深，的上下方。由于低频磁场集肤效应小，渗透深，当低频电压当低频电压u u1 1加到线圈加到线圈L L1 1的两端后，所产生磁的两端后，所产生磁力线的一部分透过金属板力线的一部分透过金属板, ,使线圈使线圈L L2 2产生感应电产生感应电动势动势u u2 2。但由于涡流消耗部分磁场能量，使感。但由于涡流消耗部分磁场能量，使感应电动势应电动势u u2 2减少。减少。 u u2 2的大小与金属板的厚度及材料的性质有关，的大小与金属板的厚度及材料的性质有关，试验表明试验表明u u2 2随材料厚度随材料厚度h h的增加按负指

7、数规律减的增加按负指数规律减少少, ,因此，若金属板材料的性质一定，则利用因此，若金属板材料的性质一定，则利用u u2 2的变化即可测金属板厚度。的变化即可测金属板厚度。heu2fh反射式涡流传感器应用：反射式涡流传感器应用：1、利用位移作变换量，可以测量位移、振动、厚度、利用位移作变换量，可以测量位移、振动、厚度、转速，接近开关，计数器，转速，接近开关，计数器，2、利用电阻率作变换量，可测量温度，判别材质，、利用电阻率作变换量，可测量温度，判别材质，3、利用磁导率作变换量，可测量应力、硬度，、利用磁导率作变换量，可测量应力、硬度，4、利用磁导率、电阻率等综合影响，可制成探伤装、利用磁导率、电阻率等综合影响，可制成探伤装置、金属探测器。置、金属探测器。透射式涡流传感器应用：透射式涡流传感器应用： 测量金属板的厚度。测量金属板的厚度。U U0 0图图4-22 4-22 交流电桥测量电路交流电桥测量电路L L1 1振荡器振荡器R R1 1R R2 2C C2 2 C C1 1L L2 2111C/LZ 222C/LZ 图图4-25 4-25 加速度传