常用传感器工作原理(电涡流式)课件

1、第3章 常用传感器的工作原理1何谓涡流？在许多电工设备中都存在大块导体(如发电机和变压器的铁心和端盖等)。当这些大块导体处在变化的磁场中或在磁场中切割磁力线时，其内部都会感应出电流。这些电流的特点是：在大块导体内部自成闭合回路，呈旋涡状流动。因此，称之为涡旋电流，简称涡流。例如，含有圆柱导体芯的螺管线圈中通有交变电流时，圆柱导体芯中出现的感应电流或涡流，如图所示。 3.5 电涡流式传感器当交变电流通过导线时，感应电流（涡流）将集中在导体表面流通，尤其当频率较高时，此电流几乎是在导体表面附近的一薄层中流动，这就是所谓的集肤效应现象。2交变电流频率越高，涡流的集肤效应越显著，即涡流穿透深度越小，其

2、穿透深度 ：可见，涡流穿透深度与激励电流频率有关，所以根据激励频率高低，涡流传感器可分为：高频反射式和低频透射式两大类。前者用于非接触式位移变量的检测，后者仅用于金属板厚度的测量。由于结构简单、灵敏度高、频响范围宽、不受油污等介质的影响，并能进行非接触测量，适用范围广。用来测量位移、厚度、转速、温度、硬度等参数，以及用于无损探伤领域。由于目前高频反射式电涡流传感器应用广泛，因此本节主要介绍高频反射式电涡流传感器。3一般讲，线圈的阻抗变化与金属导体的电阻率 、磁导率 、线圈与金属导体的距离 以及线圈激励电流的频率 等参数有关 。即，线圈阻抗 是这些参数的函数，可写成1i12i25若能控制其中大部

3、分参数恒定不变，只改变其中一个参数，这样阻抗就能成为这个参数的单值函数。涡流式传感器的特点是结构简单，易于进行非接触的连续测量，灵敏度较高，适用性强，因此得到了广泛的应用。利用变换量 、 、 等的综合影响，可以做成探伤装置等。其应用大致有下列四个方面：利用位移 作为变化量，可以测被测量位移、厚度、振动、转速等传感器，也可做成接近开关、计数器等；利用材料电阻率 作为变换量，可以做成温度测量、材质判别等传感器利用磁导率 作为变换量，可以做成测量应力、硬度等传感器；6基本结构： 1234561 线圈 2 框架 3 衬套4 支架 5 电缆 6 插头高频反射电涡流传感器主要由线圈和框架组成。由于电涡流式

4、传感器的主体是激磁线圈，所以线圈的性能和几何尺寸、形状对整个测量系统的性能将产生重要的影响。一般情况下，线圈的导线采用高强度漆包线；要求较高的场合，可以用银或银合金线；在较高温度条件下，需要用高温漆包线。下图为CZF1型涡流传感器的结构原理，它采取将导线绕在聚四氟乙烯框架窄槽内，形成线圈的结构方式。7型号线性范围/m线圈外径/mm分辨力/m线性误差（%）使用温度/CCZF1-1000 1000 7 1 3 -15+80 CZF1-30003000 1533 -15+80CZF1-5000500028 5 3 -15+80 分析上表请得出结论： 线圈外径与测量范围及分辨力之间有何关系？ 线圈外径

5、越大，测量范围就越大，但分辨力就越差，灵敏度也降低。8大直径电涡流探雷器 10 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。 12调频电路调频法是以LC振荡回路的频率作为输出量。当金属板至传感器之间的距离发生变化时，将引起线圈电感的变化，从而使振荡器的频率发生变化，再通过鉴频器进行频率电压转换，即可得到与 成比例的输出电压。14应用1. 位移测量主要用途之一，凡是可以变成位移量的参数，都可用电涡流式传感器来测量。如：气轮机主轴的窜动，金属材料的热膨胀系数，钢水液位，流体压力等。日本用电涡流传感器成功完成了北海道高速铁路的铁轨

6、位移检测。2. 转速测量在旋转体上加装一个槽状或齿状（槽数或齿数为n）金属体，旁边安装一个电涡流传感器，当旋转体转动时，电涡流传感器将周期地改变输出信号，由频率计数，求出转速：3. 电涡流探伤可以检查金属表面裂纹、热处理裂纹、焊接处的质量探伤等。统称探伤。探伤时传感器与被测导体保持距离不变，由于裂纹出现，将引起导体电阻率、磁导率变化，也可以说是裂纹处位移变化，即涡流损耗改变，从而引起输出电压变化。15高频反射式涡流厚度传感器16涡流轴心轨迹测量17涡流振动测量涡流转速测量18利用涡电流传感器测量物体位移时，如果被测物体是塑料材料，此时能否进行位移测量？为了能对物体进行位移测量应采取什么措施。思 考20电涡流