检测与转换技术：第4章6电涡流传感器

1、4.3.4 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流磁场中的电涡流效应。 若一金属板置于一只线圈的附近，它们之间相互的间距为，当线圈输入一交变电流i 时，便产生交变磁通量，金属板在此交变磁场中会产生感应电流i1，这种电流在金属体内是闭合的，所以称之为电涡流。 电涡流传感器的等效电路把被测导体上形成的电涡流等效成一个短路环中的电流，短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为R1、电感为L1。这样线圈与被测导体便可等效为两个相互耦合的线圈。线圈与导体间存在一个互感M，它随线圈与导体间距x的减小而增大。图4-19

2、电涡流传感器等效电路MRL1LR14.3.3 电涡流传感器的种类电涡流在金属导体内的渗透深度定义为电涡流强度减小到表面强度的1/e处的厚度:可见电涡流在金属导体内的渗透深度与传感器线圈的激励信号频率有关。故电涡流式传感器可分为高频反射式和低频透射式两类。目前高频反射式电涡流传感器应用较广泛。金属板ieMe高频激励电流产生的高频磁场作用于金属板的表面，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场又反作用于线圈，引起线圈的Q 值和等效阻抗Z、电感L均发生变化。其变化与线圈附近金属板的电阻率、磁导率、激励电流i及角频率等有关，若只改变距离而保持其它参数不变，则可将位移的变化转换为线圈自感

3、的变化，通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，或接近开关。 CZF1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。 1234561 线圈 2 框架 3 衬套4 支架 5 电缆 6 插头2. 低频透射式电涡流传感器 发射线圈L1和接收线圈L2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，当低频电压加到线圈L1的两端后，所产生磁力线的一部分透过金属板,使线圈L2产生感应电动势u2。但由于涡流消耗部分磁场能量，使感应电动势u2减少。 u2的大小与金属板的厚度及材料的性质有关，u2随材料厚度h

4、的增加按负指数规律减少,因此，若金属板材料的性质一定，则利用u2的变化即可测金属板厚度。 线圈L2 的感应电压与被测厚度的增大按负幂指数的规律减小，即式中 被测金属板的厚度； h电涡流贯穿金属板深度。 测量厚度时，激励频率应选得较低。频率太高，贯穿深度小于被测厚度，不利于进行厚度测量，通常选激励频率为1kHz左右。 测薄金属板时，频率一般应略高些，测厚金属板时，频率应低些。 从而保证在测量不同材料时能得到较好的线性和灵敏度。透射式涡流传感器应用： 测量金属板的厚度。4.3.4 电涡流传感器的转换电路 电涡流传感器转换电路的作用就是将Z、L或Q转换为电压或电流的变化。阻抗Z 的转换电路一般用电桥。 交流电桥将传感器线圈的阻抗变化转化为电压或电流的变化。图中L1 、L2是两个传感器线圈，它们与电容C1 、C2的并联阻抗Z1 、Z2作为电桥的两个桥臂.U0图4-22 交流电桥测量电路L1振荡器R1R2C2C1L2检波放大电感式接近传感器电感式接近传感器应用举例1、生产中测量产品的长